Méthodes et technologies de cimentation des puits : comment préparer et couler le coulis de ciment

Après avoir foré un puits dans des sols sableux meubles, commence une étape visant à renforcer les tuyaux de tubage.Dans le même temps, le tronc doit être protégé des dommages, des effets agressifs des eaux souterraines, de la corrosion et d'autres phénomènes négatifs. Nous parlons d'un processus tel que la cimentation de puits.

Réaliser soi-même des travaux de cimentation est assez difficile, mais c'est possible si vous avez des connaissances sur les technologies permettant de réaliser l'événement. Nous vous expliquerons pourquoi vous devez procéder au cimentage et à quoi vous devez faire attention lors de l'exécution des travaux. Pour plus de clarté, le matériel contient des photos et des vidéos thématiques.

Pourquoi cimenter un puits ?

La cimentation d'un puits est un processus qui suit immédiatement après l'achèvement opérations de forage. La procédure de cimentation consiste à introduire une solution de ciment dans l'annulaire ou l'anneau (si le tube de tubage est placé dans un tube en polyéthylène plus large), qui durcit avec le temps, formant un puits de forage monolithique.

Le mortier de ciment dans ce cas est appelé « bouchage » et le processus lui-même est appelé « bouchage ». 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 bouchées de vos propres mains, ce qui coûte beaucoup moins cher que de faire appel à des spécialistes.

La cimentation d'un puits est un ensemble de mesures visant à renforcer l'anneau et le tubage contre la pression latérale destructrice des roches et les effets des eaux souterraines.

Un bouchage correctement effectué des puits d'eau contribue à :

• assurer la solidité de la structure du puits ;
• protéger le puits des eaux souterraines et de surface ;
• renforcer le tube de tubage et le protéger de la corrosion ;
• augmenter la durée de vie de la source d'eau;
• élimination des gros pores, des vides et des interstices par lesquels des particules indésirables peuvent pénétrer dans l'aquifère ;
• déplacement de la boue de forage par du ciment, si celle-ci a été utilisée lors du forage.

La qualité de l'eau produite et les caractéristiques opérationnelles du puits dépendront de la qualité de la cimentation. Une cimentation est également réalisée pour les puits abandonnés qui ne seront plus en exploitation.

Étapes de cimentation d'une source d'eau

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

1. Préparation du coulis de ciment pour remplir l'espace annulaire.
2. Fourniture de ciment préparé au puits.
3. Injection de coulis de ciment dans l'espace annulaire.
4. La période de durcissement du mortier de ciment.
5. Vérification de la qualité du cimentage.

Chaque étape nécessite l'utilisation de certains outils et équipements spéciaux. Il est préférable de faire des calculs des matériaux requis avant le début des travaux de jointoiement, car Le processus de colmatage doit durer continuellement et si, par exemple, vous n'avez pas assez de mortier de ciment, cela affectera très négativement la qualité du cimentage. Examinons plus en détail les étapes les plus importantes.

Dans de rares cas, les puits aquifères ne nécessitent pas de cimentation ; il s'agit de puits dont toute la profondeur s'étend dans des sols argileux denses.

Étape n°1 - préparation du matériel

Tous les travaux de cimentation des puits aquifères doivent être effectués en stricte conformité avec les exigences techniques, dont la violation entraînera une cimentation de mauvaise qualité.

Lorsqu'on commence à boucher un puits, il faut savoir qu'il s'agit d'un processus irréversible ; il est impossible de corriger quoi que ce soit une fois que la solution a commencé à affluer dans l'espace annulaire du puits, d'où le travail préparatoire, à savoir la préparation d'une solution pour la cimentation et le choix des équipements, doivent être abordés de la manière la plus responsable possible !

Le moyen le plus simple et le plus efficace consiste à louer du matériel sur une plateforme de véhicule. Un tel complexe sera capable de préparer une solution de ciment et de la pomper dans un puits sous pression, tandis que la source d'énergie pour faire fonctionner l'équipement sera un puissant moteur automobile.

Si l'utilisation d'unités basées sur un véhicule spécial n'est pas possible, vous aurez alors besoin de :

• mélangeur pour préparer du mortier de ciment;
• une pompe haute pression qui pompe la solution vers le puits ;
• tête de cimentation pour pomper la solution dans le puits ;
• bouchons de remplissage (la quantité dépend de la méthode de cimentation) ;
• divers petits matériels (tuyaux, récipients doseurs).

En tant que tuyau, de nombreux experts recommandent d'utiliser une lance d'incendie flexible au lieu des tuyaux traditionnels en PEHD d'un diamètre de 32 cm. Il est plat et s'intègre parfaitement dans l'espace inter-tuyaux, garantissant un approvisionnement efficace en solution.

L'équipement de cimentation des puits est de grande taille et nécessite une source d'énergie puissante, telle qu'un compresseur, un générateur et un accès ininterrompu au réseau électrique.

Étape n°2 - préparation de la solution

Le coulis de ciment pour la cimentation d'un puits doit répondre à un certain nombre d'exigences et avoir :

• propriétés adhésives élevées sur des surfaces de tout type ;
• haute résistance après durcissement, résistance aux contraintes mécaniques;
• plasticité et bonne fluidité pour combler toutes les fissures et vides ;
• neutralité chimique par rapport aux couches de sol tamponnées ;
• résistance à l'érosion par les eaux souterraines;
• pas de retrait lors du durcissement.

De plus, la solution doit avoir une consistance telle qu'elle puisse être facilement délivrée dans le puits et injectée. La solution doit être facilement lavée de l'équipement, ne pas être chimiquement agressive envers celui-ci et avoir un coefficient de perte minimum lors du transport vers le puits.

Le coulis de ciment utilisé doit avoir une structure suffisamment liquide pour être pompé avec un équipement d'injection et en même temps avoir des caractéristiques de résistance élevées.

Le processus de préparation du mortier de ciment pour le tamponnage consiste à mélanger uniformément les composants entrant dans sa composition, 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 obtention de la consistance requise. Cette solution a une faible densité et sa préparation est difficile, car le sable entrant dans la composition précipite souvent et l'utilisation de la 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 + filler. L'amiante (sur les sols sableux) et les matériaux fibreux sont utilisés comme charges.

Pour préparer le mélange cimentaire, il est préférable d’utiliser du ciment Portland, qui est un type de ciment à base de silicate.

Bien entendu, un tel ciment est plus cher que le ciment Portland ordinaire, mais ses caractéristiques de résistance sont bien supérieures à celles du ciment ordinaire. La barytine est un minéral lourd qui augmente la densité de la solution. Vous pouvez acheter de la barytine dans une quincaillerie qui vend des matériaux de construction en vrac.

Les additifs spéciaux inclus dans les solutions cimentaires désignent diverses substances qui confèrent à la solution des propriétés particulières.

Ceux-ci inclus:

• réglage des accélérateurs ciment (chlorure de calcium, carbonate de sodium, potasse), utilisé si la cimentation se produit à des températures inférieures à +5 degrés ;
• ralentisseurs, utilisés pour éviter un durcissement rapide (il s'agit de chlorures de calcium ou de sodium, de nitrite de sodium, etc.) ;
• plastifiants pour obtenir une viscosité optimale (modificateurs polymères) ;
• additifs antigel (composés organosiliciés couplés à des plastifiants) ;
• additifs déshydratants (substances obtenues à partir de composés appartenant aux groupes des acides sucre, citrique, tartrique et tétraoxyadipique), etc.

Des additifs spéciaux sont mélangés à de l'eau, qui est ensuite utilisée pour préparer le coulis de ciment. La solution est mélangée 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 possède des propriétés de résistance élevées et peut résister aux charges, aux contraintes mécaniques et physiques.

Étape n°3 - verser la solution dans le puits

Les principales méthodes de cimentation des puits sont :

• étape continue ou unique ;
• en deux étapes;
• manchette;
• L'opposé.

Toutes les méthodes de cimentation des puits d'eau sont basées sur un principe : le pompage du coulis de ciment 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 du tube de tubage, conditions climatiques et hydrogéologiques de la zone.

La technologie de colmatage des puits d’eau sélectionnée doit garantir :

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

Pour les puits profonds, la cimentation segmentaire est utilisée, c'est-à-dire Ce n'est pas la totalité de la section du puits qui est cimentée en une seule fois, mais seulement ses segments individuels.

Ce processus est très complexe et la pratique montre qu'il est presque impossible de le faire soi-même. Par conséquent, nous examinerons de plus près la technologie du cimentage en une et deux étapes et des manchons.

Cimentation en une seule étape ou en continu

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

La solution est pompée sous pression à l'aide d'un équipement installé sur la plate-forme d'un véhicule spécial ou en permanence à proximité du puits. La solution de cimentation, sous son propre poids, se déplace vers le « sabot » de base 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 veiller à une quantité suffisante de coulis de ciment

Avant de commencer les travaux de cimentation, il est effectué bien nettoyer, puis un bouchon inférieur est inséré, qui fera office de limiteur. La pompe à béton est mise en marche et le pompage de la solution de colmatage commence, sous l'influence de laquelle le bouchon est abaissé jusqu'à ce qu'il atteigne le « sabot » du tubage.

Après avoir pompé la solution, le bouchon supérieur est installé et le compactage du mélange de ciment commence jusqu'à ce que le bouchon supérieur repose contre celui du bas. Cela signifie que la solution a rempli tout l’anneau. Le compactage est réalisé à l'aide d'une presse vibrante utilisant une pompe à béton pour pomper la solution.

Le puits cimenté est laissé seul pendant 36 à 48 heures pour que la solution durcisse complètement. Cette méthode ne convient que pour les puits peu profonds et de forme uniforme. L'inconvénient de cette méthode est l'incapacité de suivre le moment où le coulis de ciment a atteint le point bas de l'alignement du puits.

Système de remplissage en deux étapes

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

• le mortier de ciment prend si rapidement que le cimentage ne peut être réalisé en un seul cycle ;
• lorsqu'il est nécessaire de sélectionner deux sections dans l'anneau qui sont séparées par une distance significative ;
• à 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 durée du processus et des indicateurs économiques.

La cimentation en deux étapes prend plus de temps, car la deuxième étape commence après le durcissement complet du coulis 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 portion de coulis de ciment est chargée et pressée. Le bouchon inférieur est abaissé et, sous l'action de la solution, le bouchon coule vers le fond. La deuxième partie de la solution est pompée 12 à 36 heures après le durcissement complet de la première partie.

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

Application de la méthode du brassard

Cette méthode de cimentation est utilisée si seule la partie supérieure du puits doit être renforcée. Dans ce cas, la tâche initiale sera de déterminer le niveau auquel le cimentage sera effectué.

Le niveau est marqué le long du boîtier en installant un collier spécial. La partie inférieure de la vanne est protégée de manière fiable par un brassard contre la pénétration de la solution de bouchage.

La solution est pompée exactement de la même manière que lors d'une cimentation en une seule étape. La méthode du brassard est utilisée si la partie supérieure du puits est située sur des sols sableux et la partie inférieure est située sur des sols argileux. C'est assez rare, cette méthode n'est donc pas largement utilisée.

Le processus de formation de la pierre de ciment

Le processus de formation des pierres de ciment commence immédiatement après le pompage de la solution de colmatage et dure de 12 à 36 heures. Les principaux facteurs influençant la durée de durcissement de la solution à l'état de pierre de ciment :

• propriétés des composants inclus dans la solution ;
• sols, matériaux de tubage ;
• les conditions hydrogéologiques et climatiques du site ;
• densité d'injection, mise en œuvre correcte du processus de bouchage.

Pendant la période de durcissement, il est nécessaire de laisser le puits au repos. Il est interdit d'utiliser des câbles, des pieds-de-biche ou des fils métalliques pour évaluer la qualité de la cimentation, car cela peut compromettre l'intégrité de la pierre de ciment résultante.

Si vous ne savez pas combien de temps il faut pour que le mortier de ciment prenne complètement, attendez trois jours et commencez à prendre des mesures de contrôle.

Évaluation de la qualité de la cimentation

Il est à noter : malgré le fait que l'évaluation de la qualité de la cimentation des puits aquifères soit une étape très importante, il est impossible de la réaliser de manière indépendante.

Pour le réaliser, un équipement de laboratoire spécial est nécessaire, ce qui est très rare même parmi les organisations impliquées dans le forage.

Si vous avez toujours l'intention d'évaluer le tamponnage effectué, vous pouvez commander un service de contrôle qualité de trois manières :

• acoustique, basé sur le tapotement des parois du boîtier, avec traitement ultérieur des données obtenues par des programmes informatiques ;
• radiologique, lors de mesures à l'aide d'appareils radio ;
• thermique, basé sur le principe de mesure de la chaleur générée lors du durcissement du mortier de ciment.

À la maison, vous pouvez utiliser une méthode thermique simplifiée en mesurant la température au niveau des parois du puits. Lorsqu'elle devient égale à la température de l'air ambiant et devient inférieure de 0,5 à 1,5 degrés, nous pouvons alors parler de durcissement complet. Cependant, même après cela, il est recommandé d'attendre 2 à 3 jours et de mettre ensuite le puits en service seulement.

Une fois l'inspection terminée, la tête de puits est débarrassée des résidus de coulis de ciment à l'aide de écopes. Ensuite, un test d'étanchéité est effectué en pompant de l'eau sous haute pression dans le tuyau du puits pendant 30 minutes. Le critère d'étanchéité sera une diminution de la pression d'environ 0,3 à 0,5 MPa. Le puits est maintenant complètement prêt à être utilisé.

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

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Les vidéos ci-dessous concernent les puits de l'industrie pétrolière et gazière, mais le principe de la technologie de travail est le même que pour les puits aquifères.

Procédure de cimentation de puits en une étape :

Spécificités de la réalisation du cimentage des lèvres :

Caractéristiques technologiques du cimentage en deux étapes :

La cimentation est un processus complexe qui nécessite l’utilisation d’équipements spécialisés. Toutefois, cela ne signifie pas qu’il est impossible de le faire soi-même. En choisissant et en préparant correctement la solution de jointoiement, en utilisant un minimum d'unités, vous pouvez facilement effectuer le travail vous-même.

Dans tous les cas, l'exploitation d'un puits sans renforcer le baril avec du ciment ne durera pas longtemps, et les coûts forer une nouvelle source d'eau n'en sera pas moins.

Si, après avoir étudié le matériel, vous avez encore des questions sur la façon de bien cimenter un puits après le forage, ou si vous avez des connaissances précieuses sur cette question, veuillez laisser vos commentaires dans le bloc ci-dessous.