Le forage percussif en conditions extrêmes : expérimentations et modélisations numériques

par Houssam aldine Aldannawy

Projet de thèse en Géosciences et géoingénierie

Sous la direction de Ahmed Rouabhi et de Laurent Gerbaud.

Thèses en préparation à l'Université Paris sciences et lettres , dans le cadre de École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement , en partenariat avec Géosciences (laboratoire) , Géosciences - Fontainebleau (equipe de recherche) et de MINES ParisTech (établissement opérateur d'inscription) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Le forage des roches dures est un enjeu majeur pour le développement de la géothermie étant donné le cout prohibitif de celui-ci. A grande profondeur, la roche est soumise à un fort confinement géostatique et hydrostatique qui augmente sa résistance et modifie son comportement. Actuellement, les techniques traditionnelles de destruction de la roche (par poinçonnement avec un outil tricône ou par cisaillement avec un outil PDC) ne permettent pas de détruire efficacement la roche (outils fragiles, efficacité limitée). Il convient donc d'utiliser un processus d'abattage plus efficace et plus adapté à ces conditions. Dans les formations de surface, l'utilisation de la percussion a montré son efficacité pour le forage des roches dures et fragiles avec une rupture combinée en compression et en traction de la roche. L'utilisation de cette technologie en formation profonde devrait permettre d'augmenter l'efficacité du forage. On trouve beaucoup de travaux théoriques et expérimentaux sur l'abattage dynamique des roches à pression atmosphérique, mais la littérature est moins prolixe lorsqu'il s'agit de prendre en compte l'effet du confinement, l'une des difficultés majeures étant de mettre en place une expérimentation présentative. Un dispositif expérimental sera développé pour réalisé des tests d'impact dans des conditions de pression représentatives du forage profond. La mesure des résultats sera traitée par une méthodologie de contrôle non destructive. Un composant de modèle numérique sera développé et validé pour assurer la modélisation du comportement des roches sous chargement dynamique, et de la sollicitation lors de l'impact.

  • Titre traduit

    Percussive drilling in extreme conditions: experiments and numerical models


  • Résumé

    Hard rock drilling is a major issue for the development of geothermal energy due to it's prohibitive cost. At great depth, the rock is subjected to a strong geostatic and hydrostatic confinement which increases its resistance and modifies its behaviour. Currently, traditional rock destruction techniques (punching failure with a tricone bit or shearing failure with a PDC bit) do not effectively destroy the rock (fragile bits, limited efficiency). It is therefore necessary to use a rock cutting mechanism more efficient and better adapted to these conditions. In shallow drilling, the use of percussion has shown its effectiveness for drilling hard and fragile rocks with a combined compression and tensile rock failure. The use of this technology in deep drilling should make it possible to increase drilling efficiency. Although there is numerous theoretical and experimental works on the dynamic rocks cutting at atmospheric pressure, the literature is less prolix when it comes to taking into account the effect of confinement, one of the major difficulties being to develop a representative experiment. An experimental component will be developed and carried out impact tests under representative pressure conditions of deep drilling. The results will be treated by a non destructive rock damage measurement methodology. A numerical model component will be developed and validated to ensure the modelling of rock behaviour under dynamic loading, and of the solicitation during the impact.