Méthodes et technologies de cimentation des puits: comment préparer et couler le mortier de jointoiement

Après avoir foré un puits dans des sols sablonneux meubles, une étape commence pour renforcer les tuyaux de cuvelage. Dans le même temps, le tronc doit être protégé contre les dommages, les eaux souterraines agressives, la corrosion et d'autres phénomènes négatifs. Il s'agit d'un processus tel que le cimentage de puits.

Effectuer des travaux de cimentation par vous-même est assez difficile, mais possible si vous avez des connaissances sur la technologie de l'événement. Nous vous expliquerons pourquoi le cimentage est nécessaire et à quoi vous devez prêter attention lors de l'exécution des travaux. Pour plus de clarté, le matériel contient des photos et des vidéos thématiques.

Pourquoi cimenter un puits?

Le cimentation de puits est un processus qui suit immédiatement après l'achèvement. opérations de forage. La procédure de cimentation consiste dans le fait que la boue de ciment est introduite dans l'annulaire ou l'annulaire (si l'enveloppe est à son tour placée dans un tuyau en polyéthylène plus large), qui durcit avec le temps, formant un puits de forage monolithique.

Dans ce cas, le mortier de ciment est appelé «jointoiement» et le processus lui-même est «colmatage». Un processus d'ingénierie complexe, appelé technologie de cimentation de puits, nécessite certaines connaissances et un équipement spécial.

Dans la plupart des cas, les sources d'eau peuvent être bourrées de vos propres mains, ce qui est beaucoup moins cher que d'attirer des spécialistes.

Le cimentation de puits est un ensemble de mesures visant à renforcer l'anneau et le tubage contre la pression latérale destructrice des roches et l'impact des eaux souterraines

Un obturation correctement effectuée des puits dans l'eau contribue à:

• assurer la solidité de la structure du puits;
• protection des puits contre les eaux souterraines et les hautes eaux;
• renforcer le boîtier et le protéger de la corrosion;
• augmenter la durée de vie de la source d'eau;
• élimination des grands pores, vides, lacunes à travers lesquelles les particules indésirables peuvent pénétrer dans l'aquifère;
• déplacement du fluide de forage avec du ciment, si le premier a été utilisé lors du forage.

La qualité de l'eau produite et les caractéristiques opérationnelles du puits dépendront de la qualité de la cimentation. Le cimentation est également effectuée pour les puits abandonnés qui ne seront plus exploités.

Étapes de cimentation de la source d'eau

L'ensemble du processus de cimentation se compose de plusieurs étapes, chacune ayant ses propres nuances:

1. Préparation de coulis de ciment pour remplir l'espace annulaire.
2. Fourniture de ciment préparé au puits.
3. Injection de mortier de jointoiement dans l'espace annulaire.
4. Période de durcissement du mortier de ciment.
5. Contrôle qualité du cimentation.

Chaque étape nécessite l'utilisation de certains outils et équipements spéciaux. Il est préférable de faire les calculs des matériaux nécessaires avant le début du jointoiement, car le processus de colmatage devrait durer en continu et si, par exemple, vous n'avez pas suffisamment de mortier de ciment, cela affectera négativement la qualité du cimentage. Nous examinerons plus en détail les étapes les plus importantes.

Dans de rares cas, les aquifères n'ont pas besoin d'être cimentés, nous parlons de puits dont toute la profondeur coule dans des sols argileux denses

Étape numéro 1 - préparation de l'équipement

Tous les travaux de cimentation des aquifères doivent être effectués dans le strict respect des exigences techniques, dont la violation entraînera une cimentation de mauvaise qualité.

Lorsque vous vous lancez dans le colmatage d'un puits, vous devez savoir qu'il s'agit d'un processus irréversible, il est impossible de réparer quoi que ce soit après le dépôt de la solution dans l'anneau du puits.Par conséquent, les travaux préparatoires, à savoir la préparation du coulis pour le cimentage et la sélection de l'équipement, doivent être abordés de la manière la plus responsable possible!

Le moyen le plus simple et le plus efficace est de louer du matériel sur une plateforme de véhicule. Un tel complexe pourra préparer un mortier de ciment et le pomper dans un puits sous pression, tandis qu'un puissant moteur automobile servira de source d'énergie pour l'équipement.

S'il n'est pas possible d'utiliser des unités basées sur un véhicule spécial, vous aurez besoin de:

• mélangeur pour la préparation de mortier de ciment;
• pompe haute pression, pompant la solution vers le puits;
• tête de cimentation pour injecter la solution dans le puits;
• bouchons de remplissage (le montant dépend de la méthode de cimentation);
• divers petits équipements (tuyaux, réservoirs de mesure).

En tant que tuyau, de nombreux experts recommandent d'utiliser un tuyau d'incendie flexible au lieu des tuyaux HDPE traditionnels d'un diamètre de 32 cm. Il est plat et passe parfaitement dans l'espace annulaire, fournissant un flux de solution efficace.

L'équipement pour cimenter les puits est grand et nécessite une puissante source d'énergie, comme un compresseur, un générateur, un accès ininterrompu au réseau

Étape numéro 2 - préparation de la solution

La suspension de ciment pour cimenter le puits doit répondre à un certain nombre d'exigences et avoir:

• propriétés adhésives élevées avec des surfaces de tout type;
• haute résistance après solidification, résistance aux contraintes mécaniques;
• ductilité et bonne fluidité pour combler toutes les fissures et les vides;
• neutralité chimique vis-à-vis des couches de sol bouchées;
• résistance à l'érosion par les eaux souterraines;
• absence de retrait lors du durcissement.

De plus, la solution doit avoir une consistance telle qu'elle peut être délivrée sans problème au puits et injectée. La solution doit être bien lavée de l'équipement, ne pas être chimiquement agressive contre elle et avoir un coefficient de perte minimum pendant le transport vers le puits.

La suspension de ciment utilisée doit avoir une structure suffisamment liquide pour être pompée par un équipement d'injection et en même temps avoir des caractéristiques de résistance élevée

Le processus de préparation d'un mortier de ciment pour le colmatage consiste à mélanger uniformément les composants qui le composent, puis à y verser de l'eau, avec des additifs spéciaux préalablement dissous.

Les solutions les plus simples que vous pouvez préparer vous-même sont:

1. Ciment Portland + sable de quartz (1: 1) + additifs spéciaux et eau jusqu'à l'obtention de la consistance souhaitée. Une telle solution a une faible densité, et sa préparation est difficile, car le sable inclus dans la composition précipite souvent et l'utilisation d'une solution devient impossible.
2. Ciment Portland + barytine (1.1: 1) + additifs spéciaux et eau. L'inconvénient de cette solution est sa faible résistance.
3. Ciment Portland + enduit. L'amiante (sur les sols sableux), les matériaux fibreux sont utilisés comme charge.

Pour la préparation d'un mélange cimentaire, il est préférable d'utiliser du coulis de ciment Portland, qui est un type de ciment à base de silicates.

Un tel ciment, bien sûr, est plus cher que le ciment Portland ordinaire, mais ses caractéristiques de résistance sont beaucoup plus élevées que celles du ciment ordinaire. La barytine est un minéral lourd qui augmente la densité de la solution. La barytine peut être achetée dans une quincaillerie vendant des matériaux de construction en vrac.

Par additifs spéciaux qui font partie des mortiers de ciment, nous comprenons diverses substances qui confèrent à la solution des propriétés spéciales.

Cela comprend:

• réglage des accélérateurs ciment (chlorure de calcium, carbonate de sodium, potasse), utilisé si le collage se produit à une température inférieure à +5 degrés;
• retardateurs de priseutilisé pour empêcher un durcissement rapide (ce sont les chlorures de calcium ou de sodium, le nitrite de sodium, etc.);
• plastifiants pour une viscosité optimale (modificateurs de polymère);
• additifs résistants au gel (composés organosiliciés, couplés à des plastifiants);
• additifs absorbant l'humidité (substances obtenues à partir de composés appartenant aux groupes du sucre, des acides citrique, tartrique et tétraoxyadipique), etc.

Des additifs spéciaux sont mélangés dans de l'eau, qui est ensuite utilisée pour la préparation de mortier de jointoiement. Mélanger la solution à l'aide de machines spéciales - mélangeurs. Parfois, le pétrissage manuel est autorisé, mais il nécessite une certaine habileté et beaucoup de travail.

La pierre de ciment formée lors du durcissement du ciment Portland a des propriétés de haute résistance, résiste aux charges, aux effets mécaniques et physiques.

Étape numéro 3 - verser la solution dans le puits

Les principales méthodes de cimentation des puits sont les suivantes:

• continu ou en une seule étape;
• en deux étapes;
• manchette;
• l'inverse.

Toutes les méthodes de cimentation des puits d'eau sont basées sur un principe - le pompage du coulis dans l'espace annulaire. Dans le même temps, le choix de la technologie de cimentation dépend de conditions spécifiques: type de sol, profondeur du puits, matériau de l'enveloppe, conditions climatiques et hydrogéologiques de la zone.

La technologie choisie de branchement de puits dans l'eau devrait fournir:

• remplir la solution avec l'alignement complet du puits sur toute la profondeur;
• déplacer complètement le liquide de rinçage (le cas échéant);
• création de ciment à haute résistance résistant aux influences physiques, mécaniques et chimiques;
• taux d'adhésion élevé avec les parois du sol du puits, tubage des tuyaux.

Pour les puits profonds, un cimentage segmentaire est utilisé, c'est-à-dire non pas la totalité de la tige du puits est cimentée à la fois, mais seulement ses segments individuels.

Ce processus est très complexe et la pratique montre qu'il est presque impossible de le faire vous-même. Par conséquent, nous considérons plus en détail la technologie du cimentage en une et deux étapes et en manchette.

Cimentation en une étape ou continue

Cette méthode est le plus souvent utilisée pour cimenter les aquifères domestiques. Lors de sa mise en œuvre, la solution cimentaire est pompée dans l'espace annulaire.

La solution est pompée sous pression à l'aide d'un équipement installé sur la plate-forme d'un véhicule spécial ou à l'arrêt près du puits. Le mortier de ciment, sous son propre poids, se déplace vers la base de la «chaussure» du tubage, remplissant toutes les cavités annulaires.

Les travaux de cimentation en une seule étape sont effectués en un seul cycle sans interruption, il est donc nécessaire de prendre soin d'une quantité suffisante de mortier de jointoiement

Avant de commencer le scellement bien rincerpuis le bouchon inférieur est introduit, qui agira comme un limiteur. La pompe à béton est mise en marche et la solution de colmatage commence à pomper, sous l'influence de laquelle le bouchon est abaissé jusqu'à ce qu'il atteigne la «chaussure» du tubage.

Après l'injection du mortier, le bouchon supérieur est installé et le mélange de ciment commence à se compacter jusqu'à ce que le bouchon supérieur bute sur le bouchon inférieur. Cela signifie que la solution a rempli tout l'espace annulaire. Le compactage est effectué au moyen d'un vibropress en pompant le mortier avec une pompe à béton.

Le puits cimenté est laissé au repos pendant 36 à 48 heures pour une solidification complète de la solution. Cette méthode ne convient qu'aux puits peu profonds et bien formés. L'inconvénient de cette méthode est l'impossibilité de suivre le moment où la suspension de ciment a atteint le fond du puits.

Système d'amorçage en deux étapes

Cette méthode de cimentation a été développée pour les puits de l'industrie pétrolière. Du fait qu'elle nécessite l'utilisation d'équipements industriels sérieux (une pompe à béton puissante), elle n'est pas souvent utilisée dans la construction de puits. La cimentation en deux étapes est utilisée dans les cas suivants:

• le mortier de ciment durcit si rapidement que le cimentage ne peut pas être terminé en un seul cycle
• lorsque vous souhaitez mettre en évidence deux sections de l'espace annulaire, séparées par une distance importante;
• avec une grande profondeur du puits, lorsqu'il est impossible d'effectuer des travaux en un seul cycle.

Dans d'autres cas, l'utilisation d'une méthode en deux étapes n'est pas pratique en raison de la longueur du processus et des indicateurs économiques.

Le cimentation en deux étapes est plus longue, car la deuxième étape commence après la solidification de la suspension de ciment de la première étape

Le principe de la cimentation en deux étapes repose sur le fait que le ciment est pompé dans l'espace annulaire en deux étapes.

La première partie du coulis est chargée et pressée.Le bouchon inférieur est abaissé, ce qui, par l'action de la solution, le bouchon tombe vers le bas. La deuxième portion de la solution est pompée en 12 à 36 heures, après le durcissement final de la première portion.

Dans la pratique du forage profond de puits artésiens en présence de formations absorbantes dans la partie supérieure de la section géologique et dans d'autres cas, le cimentation en deux étapes est utilisée

L'utilisation de la méthode du brassard

Cette méthode de cimentation est utilisée si seul le sommet du puits doit être renforcé. Dans ce cas, la tâche initiale sera de déterminer le niveau auquel le scellement sera effectué.

Le niveau est noté sur le boîtier en installant un brassard spécial. La partie inférieure de l'alignement est protégée de manière fiable par le brassard contre la pénétration de la solution de colmatage.

La solution est pompée exactement de la même manière qu'avec le cimentage en une étape. Une méthode de brassard est utilisée si la partie supérieure du puits est située sur des sols sableux et la partie inférieure sur des sols argileux. C'est assez rare, donc cette méthode n'a pas trouvé une large application.

Processus de formation de pierre de ciment

Le processus de formation de la pierre de ciment commence immédiatement après l'injection de la solution de colmatage et dure de 12 à 36 heures. Les principaux facteurs affectant la durée de la solidification du mortier à l'état de la pierre de ciment:

• les propriétés des composants qui composent la solution;
• terre, matériau d'enveloppe;
• conditions hydrogéologiques et climatiques sur le site;
• densité d'injection, mise en œuvre correcte du processus de colmatage.

Pendant la période de solidification, il est nécessaire de laisser le puits au repos. Il est interdit d'utiliser des câbles, des pinces, des fils pour évaluer la qualité de la cimentation, cela peut perturber l'intégrité de la pierre de ciment résultante.

Si vous ne savez pas combien de temps il faut pour que le mortier de ciment durcisse complètement, attendez trois jours et procédez aux mesures de contrôle.

Évaluation de la qualité du ciment

Il convient de le noter: malgré le fait que l'évaluation de la qualité de la cimentation des aquifères soit une étape très importante, il est impossible de le faire vous-même.

Pour sa mise en œuvre, un équipement de laboratoire spécial est nécessaire, ce qui est très rare même pour les organisations engagées dans le forage.

Si vous avez toujours l'intention d'évaluer le colmatage effectué, vous pouvez commander le service de contrôle de la qualité de l'une des trois manières suivantes:

• acoustique, basé sur le tapotement des parois du boîtier, suivi du traitement des données par des programmes informatiques;
• radiologique lors de la mesure avec des appareils radio;
• thermique, basé sur le principe de mesure de la chaleur dégagée lors du durcissement du mortier de ciment.

À la maison, vous pouvez utiliser la méthode thermique simplifiée en mesurant la température aux parois du puits. Quand il atteint la température de l'air ambiant et devient de 0,5 à 1,5 degrés plus bas, alors nous pouvons parler de solidification complète. Cependant, même après cela, il est recommandé d'attendre 2-3 jours et de ne mettre le puits en service qu'ensuite.

Une fois le test terminé, la tête de puits est nettoyée de la suspension de ciment à l'aide salauds. Ensuite, un test de fuite est effectué, pour lequel de l'eau à haute pression est pompée dans le tuyau du puits pendant 30 minutes. Le critère d'étanchéité sera une chute de pression d'environ 0,3-0,5 MPa. Le puits est maintenant entièrement prêt à l'emploi.

L'étanchéité du colmatage augmente le débit du puits, augmente la durée de vie des chaînes de tubage, les protégeant de la corrosion, ainsi que de la source d'eau elle-même

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Dans les vidéos ci-dessous, nous parlons de puits dans l'industrie pétrolière et gazière, mais le principe de la technologie de production est le même que pour les aquifères.

Procédure de cimentation en une étape:

Spécificités de la production de cimentation du brassard:

Caractéristiques technologiques de la cimentation en deux étapes:

Le cimentage est un processus complexe qui nécessite l'utilisation d'équipements spécialisés. Cependant, cela ne signifie pas qu'il est impossible de le faire vous-même. En choisissant et en préparant correctement le mortier de jointoiement, en utilisant le minimum d'agrégats, il est tout à fait possible de faire le travail vous-même.

Dans tous les cas, l'exploitation du puits sans cimenter le puits ne sera pas longue, et le coût de forer une nouvelle source d'eau ne le sera pas moins.

Si après avoir étudié le matériau, vous avez encore des questions sur la façon de cimenter correctement le puits après le forage, ou si vous avez des connaissances précieuses à ce sujet, veuillez laisser vos commentaires dans le bloc ci-dessous.