Densité de la suspension de bentonite
1. Classification et performance des boues
1.1 Classification
La bentonite, également appelée roche bentonitique, est une roche argileuse riche en montmorillonite, contenant souvent de faibles quantités d'illite, de kaolinite, de zéolite, de feldspath, de calcite, etc. On distingue trois types de bentonite : la bentonite sodique (sol alcalin), la bentonite calcique (sol alcalin) et la terre décolorante naturelle (sol acide). La bentonite calcique se subdivise elle-même en bentonite calcique-sodique et bentonite calcique-magnésienne.
1.2 Performance
1) Propriétés physiques
La bentonite est blanche et jaune clair à l'état naturel, mais elle peut également se présenter sous des formes gris clair, vert clair, rose, brun, rouge, noir, etc. La rigidité de la bentonite varie en fonction de ses propriétés physiques.
2) Composition chimique
Les principaux composants chimiques de la bentonite sont le dioxyde de silicium (SiO₂), l'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) et l'eau (H₂O). On y trouve parfois des quantités importantes d'oxyde de fer et d'oxyde de magnésium, ainsi que du calcium, du sodium et du potassium en proportions variables. La teneur en Na₂O et CaO influe sur les propriétés physico-chimiques de la bentonite, et même sur les procédés de transformation.
3) Propriétés physiques et chimiques
La bentonite se distingue par son hygroscopicité optimale, c'est-à-dire son expansion après absorption d'eau. Le facteur d'expansion peut atteindre 30. Elle se disperse dans l'eau pour former une suspension colloïdale visqueuse, thixotrope et lubrifiante. Mélangée à des particules fines telles que de l'eau, de la boue ou du sable, elle devient malléable et adhésive. Elle est capable d'absorber divers gaz, liquides et substances organiques, sa capacité d'adsorption maximale pouvant atteindre 5 fois son poids. La terre décolorante acide tensioactive peut adsorber les substances colorées.
Les propriétés physico-chimiques de la bentonite dépendent principalement du type et de la teneur en montmorillonite qu'elle contient. En général, la bentonite sodique présente des propriétés physico-chimiques et des performances technologiques supérieures à celles de la bentonite calcique ou magnésienne.
2. Mesure en continu de la suspension de bentonite
LeLonnmètreen lignebentoniteslurrydensitémètreest en lignedensimètre à pulpeFréquemment utilisée dans les procédés industriels, la densité d'une boue correspond au rapport entre la masse de la boue et la masse d'un volume d'eau donné. La valeur de densité mesurée sur site dépend de la masse totale de la boue et des déblais de forage qu'elle contient. Le poids des adjuvants, le cas échéant, doit également être pris en compte.
3. Application de la boue dans différentes conditions géologiques
Il est difficile de percer un trou dans les couches de sable, de gravier, de cailloux et les zones fracturées pour évaluer les propriétés de liaison entre les particules. La solution réside dans l'augmentation de la force de liaison entre les particules, et l'utilisation d'une boue comme barrière protectrice dans ces strates est essentielle.
3.1 Effet de la densité de la boue sur la vitesse de forage
La vitesse de forage diminue avec l'augmentation de la densité de la boue. Cette diminution est significative, notamment lorsque la densité de la boue dépasse 1,06 à 1,10 g/cm³.3Plus la viscosité de la boue est élevée, plus la vitesse de forage est faible.
3.2 Effet de la teneur en sable dans la boue sur le forage
La présence de débris rocheux dans la boue de forage représente un risque lors du forage, pouvant entraîner une purification insuffisante du puits et des blocages. De plus, elle peut provoquer des phénomènes d'aspiration et d'excitation de pression, engendrant des fuites ou l'effondrement du puits. Une forte teneur en sable et une épaisse couche de sédiments dans le puits peuvent provoquer l'effondrement des parois du puits par hydratation, ainsi que le décollement de la pellicule de boue, pouvant causer des accidents. Par ailleurs, une forte concentration de sédiments entraîne une usure importante des conduites, des trépans, des chemises de cylindre de la pompe à eau et des tiges de piston, réduisant ainsi leur durée de vie. Par conséquent, tout en assurant l'équilibre de la pression de formation, la densité de la boue et la teneur en sable doivent être réduites autant que possible.
3.3 Densité de la boue en sol mou
Dans les sols meubles, si la densité de la boue est trop faible ou si la vitesse de forage est trop élevée, cela peut entraîner l'effondrement du trou. Il est généralement préférable de maintenir la densité de la boue à 1,25 g/cm³.3dans cette couche de sol.
4. Formules courantes de suspensions
En génie civil, il existe de nombreux types de boues, que l'on peut classer selon leur composition chimique. La méthode de dosage est la suivante :
4.1 Suspension de Na-Cmc (carboxyméthylcellulose sodique)
Cette suspension est la plus courante pour augmenter la viscosité. Le Na-CMC contribue à une augmentation supplémentaire de la viscosité et à une réduction de la perte d'eau. Sa formule est la suivante : 150 à 200 g d'argile de haute qualité, 1 000 ml d'eau, 5 à 10 kg de carbonate de sodium et environ 6 kg de Na-CMC. Ses propriétés sont les suivantes : densité de 1,07 à 1,1 g/cm³, viscosité de 25 à 35 s, perte d'eau inférieure à 12 ml/30 min et pH d'environ 9,5.
4.2 Suspension de sel de fer et de chrome-Na-CMC
Cette suspension présente une viscosité et une stabilité nettement supérieures, et le sel de ferrochrome contribue à prévenir la floculation (dilution). Sa formule est la suivante : 200 g d’argile, 1 000 ml d’eau, environ 20 % d’une solution alcaline pure à 50 %, 0,5 % d’une solution de sel de ferrochrome à 20 % et 0,1 % de Na-CMC. Les propriétés de la suspension sont les suivantes : densité 1,10 g/cm³, viscosité 25 s, perte en eau 12 ml/30 min et pH 9.
4.3 Suspension de sulfonate de lignine
Le sulfonate de lignine est dérivé des résidus liquides de pâte à papier sulfitée et est généralement utilisé en combinaison avec un agent alcalin pour charbon afin de résoudre les problèmes d'antiflocation et de perte d'eau des boues, en augmentant leur viscosité. La formulation est la suivante : 100 à 200 kg d'argile, 30 à 40 kg de résidus liquides de pâte à papier sulfitée, 10 à 20 kg d'agent alcalin pour charbon, 5 à 10 kg de NaOH, 5 à 10 kg d'antimousse et 900 à 1 000 L d'eau pour 1 m³ de boue. Les propriétés de la boue sont les suivantes : densité de 1,06 à 1,20 g/cm³, viscosité à l'entonnoir de 18 à 40 s, perte d'eau de 5 à 10 mL/30 min. L'ajout de 0,1 à 0,3 kg de Na-CMC pendant le forage permet de réduire davantage la perte d'eau.
4.4 Suspension d'acide humique
La suspension d'acide humique utilise un agent alcalin de charbon ou de l'humate de sodium comme stabilisant. Elle peut être utilisée en association avec d'autres agents de traitement tels que la carboxyméthylcellulose sodique (Na-CMC). La formule de préparation de la suspension d'acide humique consiste à ajouter 150 à 200 kg d'agent alcalin de charbon (poids sec), 3 à 5 kg de carbonate de sodium (Na₂CO₃) et 900 à 1 000 litres d'eau pour obtenir 1 m³ de suspension. Propriétés de la suspension : densité 1,03 à 1,20 g/cm³, perte en eau 4 à 10 ml/30 min, pH 9.
Date de publication : 12 février 2025
