Brevet FR2504546A1 — publié le 19821029

La présente invention concerne le forage de trous dans le sol et a notamment pour objet un procédé de prépara- tion d'un mélange de tamponnage de trous de forage et un mélange de tamponnage obtenu par ledit procédé. Il est particulièrement indiqué d'utiliser le mélange de tamponnage préparé suivant la présente invention lors de l'exécution de travaux de prospection géologiques, du forage de trous de prospection de génie civil, de travaux de forage de puits de production de gaz et de pétro- le, ainsi que de puits destinés à supprimer les zones de complications, lors de la mise en place de fonds de trous de forage artificiels ainsi que de ponts de séparation, et lors du tamponnage final des puits après l'achèvement de leur exploitation fonctionnelle. Lors de l'exécution de tels travaux, il est essentiel de mettre en oeuvre des matériaux capables de dilatation cubique en cours de durcissement, cette capacité de dilatation dépendant aussi bien de la composition chimi- que des matériaux que de la technologie utilisée pour leur préparation. On connaît déjà un procédé de préparation de mélanges de tamponnage qui consiste à mélanger des consti- tuants à l'état sec ou à les broyer dans un desintégrateur (A.I Bérejnol, P Ya Zeltser, A G Moukha: "I Les méthodes d'action électriques et mécaniques lors de la cimentation des puits ", Moscou, Editions "Nédra", 1976,PP 23 à 25). On connaît également un procédé de préparation d'un mélange de oa:,ornaoe qui consiste à bras- ser mécaniquement du ziment pulvérulent alumineux avec des additifs introduits dans des proportions déterminéesaugmen- tant la durée de vie, les caractéristiques adhésives et la résistance mécanique du mélange, et diminuant sa durée de prise On effectue le brassage en présence d'un champ électromagnétique alternatif et à l'aide de granules aimantés constitués partiellement ou entièrement par la matière des additifs choisis et qui sont animés d'un mouvement désordonné dans ledit champ, l'introduction des additifs se faisant grâce à l'attrition desdits granules au cours du brassage (brevet Etats Unis d'Amérique No 4 242 141, classe 106-89). La plupart des principales caractéristiques des mélanges de tamponnage préparés par les procédés connus répondent aux exigences, mais leur dilatation cubique au cours de la prise est relativement faible et insuffisante pour créer des ouvrages de qualité dans les puits au cours de leur forage. On s'est donc proposé de créer un procédé de préparation d'un mélange de tamponnage garantissant une amélioration des caractéristiques physicomécaniques du mélange et en particulier de son taux de dilatation cubique. Ce problème est résolu du fait que le procédé de préparation d'un mélange de tamponnage à base de ciment alumineux par brassage mécanique de ciment avec des additifs introduits dans des proportions appropriées et destinés à améliorer les caractéristiques physico-mécaniques du mélange, ledit brassage étant réalisé en présence d'un champ électromagnétique alternatif et au moyen de corps aimantés, est caractérisé en ce qu'on soumet le mélange obtenu à un formage par portions sous une pression de 50 à 120 MN/m 2, soit 50 à 120 M Pa. Le procédé de préparation d'un mélange de tamponnage permet d'obtenir un matériau de tamponnage doué d'un taux de dilatation cubique plus levé, d'une charge de rupture à la compression plus élevée et d'une force d'adhérence aux roches constituant les parois du puits plus élevée que ceux des meliges obtenus par les procédés connus. Le procédé proposé cnnsiste essentiellement en ce qui suit On place les matières premières dans une chambre qui se trouve dans l'enceinte interne d'une bobine électromagnétique (solénoïde) branché sur réseau à courant alternatif Les corps qui se trouvent dans la chambre et qui sont des particules par exemple sphériques préalablemnt aimantées, notamment en hexaferrite de baryum (matière servant d'additif), reçoivent un mouvement désordonné sous l'action du champ électromagnétique alternatif et sont soumises partiellement à une attrition (usure par frotte- ment) Grâce à la grande mobilité desdits corps on obtient un brassage intense des constituants du mélange A partir de la chambre de la bobine électromagnétique (solénoïde) le mélange ainsi traité est admis à travers un doseur dans l'enceinte interne d'une chambre de pressage dans laquelle des organes de compression(par exemple des poinçons)lui confèrent la forme requise sous une pression de 50 à 120 M Pa. Ces valeurs limites de la pression ont été établie par des recherches expérimentales. La limite inférieure des efforts de formage des mélanges de tamponnage à base de ciment alumineux correspond à 50 M Pa et est déterminée par la résistance mécanique mini- male requise des produits à obtenir (notamment pastilles, briquettes, granules) A cette valeur de la pression corres- pond un effort de rupture du produit (lors de l'essai "sur arête" 0,5 k N). Avec l'augmentation de l'effort de pressage de 50 M Pa jusqw'à 120 M Pa, on observe un accroissement de la résistance des produits (Voir Tableau 1). Tableau I Effort de compression, 50 60 70 80 100 120 150 200 2-50 300 350 M Pa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 il Effort de rupture "sur arète', k N 0,5 0,7 0,8 1,0 1, 2 1,3 1,3 1,3 1,3 0,5 0,5 J> 4-9 Dans l'intervalle d'efforts de compression de à 250 M Pa, on ne constate aucun accroissement de la résistance mécanique Quand l'effort de compression appli- quée est inférieur à 50 M Pa, il y a rupture du produit au cours de sa mise sous emballage et son transport. Des efforts de compression excessifs (supérieurs à 250 M Pa) entraînent la formation de fissures de ségré- gation provoquées par les forces résiduelles et les con- traintes internes au sein du comprimé. A la suite des essais effectués on a limité l'intervalle des efforts de compression du mélange de tamponnage à la plage de 50 à 120 M Pa. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation concretú mais non limitatifs d'obtention de mélanges de compositions variées. Exemple 1. On utilise à titre de matières premières un ciment alumineux de la classe de résistance 400 ( résistance à la compression 39,23 M Pa> 50 g. du plâtre semi-hydraté 50 g. On place lez matières premières dans la chambre d'une bobine électromagnétique de 50 mm de diamètre alimen- tée en courant alternatif d'une tension de 220 V. La partie inférieure de la chambre est fermée par une toile ou grille à mailles de 3 X 3 mm La chambre est garnie de 100 corps de 5 mm de diamètre, en hexaferrite de baryum, préalablement aimantés La durée de contact du coulis avec les corps est de 5 s, Au cours de cette période, pendant l'attrition des corps, le mélange reçoit 1 g d'hexaferrite de baryum Le mélange obtenu est admis par portions de 1 g dans la chambre de compression d'une presse à fabriquer des comprimés, dans laquelle le mélange est mis sous forme de pastilles sous une pression de 50 M Pa. On obtient ainsi des comprimés de 10 mm de diamètre et de 5 mm de hauteur. Après gâchage du mélange obtenu par le procédé connu et &'un autre par le procédé proposé, on a obtenu des coulis de tamponnage dont les essais comparés ont abouti aux résultats qui sont résumés dans le Tableau 2. ( Voir Tableau 2 page 7). ql lu 9 '6 Zi 7 oz O qsodoj apgood ai ç l Lç 9 '6 Z'9 i 7 949 O 'O xe q, 5,ad qlç? glie 919 Z olç se i 7 z çç O a 9 mvifi 9 '6 9 ',L 6 '9 019 glç LZ çz O nua Do 0 & 7 '? 9 '6 949 z d i 7 ?z 6 Md gmcbl id O IL 9 z 1 '9 LI O ',L z 4 9 9 9 ççlo 2 ue za N 6 p L 9 9 i 7 ç 4 mmee unip e ourm OZ ap gatne axe Tm sino P L ua ginor -ua UTJ: 1-nq 9 p Imam Gkesse gm tia asmzlaat Uo Tssaadmoo 1 elTzevq-s ut 1 Q 'a -E i UTM -To/nea UO'EITI. imua-ialpp 00-vd aoueq ST 99 H %lanb Tqno uo T Iigluly as Tad Op agana qaodd-e H Z %O -r tn -r CD U) Ci Ll- Exemple 2. On utilise à titre de matière première un ciment alumineux éventé de la classe de résistance 400 On place ce ciment dans la même chambre de bobine électromagnétique garnie des mêmes corps, en conservant la même durée de contact du ciment avec les corps ( 5 s) La chambre contient en même temps 50 g de coulis Le ciment ainsi traité est admis dans la chambre de la même presse par portions de 1 g et y est soumis au formage sous une pression de M Pa On obtient des comprimés de 10 mm de diamètre et de 4 mm de hauteur Les résultats des essais des coulis obtenus à partir de ciment pulvérulent ordinaire sous forme de comprimés sont réunis dans le Tableau 3. ( Voir Tableau 3 p 9). Tableau 3 Echan Rapport Durée de prise, Dilatation Résistance à la compression tillon eau/ci h cubique en uniaxiale au bout de 24 h MPE essayé ment début fin 24 heures,% durcissement durcissement à l'eau à l'air 1 2 3 4 5 6 7 Ciment 0,35 7,5 8,0 2,0 14,7 17,7 Ciment0,35 17,7 préparé 0,5 16,0 16,5 1, 5 11,8 14,7 par le pre- cédé oanu 0,7 20,0 22,0 0,2 2,4 2,9 Ciment 0,35 5,0 6,0 3,0 18,6 21,6 préparé 0,5 13,5 14,5 2,4 15,7 19,6 parle Prodé 0,7 18,0 19,0 0,3 3,9 4,4 prépose u 1 4. Exemple 3. On utilise à titre de matières premières: un ciment alumineux de la classe de résistance 400 70 g. du plâtre semi-hydraté 30 g. Après un traitement analogue aux traitements des exemples 1 et 2, on soumet le mélange au formage par portions de 1 g et suus une pression de 120 M Pa On obtient alors des comprimés de 10 mm de diamètre et de 3,5 mm de hauteur. Par g Achage du mélange obtenu par le procédé connu par le procédé revendiqué on a obtenu des coulis de tamponnage dont les essais comparés ont donné les résultats réunis dans le Tableau 4. (Voir Tableau 4 page 11). qsodoa i 7 & 6 Z ai 6 '9 9 'o oi z q I L'o E)Pgooad a 096 z Iç L Iz ç& i 7 c o I 'o 9 x-edga I 9 q Z 19 L L Ig q I zlo 9 'o 9 IO l'UUOO 9 '6 6 'i 7 6 ' 'o çlz z Iz L'o apgooad a Z'6 '6 es e do ocz ç& 9 'o LIU z I z I o I 9 IO 9 i 7 z eci 31 leanoiq -O-çoanp OM Np qnoq nie asnazq aenb aq-Tuelemq STT liq 17 Z e P 4 n OCL ague Tem nie alepre Tm veario quem To ex-esse n'p a ouea UDIM$aclmoo e T -9 qpe sp e O acff, arb Rno uo T Iuqul Ta les Tad ap aaana qaodd-eu -u-e-qog % O Ij- LA -0 ti) (%i i 7 nea Tql L>,i La mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention permet d'obtenir des mélanges detamponnage ayant de meilleures caractéristiques physico-chimiques, ce qui assure une excellente exécution de travaux tels que la suppression des zones de complications, la création de fonds de trous de forage artificiels et de ponts séparateurs, le tamponnage final des puits après l'achèvement de leur exploitation fonctionnelle. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de préparation d'un mélange à base de ciment alumineux pour le tamponnage de trous de forage,du type consistant à effectuer un brassage mécanique du ciment avec des additifs introduits dans des proportions détermin 5 m et améliorant les caractéristiques physico-mécaniques du mélange, ledit brassage étant réalisé en présence d'un champ électromagnétique alternatif et à l'aide de corps aimantés, caractérisé en ce que l'on soumet le mélange obtenu à un formage par portions en le soumettant à une compression sous une pression de 50 à 120 M Pa. 2 Mélange pour le tamponnage de trous de forage, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé faisant l'objet de la revendication 1.