I. Défis fondamentaux du forage en permagel

1.1 Impact des basses températures sur les équipements

Dans les régions de permagel, les températures ambiantes peuvent descendre jusqu'à moins 50 degrés Celsius, ce qui pose des défis considérables au système hydraulique des équipements de forage, au fonctionnement du moteur et aux composants électriques. L'augmentation spectaculaire de la viscosité de l'huile hydraulique provoque un retard de réponse du système, une diminution significative de la capacité de la batterie et une perte d'élasticité des joints d'étanchéité en caoutchouc. La sélection des équipements doit prendre en compte l'adaptabilité aux températures extrêmes, utiliser des huiles hydrauliques résistantes au froid et des batteries basse température, et traiter thermiquement les points d'étanchéité critiques.

1.2 Caractéristiques lithologiques du permagel

Le permagel n'est pas une simple couche de glace, mais un composite de glace et de sol. La couche superficielle est la couche de dégel saisonnier (couche active), et en dessous se trouve la couche de permagel permanente. Pendant le forage, une fois que la boue haute température ou la chaleur de friction générée par le forage est transmise à la couche de permagel, cela provoque la fonte des cristaux de glace, entraînant l'effondrement des parois du puits et le rétrécissement du diamètre. Lorsque le permagel dégelé se regèle, il provoque un cycle de gel-dégel qui exerce une pression de gonflement due au gel sur les cuvelages, causant leur déformation ou leur écrasement.

1.3 Exigences spécifiques du système de circulation de boue

La boue aqueuse conventionnelle s'épaissit considérablement voire gèle dans un environnement basse température, perdant sa fluidité et sa capacité de transport des déblais. Les bassins de boue et les conduites de circulation nécessitent des installations d'isolation thermique ou de chauffage. Le contrôle de la température de la boue pendant le forage est essentiel — une température trop élevée provoquera le dégel du permagel et l'instabilité des parois du puits, tandis qu'une température trop basse ne permettra pas un transport efficace des déblais.

II. Technologie de fluide de forage isolant

2.1 Système de boue cimentaire à prise rapide et basse température

La cimentation du permagel rencontre des défis particuliers : la réaction d'hydratation de la boue cimentaire est lente à basse température et le développement de résistance est insuffisant ; le cycle de gel-dégel détruit la structure de la pierre de ciment. SHUZHIHUI Energy Technology utilise un système de boue cimentaire anti-gel à prise rapide, avec ajout d'agents anti-gel et de promoteurs de prise, pour garantir que la boue cimentaire puisse toujours se solidifier normalement et atteindre la résistance conçue dans un environnement de moins 15 degrés Celsius.

2.2 Application de la boue mousseuse

La boue mousseuse utilise l'air comme phase dispersée, avec une faible densité et un faible coefficient de conductivité thermique, ce qui la rend particulièrement adaptée au forage en permagel. Les microbulles de mousse bloquent efficacement la transmission de chaleur, réduisant les perturbations thermiques sur le permagel permanent. De plus, la boue mousseuse est peu sensible à la pression de formation, ce qui peut réduire le risque de perte de circulation causé par le déséquilibre de pression hydrostatique.

2.3 Système de boue à base de solution saline

La boue à base d'eau salée saturée (chlorure de sodium ou chlorure de potassium) peut abaisser son point de congelation à moins 20 degrés Celsius, ce qui peut prévenir efficacement le gel de la boue. Ce système convient aux opérations de forage dans un environnement à basse température, mais il faut prêter attention au problème de corrosion des équipements et des conduites causé par les cristaux de sel.

III. Stratégies d'optimisation du processus de forage

3.1 Contrôle des paramètres de forage

Contrôler strictement la température de sortie du fluide de forage à moins de 5 degrés Celsius pour réduire l'apport thermique au permagel. Pendant le forage, adopter un mode de forage intermittent pour laisser au terrain suffisamment de temps pour dissiper la chaleur. Les paramètres de pression de forage et de vitesse de rotation doivent être contrôlés avec précision en fonction de la dureté du terrain pour éviter la génération de chaleur de friction inutile.

3.2 Conception de la procédure de cuvelage

La conception du cuvelage en permagel doit tenir compte de la pression de gonflement due au gel causée par le cycle de gel-dégel. La section de contact direct entre le cuvelage externe et le permagel doit être revêtue d'une couche anticorrosion en bitume de pétrole ou en polyéthylène pour réduire l'impact direct de la pression de gonflement due au gel sur le cuvelage. L'espace annulaire entre le cuvelage et la paroi du puits doit être rempli de boue cimentaire anti-gel pour prévenir l'accumulation d'eau et son gonflement consécutif.

3.3 Installations d'isolation thermique du chantier

La plateforme de forage et le système de circulation de boue doivent être équipés de hangars ou de couvertures d'isolation thermique, utilisant le chauffage électrique ou au carburant pour maintenir la température de travail des équipements. Les bassins de boue et les conduites utilisent des câbles de chauffage par traçage pour l'isolation thermique, et les vannes et instruments sont placés dans des caisses d'isolation thermique dédiées. Une planification raisonnable de l'isolation thermique du chantier est la garantie fondamentale du succès du forage en permagel.

IV. Cas d'application typiques

Les équipements de forage en permagel de SHUZHIHUI Energy Technology ont été appliqués avec succès dans plusieurs projets tels que le champ pétrolifère de Tioumen en Russie et le district minier aurifère de Iakoutsk. Dans un projet d'exploration aurifère en République de Sakha, les équipements ont fonctionné de manière continue et stable pendant plus de 60 jours dans un environnement de moins 45 degrés Celsius, avec une profondeur de forage atteignant 850 mètres et un taux de récupération des carottes dépassant 90%, et ont été très bien reconnus par les clients.