Caractérisation du processus de fragmentation de la roche se produisant lors du forage en fond de trou: Application au système et amélioration du ROP.

Characterization of the rock fragmentation process during down-the-hole drilling: Application to system and ROP improvement.

• Auteur / Autrice : Jorge Aising
• Direction : Hedi Sellami
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences et géoingénierie
• Date : Inscription en doctorat le 04/01/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université de Recherche Paris Sciences et Lettres (2015-2019)

Mots clés

Mots clés libres

Forage en fond de trou

Impact

Roche

Fragmentation

Percussion

Marteau

Dth

Drilling

Rock

Fragmentation

Percussion

Hammer

Résumé

La percussion en fond de trou (DTH) est une méthode très efficace pour forer dans des roches dures, l'air étant largement utilisé pour fournir l'énergie de percussion au fond d'un forage. L'interaction de l'outil de forage et de la roche est au centre de nombreuses études, car c'est là que l'énergie destructrice de percussion peut être dissipée, le cas échéant, réduisant les magnitudes d'énergie et de contrainte dans la roche elle-même et, par conséquent, réduisant la rupture efficace de la roche. Les principales variables affectant l'efficacité du forage peuvent être regroupées en variables de conception du foret (tailles, formes et disposition des carbures de tungstène, trous de rinçage du foret, conception de la tête du foret, etc.), variables de conception du marteau (vitesse et fréquence d'impact de soufflage, masse du piston, longueur et forme ), des variables opérationnelles (poids sur mèche et vitesse de rotation) et conditions de la roche (confinement, mort-terrain et pression interstitielle) L'objectif de cette recherche est donc d'améliorer l'efficacité de l'action du marteau (c'est-à-dire de créer une pénétration plus rapide tout en assurant la durabilité des composants) grâce aux connaissances acquises lors d'une campagne expérimentale pour caractériser l'effet des variables mentionnées dans le processus de fragmentation des roches. Pour y parvenir, ce sujet de thèse vise à identifier l'effet de telles variables sur la génération, la propagation et la coalescence des fissures, en identifiant les modes de fissuration dans des conditions progressivement complexes. Il est proposé de commencer par un marteau à embout simple et un seul impact et de passer à un multi-inserts multi-coups, pour un ensemble différent de roches.

Down-the-hole (DTH) percussion is a highly effective method for drilling in hard rocks with air being widely used for delivering percussive energy down hole. The interaction of the tool and the rock is the focus of many studies as this is where the destructive energy from the hammer blow may be dissipated, if so, reducing the energy and stress magnitudes within the rock itself and, hence reducing efficient breakage. Main variables affecting the drilling efficiency can be grouped in bit design variables (tungsten carbides sizes, shapes and arrangement, flushing holes of bit, bit head design, etc), hammer design variables (blow impact speed and frequency, piston mass, length an shape), operational variables (weight on bit and rotational speed) and rock conditions (confining, overburden and pore pressure). The aim of this research is therefore to improve hammer action efficiency (i.e. create faster penetration while ensuring sustainability of components) through knowledge gained from an experimental campaign to characterize the effect of the mentioned variables in the rock fragmentation process. To achieve this, the project aims to identify the effect of such variables in the cracks generation, propagation and coalescence, by identifying the modes of cracking in progressively complex conditions. It is proposed to begin with a single-insert bit hammer and a single impact and progress to a multi-insert multi-blow, for a different set of rocks.