Le frac-out o retour inaperçu des boues Dans un forage horizontal dirigé (HDD), ce risque est réduit en contrôlant la pression de forage, le tracé, la couverture, les caractéristiques géotechniques, la perméabilité, la rhéologie des boues, le débit de pompage, la vitesse d'avancement, le diamètre d'élargissement et le nettoyage du trou de forage. L’objectif est d’empêcher le fluide de forage de fracturer le sol ou de trouver un chemin privilégié vers la surface, les cours d’eau, les drains, les réseaux existants ou les zones écologiquement sensibles.
Dans les projets de forage horizontal directionnel, traversées de rivières et de cours d'eau, Traversées d'infrastructures ... ou dans les zones urbaines, le risque de « frac-out » doit être évalué avant le début du forage pilote et mis à jour pendant le forage, l'élargissement et le retrait.
Qu'est-ce qu'un « frac-out » sur un disque dur ?
Un « frac-out » se produit lorsque le fluide de forage s'échappe du puits par un chemin imprévu. Il peut apparaître en surface, dans un cours d'eau, dans un regard, dans un drainage, à proximité d'une installation enterrée ou dans une zone où le sol offre une moindre étanchéité.
| Terme | Signification |
|---|---|
| Frac-out | Fracturation hydraulique ou fuite incontrôlée de boue due à une pression excessive ou à un confinement insuffisant |
| Retour inaperçu | Apparition imprévue de boues en dehors du circuit normal de forage |
| Pression annulaire | Pression de la boue dans l'espace entre l'outil/le tuyau et le sol |
| Couverture | Épaisseur de la couche de terrain au-dessus du forage qui contribue à confiner la pression |
| Voie prioritaire | Fissure, cavité, faille, couche perméable ou zone fragile par laquelle la boue peut s'écouler |
Facteurs augmentant le risque
Le risque de retour inopiné augmente lorsque plusieurs facteurs se conjuguent :
- Couverture insuffisante du sondage.
- Sols meubles, fissurés, très perméables ou hétérogènes.
- Roche fracturée, graviers épars, remblais ou cavités.
- Pression de pompage excessive.
- Débit de boues supérieur à la capacité de retour.
- Boues trop visqueuses ou contenant des solides accumulés.
- Nettoyage insuffisant du puits de forage.
- Des élargissements trop radicaux.
- Arrêts prolongés accompagnés d'une sédimentation.
- Tracé à proximité de réseaux, de canalisations ou d'anciennes décharges.
- Passages sous les cours d'eau, zones humides, zones côtières ou zones protégées.
- Sorties ou entrées peu couvertes.
- Absence de suivi des retours et des pressions.
Au niveau des passages sous les cours d'eau ou dans les zones environnementales, le plan de forage doit prendre en compte le risque de remontée de boues comme un facteur déterminant pour la conception, les autorisations et les mesures d'urgence.
Mesures de prévention lors de la phase de conception
1. Ajuster le tracé et la couverture
Le tracé doit garantir une couverture suffisante et éviter les zones à faible confinement, les remblais, les lits de cours d'eau sujets à l'érosion, les réseaux critiques, les talus instables ou les matériaux très perméables. En forage horizontal dirigé (HDD), de légères variations de profondeur ou de rayon peuvent réduire considérablement le risque de fuite de boues.
2. Caractériser la géotechnique
L'étude doit permettre d'identifier les couches perméables, les graviers, les sables, les roches fracturées, les cavités, les formations karstiques, les remblais, la nappe phréatique et les zones à faible résistance. Ces informations permettent d'anticiper les endroits où la boue pourrait s'échapper ou où un reflux inattendu pourrait se produire.
3. Évaluer les pressions admissibles
La procédure doit permettre de comparer la pression nécessaire pour forer et évacuer les déblais à la pression que le sol est capable de supporter. Si la pression de fonctionnement s'approche de la limite admissible, il convient d'ajuster le tracé, la boue de forage, le débit, le diamètre ou la méthode.
4. Concevoir une rhéologie des boues compatible
La boue doit transporter les débris et stabiliser le puits sans entraîner de pertes de pression excessives. Une viscosité trop faible peut empêcher le nettoyage du puits ; une viscosité trop élevée peut augmenter les pressions annulaires et favoriser le « frac-out ».
5. Prévoir des agrandissements progressifs
Le étapes d'élargissement en HDD Il faut éviter les augmentations excessives de diamètre, une mauvaise évacuation des débris ou les accumulations susceptibles d'augmenter la pression dans le circuit.
Contrôle pendant le forage, l'élargissement et le retrait
Pendant l'exécution, on surveille les signaux susceptibles d'annoncer un retour inattendu :
| Paramètres | Ce que cela peut indiquer |
|---|---|
| Augmentation soudaine de la pression de refoulement | Obstruction, mauvais nettoyage, viscosité excessive ou risque de fracture |
| Chute soudaine de pression | Perte éventuelle de circulation ou ouverture d'une voie prioritaire |
| Réduction des retours | Fuite de boue vers le sol |
| Différence entre le volume pompé et le volume récupéré | Déséquilibre anormal du circuit |
| Apparition de boue en surface | Retour inaperçu confirmé |
| Turbidité dans le lit d'un cours d'eau ou dans un système de drainage | Solution environnementale envisageable |
| Augmentation de la force de traction | Puits mal nettoyé, obturation partielle ou accumulation de débris |
| Changements de terrain | Perméabilité accrue, fracturation ou faible confinement |
Le suivi doit inclure la pression, le débit, le volume pompé, le volume récupéré, le type de boue, la densité, la viscosité, les pertes, les retours, la position de l'outil et les observations en surface.
Mesures opérationnelles visant à réduire les risques
Au cours des travaux, des mesures telles que celles-ci peuvent être mises en œuvre :
- Réduire la pression de pompage.
- Régler le débit des boues.
- Réduire la vitesse d'avancement.
- Améliorer le nettoyage du forage.
- Modifier la viscosité ou la force du gel.
- Enlever les déchets accumulés.
- Effectuer des passages de nettoyage supplémentaires.
- Éviter les extensions trop rapides.
- Surveiller les arrêts et les redémarrages.
- Utiliser des additifs ou des matériaux d'étanchéité compatibles.
- Assurer la communication entre l'équipe de forage et le service de surveillance environnementale.
- Surveiller les points sensibles : cours d'eau, regards, systèmes de drainage, talus et réseaux.
- Enregistrer le bilan des boues pompées et récupérées.
Ces mesures doivent être coordonnées avec le calcul de forces de traction et contraintes pendant la phase de retour en arrière dans le forage horizontal dirigé (HDD), car un puits mal nettoyé peut augmenter à la fois le risque de « frac-out » et la force d'installation.
Plan d'urgence en cas de retour inattendu
En cas de remontée inattendue, la procédure doit donner la priorité à la sécurité, au contrôle de l'environnement et à la stabilité du forage.
Les actions habituelles sont les suivantes :
- Interrompre ou réduire le forage en fonction de la gravité de la situation.
- Confirmer l'emplacement et l'ampleur du reflux.
- En informer la direction des travaux et les responsables environnementaux.
- Contenir la boue à l'aide de barrières, de sacs, de bacs de rétention ou de matériaux absorbants adaptés.
- Éviter que le fluide n'atteigne les cours d'eau, les canalisations ou les réseaux.
- Récupérer la boue et les matériaux contaminés dans la mesure du possible.
- Régler la pression, le débit et les propriétés rhéologiques avant de reprendre le travail.
- Vérifier si le tracé traverse une zone perméable, une cavité ou une fracture.
- Consigner la perte de volume, les mesures prises et le résultat.
- Ne reprendre que lorsque le risque est maîtrisé.
Dans les zones écologiquement sensibles, le plan doit être défini avant le début du forage, et des moyens de confinement doivent être disponibles sur le chantier.
Risques liés à l'absence de contrôle du « frac-out »
Un « frac-out » non maîtrisé peut entraîner :
- Perte de boues et augmentation de la consommation.
- Instabilité du sondage.
- Pollution visuelle ou environnementale.
- Impact sur les cours d'eau, les systèmes de drainage ou les habitats sensibles.
- Réclamations émanant de titulaires ou d'administrations.
- Arrêt des travaux.
- Besoin de nettoyage et de restauration.
- Augmentation de la pression ou perte de contrôle du forage.
- Difficulté lors de l'élargissement ou du « pullback ».
- Surcoûts et retards.
- Atteinte à la réputation ou préjudice contractuel.
Au traversées de zones marines protégées, rivières ou milieux urbains, la prévention et la traçabilité des boues constituent un élément essentiel de la gestion environnementale du chantier.
Informations nécessaires à l'étude du projet
Pour évaluer le risque de « frac-out » ou de retour imprévu dans un forage horizontal dirigé (HDD), il convient de fournir les éléments suivants : tracé en plan et profil, profondeur, couverture minimale, angle d’entrée, angle de sortie, rayons de courbure, longueur du tronçon, diamètre pilote, diamètre final, étapes d’élargissement, diamètre de la conduite, données géotechniques, perméabilité, niveau de la nappe phréatique, présence de graviers, de sables, de roche fracturée, de remblais, de cavités ou de formations karstiques, la proximité de cours d’eau, de drains, de réseaux de services publics ou de zones protégées, le débit des boues, la pression de pompage prévue, les propriétés rhéologiques, le bilan des retours, l’équipement HDD, la capacité de traction, le plan de surveillance environnementale, les critères d’arrêt, les moyens de confinement et la procédure d’urgence.
Demander un Examen technique du risque de « frac-out » et de retour inopiné de boues dans les forages HDD avant de finaliser le tracé, les élargissements, les boues ou la documentation relative à l'appel d'offres.
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