Методи и технологии за циментиране на кладенци: как да се подготви и излее циментова суспензия

След пробиване на кладенец в рохкави пясъчни почви започва етап, насочен към укрепване на обсадните тръби.В същото време багажникът трябва да бъде защитен от повреди, агресивни ефекти на подземните води, корозия и други негативни явления. Говорим за процес като циментиране на кладенци.

Извършването на циментова работа сами е доста трудно, но е възможно, ако имате познания за технологиите за извършване на събитието. Ще ви кажем защо трябва да извършите циментиране и на какво трябва да обърнете внимание при извършване на работа. За по-голяма яснота материалът съдържа тематични снимки и видеоклипове.

Защо да циментирате кладенец?

Циментирането на кладенец е процес, който следва веднага след завършването му сондажни операции. Процедурата за циментиране се състои в въвеждане на циментов разтвор в пръстена или пръстена (ако обсадната тръба е поставена в по-широка полиетиленова тръба), който се втвърдява с течение на времето, образувайки монолитен кладенец.

Циментовият разтвор в този случай се нарича „запушване“, а самият процес се нарича „запушване“. Сложен инженерен процес, наречен технология за циментиране на кладенци, изисква определени знания и специално оборудване.

В повечето случаи водоизточниците могат да бъдат запушени със собствените си ръце, което е много по-евтино от наемането на специалисти.

Циментирането на кладенци е набор от мерки, насочени към укрепване на пръстена и корпуса от разрушителното странично налягане на скалите и въздействието на подземните води

Правилно извършеното запушване на кладенци допринася за:

• осигуряване на здравина на структурата на кладенеца;
• защита на кладенеца от подземни и повърхностни води;
• укрепване на обшивната тръба и защитата й от корозия;
• увеличаване на експлоатационния живот на водоизточника;
• елиминиране на големи пори, кухини, празнини, през които нежелани частици могат да навлязат във водоносния хоризонт;
• изместване на сондажната кал от цимент, ако първият е бил използван по време на сондирането.

Качеството на произведената вода и експлоатационните характеристики на кладенеца ще зависят от това колко добре се извършва циментирането. Извършва се и циментиране на изоставени кладенци, които вече няма да бъдат в експлоатация.

Етапи на циментиране на водоизточник

Целият процес на циментиране се състои от няколко етапа, всеки от които има свои собствени нюанси:

1. Приготвяне на циментова суспензия за запълване на пръстена.
2. Доставка на готов цимент до кладенеца.
3. Инжектиране на циментова суспензия в пръстеновидното пространство.
4. Периодът на втвърдяване на циментовия разтвор.
5. Проверка на качеството на циментирането.

Всеки етап изисква използването на определени инструменти и специално оборудване. По-добре е да направите изчисления на необходимите материали преди началото на фугиращите работи, т.к Процесът на запушване трябва да продължи непрекъснато и ако например нямате достатъчно циментова замазка, това ще се отрази най-негативно на качеството на циментирането. Нека разгледаме по-подробно най-важните етапи.

В редки случаи водоносните кладенци не изискват циментиране; говорим за кладенци, чиято цялата дълбочина минава в плътни глинести почви

Етап №1 - подготовка на оборудването

Всички работи по циментиране на водоносни кладенци трябва да се извършват стриктно в съответствие с техническите изисквания, нарушаването на които ще доведе до некачествено циментиране.

Когато започвате да запушвате кладенец, трябва да знаете, че това е необратим процес; невъзможно е да се коригира нищо, след като разтворът е започнал да се подава в пръстена на кладенеца, следователно подготвителната работа, а именно подготовката на разтвор за циментирането и избора на оборудване трябва да се подхожда възможно най-отговорно!

Най-лесният и ефективен начин е да наемете оборудване на платформа за превозни средства. Такъв комплекс ще може да подготви циментов разтвор и да го изпомпва в кладенец под налягане, докато източникът на енергия за работа на оборудването е мощен автомобилен двигател.

Ако използването на единици на базата на специално превозно средство не е възможно, тогава ще ви трябва:

• смесител за приготвяне на циментова замазка;
• помпа с високо налягане, която изпомпва разтвор в кладенеца;
• циментираща глава за изпомпване на разтвор в кладенеца;
• тапи за пълнене (количеството зависи от начина на циментиране);
• различно дребно оборудване (маркучи, мерителни съдове).

Като маркуч много експерти препоръчват използването на гъвкав противопожарен маркуч вместо традиционните HDPE тръби с диаметър 32 см. Той е плосък и идеално пасва в междутръбното пространство, осигурявайки ефективно подаване на разтвор.

Оборудването за циментиране на кладенци е с големи размери и изисква мощен източник на енергия, като компресор, генератор и непрекъснат достъп до електрическата мрежа.

Етап № 2 - приготвяне на разтвора

Циментовата суспензия за циментиране на кладенец трябва да отговаря на редица изисквания и да има:

• високи адхезивни свойства с повърхности от всякакъв тип;
• висока якост след втвърдяване, устойчивост на механични натоварвания;
• пластичност и добра течливост за запълване на всички пукнатини и кухини;
• химическа неутралност по отношение на тампонираните почвени слоеве;
• устойчивост на ерозия от подземни води;
• без свиване по време на втвърдяване.

Освен това разтворът трябва да има такава консистенция, че да може лесно да се достави до кладенеца и да се инжектира. Разтворът трябва лесно да се отмива от оборудването, да не е химически агресивен към него и да има минимален коефициент на загуба по време на транспортиране до кладенеца.

Използваният фугиращ разтвор трябва да има достатъчно течна структура за изпомпване с инжекционно оборудване и в същото време да има високи якостни характеристики

Процесът на приготвяне на циментов разтвор за тампониране се състои в равномерно смесване на компонентите, включени в неговия състав, последвано от изливане на вода със специални добавки, предварително разтворени в него.

Най-простите решения, които можете да приготвите сами са:

1. Портланд цимент + кварцов пясък (1:1) + специални добавки и вода до получаване на необходимата консистенция. Този разтвор има ниска плътност и приготвянето му е трудно, т.к пясъкът, включен в състава, често се утаява и използването на разтвора става невъзможно.
2. Портланд цимент + барит (1,1:1) + специални добавки и вода. Недостатъкът на това решение е неговата ниска якост.
3. Портланд цимент + пълнител. Като пълнител се използват азбест (на песъчливи почви) и влакнести материали.

За приготвяне на циментовата смес е най-добре да използвате портландциментов цимент, който е вид цимент на силикатна основа.

Такъв цимент, разбира се, е по-скъп от обикновения портланд цимент, но неговите якостни характеристики са много по-високи от тези на обикновения цимент. Баритът е тежък минерал, който увеличава плътността на разтвора. Можете да закупите барит в строителен магазин, който продава насипни строителни материали.

Специалните добавки, включени в циментовите разтвори, означават различни вещества, които придават на разтвора специални свойства.

Те включват:

• ускорители на настройката цимент (калциев хлорид, калцинирана сода, поташ), използван, ако циментирането се извършва при температури под +5 градуса;
• забавители, използвани за предотвратяване на бързо втвърдяване (това са калциеви или натриеви хлориди, натриев нитрит и др.);
• пластификатори за получаване на оптимален вискозитет (полимерни модификатори);
• добавки, устойчиви на замръзване (органосилициеви съединения, свързани с пластификатори);
• десикантни добавки (вещества, получени от съединения, принадлежащи към групите на захарната, лимонената, винената и тетраоксиадипиновата киселина) и др.

Специални добавки се смесват във вода, която впоследствие се използва за приготвяне на циментова суспензия. Разтворът се смесва с помощта на специални машини - миксери. Понякога се допуска ръчно месене, но изисква известно умение и много труд.

Циментовият камък, образуван по време на втвърдяването на портландцимента, има високи якостни свойства и издържа на натоварвания, механични и физически натоварвания.

Етап № 3 - изливане на разтвор в кладенеца

Основните методи за циментиране на кладенци са:

• непрекъснато или едностепенно;
• двустепенен;
• маншет;
• обратното.

Всички методи за циментиране на водни кладенци се основават на един принцип - изпомпване на циментова суспензия в пръстена. В същото време изборът на технология за циментиране зависи от специфичните условия: вид на почвата, дълбочина на кладенеца, материал на тръбата на корпуса, климатични и хидрогеоложки условия на района.

Избраната технология за запушване на кладенци трябва да гарантира:

• запълване на цялата секция на кладенеца с разтвор до пълна дълбочина;
• напълно изместете течността за промиване (ако има такава);
• създаване на циментов камък с висока якост, устойчив на физични, механични и химични влияния;
• висока степен на адхезия към почвените стени на кладенеца и обсадните тръби.

За дълбоки кладенци се използва сегментно циментиране, т.е. Циментира се не целият участък на кладенеца наведнъж, а само отделните му сегменти.

Този процес е много сложен и практиката показва, че е почти невъзможно да го направите сами. Затова ще разгледаме по-подробно технологията на едно- и двуетапно и гилзово циментиране.

Едноетапно или непрекъснато циментиране

Този метод най-често се използва за циментиране на битови водоносни кладенци. По време на изпълнението му циментиращият разтвор се изпомпва в пръстена.

Разтворът се изпомпва под налягане с помощта на оборудване, което е инсталирано на платформата на специално превозно средство или постоянно в близост до кладенеца. Циментиращият разтвор под действието на собственото си тегло се придвижва към основната "обувка" на корпуса, запълвайки всички пръстеновидни кухини.

Едноетапните циментови работи се извършват в един цикъл без прекъсвания, така че е необходимо да се погрижите за достатъчно количество циментова суспензия

Преди започване на циментова работа се извършва почистване на кладенец, а след това се поставя долен щепсел, който ще действа като ограничител. Бетонната помпа се включва и започва изпомпването на запушващия разтвор, под въздействието на което тапата се спуска до достигане на „обувката” на корпуса.

След изпомпване на разтвора се монтира горната запушалка и започва уплътняването на циментовата смес, докато горната запушалка опре в долната. Това ще означава, че разтворът е запълнил целия пръстен. Уплътняването се извършва с помощта на вибрираща преса, като се използва бетонна помпа за изпомпване на разтвора.

Циментираният кладенец се оставя сам за 36-48 часа, за да може разтворът да се втвърди напълно. Този метод е подходящ само за плитки кладенци с равномерна форма. Недостатъкът на този метод е невъзможността да се проследи моментът, в който циментовата суспензия достигне долната точка на подравняването на кладенеца.

Двустепенна система за пълнене

Този метод на циментиране е разработен за кладенци в нефтената промишленост. Поради факта, че изисква използването на сериозно промишлено оборудване (мощна помпа за бетон), не се използва често при изграждането на кладенци. Двустепенно циментиране се използва в следните случаи:

• циментовият разтвор се свързва толкова бързо, че циментирането не може да бъде завършено в един цикъл;
• когато е необходимо да се изберат две секции в пръстена, които са разделени на значително разстояние;
• при голяма дълбочина на кладенеца, когато е невъзможно да се извърши работа в един цикъл.

В други случаи използването на двуетапен метод е непрактично поради продължителността на процеса и икономическите показатели.

Двуетапното циментиране отнема повече време, тъй като вторият етап започва след пълното втвърдяване на циментовата суспензия от първия етап

Принципът на двуетапното циментиране се основава на факта, че циментът се изпомпва в пръстена на два етапа.

Първата порция циментова суспензия се зарежда и пресова. Долната запушалка се спуска, която под действието на разтвора запушалката потъва на дъното. Втората част от разтвора се изпомпва 12-36 часа след пълното втвърдяване на първата част.

В практиката на дълбоко сондиране на артезиански кладенци при наличие на абсорбиращи слоеве в горната част на геоложкия разрез и в други случаи се използва двуетапно циментиране

Приложение на маншетния метод

Този метод на циментиране се използва, ако трябва да се укрепи само горната част на кладенеца. В този случай първоначалната задача ще бъде да се определи нивото, до което ще се извърши циментирането.

Нивото се маркира по дължината на корпуса чрез инсталиране на специална яка. Долната част на вентила е надеждно защитена от маншет от проникване на запушващия разтвор.

Разтворът се изпомпва точно по същия начин, както при едноетапно циментиране. Методът на маншета се използва, ако горната част на кладенеца е разположена върху пясъчни почви, а долната част е разположена върху глинести почви. Това е доста рядко, така че този метод не се използва широко.

Процесът на образуване на циментов камък

Процесът на образуване на циментов камък започва веднага след изпомпване на запушващия разтвор и продължава от 12 до 36 часа. Основните фактори, влияещи върху продължителността на втвърдяване на разтвора до състоянието на циментов камък:

• свойства на компонентите, включени в разтвора;
• почви, материал за обвивка;
• хидрогеоложки и климатични условия на обекта;
• плътност на впръскване, правилно изпълнение на процеса на запушване.

По време на периода на втвърдяване е необходимо да оставите кладенеца в покой. Забранява се използването на кабели, лостове или жици за оценка на качеството на циментирането, т.к. това може да компрометира целостта на получения циментов камък.

Ако не знаете колко време е необходимо за пълното втвърдяване на циментовия разтвор, изчакайте три дни и започнете да правите контролни измервания

Оценка на качеството на циментацията

Струва си да се отбележи: въпреки факта, че оценката на качеството на циментирането на водоносни кладенци е много важна стъпка, е невъзможно да се извърши независимо.

За извършването му е необходимо специално лабораторно оборудване, което е много рядко дори сред организациите, занимаващи се със сондиране.

Ако все пак възнамерявате да оцените извършеното тампониране, можете да поръчате услуга за контрол на качеството по един от трите начина:

• акустичен, базиран на потупване на стените на корпуса с последваща обработка на получените данни от компютърни програми;
• радиологични, при измерване с помощта на радио устройства;
• термичен, базиран на принципа на измерване на топлината, генерирана при втвърдяване на циментовия разтвор.

У дома можете да използвате опростен термичен метод, като измервате температурата по стените на кладенеца. Когато тя се изравни с температурата на околния въздух и стане с 0,5-1,5 градуса по-ниска, тогава можем да говорим за пълно втвърдяване. Но дори и след това се препоръчва да изчакате 2-3 дни и едва след това да пуснете кладенеца в експлоатация.

След приключване на инспекцията, устието на кладенеца се почиства от остатъците от циментова суспензия с помощта на печки. След това се извършва тест за течове чрез изпомпване на вода под високо налягане в тръбата на кладенеца в продължение на 30 минути. Критерият за плътност ще бъде намаляване на налягането с приблизително 0,3-0,5 MPa. Кладенецът вече е напълно готов за употреба.

Херметичността на запушването увеличава дебита на кладенеца, увеличава експлоатационния живот на колоните на корпуса, предпазвайки ги от корозия, както и самия водоизточник

Изводи и полезно видео по темата

Видеоклиповете по-долу са за кладенци в нефтената и газовата индустрия, но принципът на технологията на работа е същият като при водоносните кладенци.

Процедура за едноетапно циментиране на кладенец:

Особености при производството на циментация на устни:

Технологични характеристики на двуетапното циментиране:

Циментирането е сложен процес, който изисква използването на специализирано оборудване. Това обаче не означава, че е невъзможно да го направите сами. Като изберете и подготвите правилно разтвора за фугиране, като използвате минимален набор от единици, можете лесно да се справите сами с работата.

Във всеки случай, експлоатацията на кладенец без укрепване на цевта с цимент няма да продължи дълго, както и разходите сондиране на нов водоизточник няма да е по-малко.

Ако след изучаване на материала все още имате въпроси относно това как правилно да циментирате кладенец след пробиване или имате ценни знания по този въпрос, моля, оставете коментарите си в блока по-долу.