BE435272A - - Google Patents

Description

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  " Perfectionnements aux procédés pour rendre compacts et consolider des formations de roche, des couches de sa- ble et de gravier, du béton poreux, des constructions de digues, des puits et forages et analogues ". 



   La présente invention a pour objet de rendre les dép8ts de sable et de gravier, le béton poreux, les formations de roche, la terre et analogues, compacts et imperméables à l'eau et aux autres liquides. L'invention est particulièrement destinée à être utilisée pour la consolidation des terrains de construction, pour l'étanohéité des constructions de digues présentant des fuites et des fonds poreux existant sous et autour des constructions de ce genre, ainsi que sous les piliers de ponts et les pilotis, pour le percement des tunnels, le forage des puits, etc.. 



  L'invention est également destinée à être utilisée pour l'étanchéité et la consolidation des parois des forages lorsque l'on fore des puits, par exemple de pétrole, et pour   -stabiliser   les boues de forage pendant ces opérations. 



  D'autres buts et avantages de l'invention seront plus clairement compris d'après la description qui suit. 



   Les méthodes généralement utilisées jusqu'ici pour l'étanchéité et la consolidation et consistant à injecter divers agents d'imperméabilisation, présentent certains / 

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 inconvénients qui rendent leur emploi difficile et l'action désirée moins efficace. 



   Lorsque l'on utilise des injections de ciment, certaines difficultés sont ainsi rencontrées en raison du fait que la suspension de ciment a tendance à se déposer et à se filtrer sur son propre précipité. Pour cette raison, il arrive que   @   des pompes et des tuyaux se trouvent bouchés, mais, surtout, la faculté de pénétration devient faible, notamment lorsque l'injection est faite dans un milieu relativement étanche ou serré, tel que du sable fin, de l'argile, etc..   A   cela il faut ajouter que, par suite de la période relativement longue de prise de ciment (2 à 4 heures), il y a toujours risque que le ciment soit chassé avant qu'il ait suffisamment durci, si de l'eau suintait à travers la partie de la terre dans laquelle   l'in -   jection a été effectuée. 



   Du bitume a été également employé comme agent d'imperméabilisation sous la forme de bitume chaud en fusion, et d'émulsions bitumineuses. Dans le premier cas, l'injection rencontre d'importantes difficultés techniques. Dans le second cas, la rigidité après la coagulation est moins satisfaisante par suite du degré considérable de dilution auquel on doit avoir recours lors de la préparation d'émulsions d'eau et de bitume. On a proposé d'ajouter des ingrédients minéraux, tees que l'argile, le ciment, etc., aux énulsions bitumineuses ; toutefois, ces matières de remplissage occasionnent des difficultés en ce qui concerne la stabilité, qui est une condition nécessaire   'CI,   l'emploi pratique d'émulsions bitumineuses de ce genre. 



   Cependant, la possibilité d'employer ces méthodes est surtout empêchée par le fait que la force de pénétration devient insuffisante dans le cas de sable à grains très fins ou de gravier contenant du sable à grains fins. Les plus grandes difficultés sont rencontrées si le sable à grains fins contient de l'argile. Dans ce cas, la faculté 

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 de pénétration sera considérablement réduite. La grosseur' des particules dans la suspension ou émulsion et, jusqu'à un certain point, sa viscosité, limiteront dans ces cas la faculté de pénétration, qui deviendra insuffisante,même lorsque lion emploie des pressions d'injection très élevées. 



   D'autres méthodes,dénommées injections   chimiquesont   généralement basées sur l'emploi de deux solutions. Une solution numéro 1 (généralement une solution de silicate de potasse), est d'abord injectée dans la couche de sable ou autre milieu à rendre compact, après quoi une solution numéro 2 (par exemple du chlorure de calcium) est injectée afin de précipiter la première solution avec formation de gels d'étanchéité. Toutefois, toutes ces méthodes présentent l'inconvénient fondamental que la solution numéro 2 déplacera la première solution dans une,grande mesure, sans se mélanger avec elle et sans la précipiter. Des essais pratiques ont démontré que cela a pour résultat une consommation excessive de produits chimiques et que l'effet d'étanchéité sera irrégulier.

   Quelquefois la pénétration est considérablement gênée en raison du fait que le précipité qui se forme dans la zone de contact entre les fluides d'injection empéchera une pénétration plus poussée du fluide numéro 2. 



   On a également proposé d'effectuer une précipitation retardée du gel en ajoutant de petites quantités d'hydroxyde de calcium ou de chlorure de calcium à une solution de silicate alcalin, de sorte qu'il serait possible d'injecter à une plus grande profondeur avant que la formation de gel se produise, et une pénétration plus poussée est rendue impossible. Toutefois, on a constaté que cette variante des méthodes mentionnées ci-dessus ne donne pas de résultats satisfaisants, en partie en raison du fait que la précipitation du gel deviendra incomplète et en partie parce que la précipitation se produira de telle ma- 

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 nière que le précipité de silice sera sous une forme qui est impropre à l'utilisation pour la liaison et la consolidation. 



   En employant des acides très dilués, il est également possible, jusqu'à un certain point, d'effectuer une précipitation retardée de gels à partir d'une solution de silicate alcalin, mais dans ces cas, la précipitation sera également incomplète et la nature du gel non satisfaisante pour les buts auxquels il est destiné. 



   La présente invention est relative à une méthode pour l'étanchéité et la consolidation par injection, assurant une bonne pénétration de la solution injectée, à des pressions modérées dans des strates, couches et corps ne présentant qu'une faible perméabilité. L'invention est caractérisée en ce que l'injection est effectuée avec une seule solution préparée à partir de silicates alcalins, tels que le silicate de potasse, en mélange avec des substances qui ont une action réductrice sur la concentration en ions hydroxyles de la solution sans produire une forte action de précipitation sur l'acide silicique,c'est-à-dire des sels acides, d'acides faibles, par exemple les sels acides, alcalins ou d'ammonium de l'acide carbonique,l'acide sulfureux, l'acide borique et l'acide oxalique, tels que le bicarbonate de sodium (CO3HNa),

   le bisulfite de sodium   (S03HNa) ,   le tétraborate de sodium (borax, B4O7Na2), le décaborate de sodium (B10C16Na2), l'oxalate acide de potassium (C2O4HK), le tétra-oxalate de potassium (H2C2O4.C2O4HK) et autres. 



   Une solution préparée de cette manière est injectée dans la matière qui doit être rendue étancbe ou consolidée, avant que la coagulation jusqu'à un point appréciable se soit produite dans le mélange. Une telle solution ne se coagule avec la précipitation de gels siliceux qu'après un certain temps, par suite des réactions qui s'y produisent entre les sels acides et le silicate alcalin. Si l'injec- 

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 tion est effectuée convenablement en utilisant une solution qui est exempte de précipité lorsqu'elle est préparée et qui a une faible viscosité, il est possible d'obtenir une très bonne pénétration. Un certain temps, par exemple 10 à 20 minutes après l'injection, la solution se coagulera dans la terre injectée, de sorte que celle-ci sera tassée et rendue étanohe. 



   Le temps de coagulation peut être réglé en choisissant différentes concentrations et proportions des produits chimiques formant partie de la solution. La température a également une certaine action, étant donné que le temps de coagulation tend à se prolonger à des températures élevées, ce qui est d'une importance spéciale lorsque l'in-   jection   est effectuée dans des forages, des puits de pétrole et autres puits profonds. 



   Comme exemple d'un fluide d'injection suivant l'in-   vention,   on peut citer un mélange préparé aveo 100 parties en volume d'une solution de bicarbonate de.sodium contenant 66 grammes de bicarbonate par litre et   125   parties en volume de silicate de sodium dilué pour avoir un poids spécifique de 1,21. Ce mélange se coagule après 15 minutes environ à la température normale de la salle. 



   L'explication du fait que les sels acides d'acides faibles, par exemple le bicarbonate de sodium, tel qu'il est employé suivant l'invention, donnent une précipitation retardée mais efficace, à l'encontre des agents de précipitation suggérés précédemment, est donnée dans ce qui suit :
Lorsque l'on emploie des agents de précipitation du type du chlorure de calcium ou du chlorure de magnésium,la réaction entre l'agent et le silicate est presque instantanée avec la formation de silicates pratiquement insolubles par la combinaison du composé métallique de l'agent et l'acide silicique du silicate alcalin (par exemple le silicate de potasse) .

   Si la proportion d'agent de   précipi-   

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 tation est réduite, il est possible d'obtenir un certain retard dans la vitesse de la réaction, mais la précipitation sera incomplète et le gel est obtenu sous une forme floculante qui n'a qu'une légère action d'étanchéité.Il en est de même des précipités obtenus avec l'hydroxyde de calcium sous la forme de lait de chaux,   c'est-à-dire   que le gel qui en est rejeté, principalement sous la forme de silicate de calcium, sera floculant et d'une très faible valeur comme agent   d'étanchéité.   



   Les inconvénients résultant de l'emploi d'acides comme agent de précipitation ont déjà été mentionnés. Le procédé de précipitation, dans ces cas, se produira soit à une vitesse trop grande, soit, dans le cas d'une proportion trop faible d'acide, deviendra incomplet. Ce fait sera facilement compris lorsque l'on considère que le silicate alcalin, dans la solution aqueuse , est presque complètement hydrolysé, et dissocié en ions d'alcali et d'hydroxyde , ainsi qu'en dioxyde de silicium colloïdal, par exemple suivant la réaction ci-après : 
 EMI6.1 
 sio3Na2 + i0 - 2 Na' + 2 OH' + Sio2   la$stabilité   du sol colloïdal de silice dans la solution dépend beaucoup de la valeur de la concentration en ions hydroxyles.

   L'addition d'un acide, même dans les cas où cet acide est faible, détermine une forte réduction locale de la concentration en ions hydroxyles, étant donné qu'il est impossible de réaliser une homogénéisation instantanée et complète de deux solutions qui sont amenées en contact, ayant pour résultat que le gel de silice est rejeté sous une forme impropre à l'étanchéité. 



   Les/agents de coagulation ou de précipitation employés suivant la présente invention n'ont pas une action rapide de ce genre et ne pouvant être contrôlée. Par suite de leur nature chimique une addition de   ces/composés,même   dans des proportions relativement élevées, ne déterminera qu'un léger ohangement dans la concentration en ions 

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   hydroxyles²,de   sorte qu'une précipitation lente et réglable de gels siliceux se produira. Le bicarbonate de sodium par exemple, ne montre aucune réaction acide et ne   contient   pas d'ions métalliques qui ont une action de préoipitation sur le silicate alcalin avec formation de silicate-s plus ou moins insolubles.

   Il est, d'autre part, susceptible de lier une quantité telle dtions hydroxyles, tout en étant en même temps transformé en carbonate de sodium, que la coagulation de la silice avec formation d'un gel approprié deviendra complète après un certain temps. 



   On peut dire que les réactions des ions qui ont lieu dans ce cas sont représentées par une dissociation du bicarbonate de sodium en ions de sodium et de "bicarbonate":   CO3HNa #   Na. + CO'3H ; les ions de bicarbonate sont, à leur tour, susceptibles de lier les ions hydroxyles suivant la réaction :
OH'+ CO'3H   #   H2O + CO"3. 



   Par suite de la nature de la chaîne de réaction cidessus qui dépend principalement des constantes de dissociation des composés en question, la silice se coagulera lentement sous la forme d'un gel homogène et cohérent, qui par suite de sa forme volumineuse, a une bonne action d'étanchéité sur la matière poreuse dans laquelle la solution est injectée. 



   Le fait que la coagulation ne se produira qu'après un certain temps, après le   @   mélange de l'agent de précipitation et de la solution de silicate alcalin, est d'une grande importance étant donné que le fluide d'injection homogène possédera une viscosité très faible pendant la première phase de l'opération et, par conséquent, sera susceptible d'être injecté même dans des oouches et corps présentant une perméabilité très faible du fait de leurs pores étroits.

   Des recherches ont démontré que des suspensions de ciment extra-finement tamisé (toutes les   partiau-   

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 les passant à travers un tamis de 10.000 mailles au centi- mètre carré) n'étaient pas susceptibles d'être injectées dans le sable tassé et tamisé ayant une grosseur de grain au-dessous de 1 à 2 millimètres.   On   n'a pas pu injecter dessuspensions d'argile lavée à une profondeur apprécia- ble dans du sable ayant une grosseur de grain de moins de 0,5 à 1 millimètre, en utilisant des pressions d'injection raisonnables. Le fluide d'injection, suivant l'invention, a été au contraire facilement injecté dans du sable ayant une grosseur de grain allant de 0,1 à 0,25 millimètres. 



   L'invention n'est pas limitée aux exemples donnés ci- dessus qui servent simplement à l'illustrer. Ainsi qu'il est évident d'après ce qui précède, le principe de l'in- vention réside dans l'emploi d'un seul fluide d'injection composé principalement d'un silicate alcalin et d'un sel soluble dans l'eau susceptible d'exercer une légère action de neutralisation sur ledit silicate. Cette légère action, qui doit être considérée plut8t comme une action d'amortis- sement qu'une neutralisation directe est, suivant l'inven- tion , obtenue par l'emploi de sels acides d'acides faibles, par exemple, des composés susceptibles d'agir comme substan- ces d'amortissement utilisées pour régler la valeur pH du silicate alcalin légèrement vers le côté acide, de sorte qu'on obtient la précipitation lente désirée du gel de si- lice.

Claims (1)

1. RESUME --------------- En résumé, l'invention est caractérisée par les points suivants relatifs à un procédé pour rendre étanche et consolider des formations de roche, des couches de sa- ble, de terre poreuse et de gravier, du béton poreux, des constructions de digues, des puits et des forages, et ana- logues :

   1 la préparation d'un mélange aqueux d'un silicate alcalin et d'un sel acide soluble dans l'eau d'un acide <Desc/Clms Page number 9> faible, à injecter ledit mélange dans la matière à traiter avant qu'une coagulation appréciable se soit produite dans le mélange, et à permettre à la réaction entre le silicate alcalin et le sel acide de se poursuivre avec formation de gels de silice dans la matière injectée ; 2 . le fait que le sel acide peut être le bicarbonate de sodium; 3 le fait que le sel acide peut être le têtraborate de sodium; 4 le fait que le sel acide peut être le bisulfite de sodium;

   5 le fait de mélanger 100 parties en volume d'une solution de bicarbonate de sodium contenant 66 grammes de bicarbonate par litre et 125 parties en volume de silicate de sodium ayant un poids spécifique de 1,21, à injecter ledit mélange dans la matière à traiter pendant que ledit mélange est encore clair et à le laisser se solidifier après injection; 6 procédés pour rendre étanche et consolider des formations de roche, des couches de sable, de terre poreuse et de gravier, du béton poreux, des constructions de digues, des puits et forages et analogues, comme sus-décrits.