Metode și tehnologii pentru cimentarea puțurilor: cum se prepară și se toarnă șlam de ciment

După forarea unui puț în soluri nisipoase afânate, începe o etapă care vizează întărirea țevilor de tubaj.În același timp, trunchiul trebuie protejat de daune, efecte agresive ale apelor subterane, coroziune și alte fenomene negative. Vorbim despre un proces precum cimentarea puțurilor.

Efectuarea lucrărilor de cimentare pe cont propriu este destul de dificilă, dar este posibil dacă aveți cunoștințe despre tehnologiile de desfășurare a evenimentului. Vă vom spune de ce trebuie să efectuați cimentarea și la ce trebuie să acordați atenție atunci când efectuați lucrări. Pentru claritate, materialul conține fotografii și videoclipuri tematice.

De ce să cimentăm o fântână?

Cimentarea puțurilor este un proces care urmează imediat după finalizare operațiuni de foraj. Procedura de cimentare constă în introducerea unei soluții de ciment în interiorul inelar sau inelar (dacă țeava de carcasă este plasată într-o țeavă de polietilenă mai lată), care se întărește în timp, formând un sondă monolitică.

Mortarul de ciment în acest caz se numește „astupare”, iar procesul în sine se numește „astupare”. Un proces complex de inginerie numit tehnologie de cimentare a puțurilor necesită anumite cunoștințe și echipamente speciale.

În cele mai multe cazuri, sursele de apă pot fi astupate cu propriile mâini, ceea ce este mult mai ieftin decât angajarea de specialiști.

Cimentarea puțurilor este un set de măsuri care vizează întărirea inelului și a carcasei de la presiunea laterală distructivă a rocilor și efectele apei subterane.

Astuparea corectă a puțurilor de apă contribuie la:

• asigurarea rezistenței structurii puțului;
• protejarea fântânii de apele subterane și de suprafață;
• întărirea conductei de carcasă și protejarea acesteia de coroziune;
• creșterea duratei de viață a sursei de apă;
• eliminarea porilor mari, golurilor, golurilor prin care particulele nedorite pot pătrunde în acvifer;
• deplasarea noroiului de foraj de catre ciment, daca primul a fost folosit in timpul forajului.

Calitatea apei produse și caracteristicile de funcționare ale puțului vor depinde de cât de bine este realizată cimentarea. Cimentarea se realizează și pentru puțurile abandonate care nu vor mai fi în funcțiune.

Etapele cimentării unei surse de apă

Întregul proces de cimentare constă din mai multe etape, fiecare având propriile sale nuanțe:

1. Prepararea suspensiei de ciment pentru a umple inelul.
2. Furnizarea puțului cu ciment preparat.
3. Injectarea suspensiei de ciment în interiorul inelar.
4. Perioada de întărire a mortarului de ciment.
5. Verificarea calitatii cimentarii.

Fiecare etapă necesită utilizarea anumitor unelte și echipamente speciale. Este mai bine să faceți calcule ale materialelor necesare înainte de începerea lucrărilor de chituire, deoarece Procesul de astupare trebuie să dureze continuu și dacă, de exemplu, nu aveți suficient mortar de ciment, acest lucru va afecta cel mai negativ calitatea cimentării. Să ne uităm la cele mai importante etape mai detaliat.

În cazuri rare, fântânile acvifere nu necesită cimentare; vorbim de puțuri a căror toată adâncimea se desfășoară în soluri dense argiloase.

Etapa nr. 1 - pregătirea echipamentului

Toate lucrările de cimentare a puțurilor acvifere trebuie efectuate strict în conformitate cu cerințele tehnice, încălcarea cărora va duce la cimentarea de proastă calitate.

Când începeți să astupați o sondă, trebuie să știți că acesta este un proces ireversibil; este imposibil să corectați nimic după ce soluția a început să fie furnizată în inelul puțului, deci lucrările pregătitoare, și anume pregătirea unei soluții pt. cimentarea si selectarea echipamentelor, trebuie abordate cat mai responsabil!

Cea mai simplă și eficientă modalitate este de a închiria echipamente pe platforma unui vehicul. Un astfel de complex va fi capabil să pregătească o soluție de ciment și să o pompeze într-un puț sub presiune, în timp ce sursa de energie pentru funcționarea echipamentului este un motor puternic de automobile.

Dacă nu este posibilă utilizarea unităților bazate pe un vehicul special, atunci veți avea nevoie de:

• malaxor pentru prepararea mortarului de ciment;
• o pompă de înaltă presiune care pompează soluția în puț;
• cap de cimentare pentru pomparea soluției în puț;
• dopuri de umplere (cantitatea depinde de metoda de cimentare);
• diverse echipamente mici (furtunuri, recipiente de măsurare).

Ca furtun, mulți experți recomandă utilizarea unui furtun de incendiu flexibil în locul conductelor tradiționale din HDPE cu diametrul de 32 cm. Este plat și se potrivește perfect în spațiul interconducte, asigurând furnizarea eficientă a soluției.

Echipamentele pentru cimentarea puțurilor sunt de dimensiuni mari și necesită o sursă de energie puternică, cum ar fi un compresor, un generator și acces neîntrerupt la rețeaua electrică.

Etapa nr. 2 - prepararea soluției

Suspensia de ciment pentru cimentarea unei sonde trebuie să îndeplinească o serie de cerințe și să aibă:

• proprietăți adezive ridicate cu suprafețe de orice tip;
• rezistență ridicată după întărire, rezistență la solicitări mecanice;
• plasticitate și fluiditate bună pentru a umple toate fisurile și golurile;
• neutralitate chimică în raport cu straturile de sol tamponate;
• rezistența la eroziunea apelor subterane;
• fără contracție în timpul întăririi.

De asemenea, soluția trebuie să aibă o astfel de consistență încât să poată fi livrată cu ușurință în puț și injectată. Soluția trebuie spălată cu ușurință de pe echipament, să nu fie agresivă chimic față de aceasta și să aibă un coeficient minim de pierdere în timpul transportului la puț.

Soluția de chituire utilizată trebuie să aibă o structură suficient de lichidă pentru pompare cu echipamente de injecție și, în același timp, să aibă caracteristici de rezistență ridicată

Procesul de preparare a mortarului de ciment pentru tamponare constă în amestecarea uniformă a componentelor incluse în compoziția sa, urmată de turnarea în el a apei cu aditivi speciali dizolvați în el în prealabil.

Cele mai simple soluții pe care le poți pregăti singur sunt:

1. Ciment Portland + nisip de cuarț (1:1) + aditivi speciali și apă până la obținerea consistenței dorite. Această soluție are o densitate scăzută, iar prepararea ei este dificilă, deoarece nisipul inclus în compoziție precipită adesea și utilizarea soluției devine imposibilă.
2. Ciment Portland + barit (1.1:1) + aditivi speciali și apă. Dezavantajul acestei soluții este rezistența sa scăzută.
3. Ciment Portland + umplutură. Ca materiale de umplutură se utilizează azbest (pe soluri nisipoase) și materiale fibroase.

Pentru a pregăti amestecul de ciment, cel mai bine este să utilizați ciment Portland, care este un tip de ciment pe bază de silicați.

Un astfel de ciment, desigur, este mai scump decât cimentul Portland obișnuit, dar caracteristicile sale de rezistență sunt mult mai mari decât cele ale cimentului obișnuit. Baritul este un mineral greu care mărește densitatea soluției. Puteți cumpăra barit de la un magazin de hardware care vinde materiale de construcție în vrac.

Aditivii speciali incluși în soluțiile de ciment înseamnă diferite substanțe care conferă soluției proprietăți speciale.

Acestea includ:

• setarea acceleratoarelor ciment (clorură de calciu, sodă, potasiu), utilizat dacă cimentarea are loc la temperaturi sub +5 grade;
• retardante, folosit pentru a preveni întărirea rapidă (acestea sunt cloruri de calciu sau de sodiu, nitrit de sodiu etc.);
• plastifianti pentru a obține vâscozitatea optimă (modificatori polimerici);
• aditivi rezistenți la îngheț (compuși organici de siliciu cuplati cu plastifianți);
• aditivi desicanți (substanțe obținute din compuși aparținând grupelor de zahăr, acizi citric, tartric și tetraxiadipic) etc.

Aditivii speciali sunt amestecați în apă, care este ulterior utilizată pentru prepararea suspensiei de ciment. Soluția este amestecată folosind mașini speciale - mixere. Uneori este permisă frământarea manuală, dar necesită o anumită îndemânare și multă muncă.

Piatra de ciment formată în timpul întăririi cimentului Portland are proprietăți de rezistență ridicată și poate rezista la sarcini, stres mecanic și fizic.

Etapa nr. 3 - turnarea soluției în puț

Principalele metode de cimentare a puțurilor sunt:

• continuă sau o singură etapă;
• în două etape;
• manșetă;
• opusul.

Toate metodele de cimentare a puțurilor de apă se bazează pe un principiu - pomparea nămolului de ciment în interiorul inelar. În același timp, alegerea tehnologiei de cimentare depinde de condițiile specifice: tipul solului, adâncimea puțului, materialul conductei de tubaj, condițiile climatice și hidrogeologice ale zonei.

Tehnologia selectată de astupare a puțurilor de apă ar trebui să asigure:

• umplerea întregii secțiuni de puț cu soluție până la toată adâncimea;
• înlocuiți complet lichidul de spălare (dacă există);
• crearea pietrei de ciment de înaltă rezistență, rezistentă la influențe fizice, mecanice și chimice;
• rata mare de aderență la pereții de sol ai puțului și conductelor de tubaj.

Pentru sondele adânci se folosește cimentarea segmentară, adică. Nu întreaga secțiune a puțului este cimentată deodată, ci doar segmentele sale individuale.

Acest proces este foarte complex și practica arată că este aproape imposibil să îl faci singur. Prin urmare, vom arunca o privire mai atentă asupra tehnologiei cimentării în una și două etape și a manșonului.

Cimentare într-o singură etapă sau continuă

Această metodă este folosită cel mai adesea pentru cimentarea puțurilor acvifere domestice. În timpul implementării sale, soluția de cimentare este pompată în inel.

Soluția este pompată sub presiune folosind un echipament care este instalat pe platforma unui vehicul special sau permanent lângă puț. Soluția de cimentare, sub propria greutate, se deplasează la „pantoful” de bază al carcasei, umplând toate cavitățile inelare.

Lucrările de cimentare într-o singură etapă se desfășoară într-un singur ciclu fără întreruperi, deci este necesar să aveți grijă de o cantitate suficientă de șlam de ciment

Înainte de începerea lucrărilor de cimentare, se efectuează curatare bine, iar apoi este introdus un dop inferior, care va acționa ca un limitator. Se pornește pompa de beton și începe pomparea soluției de astupare, sub influența căreia dopul este coborât până ajunge la „pantoful” carcasei.

După pomparea soluției, se instalează dopul superior și se începe compactarea amestecului de ciment până când dopul superior se sprijină pe cel inferior. Aceasta va însemna că soluția a umplut întregul inel. Compactarea se realizează folosind o presă vibrantă folosind o pompă de beton pentru a pompa soluția.

Fântâna cimentată se lasă singură timp de 36-48 de ore pentru ca soluția să se întărească complet. Această metodă este potrivită numai pentru puțuri de mică adâncime, cu formă uniformă. Dezavantajul acestei metode este incapacitatea de a urmări momentul în care nămolul de ciment a atins punctul inferior al aliniamentului puțului.

Sistem de umplere în două etape

Această metodă de cimentare a fost dezvoltată pentru sondele din industria petrolului. Datorită faptului că necesită utilizarea unor echipamente industriale serioase (o pompă puternică de beton), nu este adesea folosit în construcția puțurilor. Cimentarea în două etape este utilizată în următoarele cazuri:

• mortarul de ciment se întărește atât de repede încât cimentarea nu poate fi finalizată într-un singur ciclu;
• atunci când este necesar să selectați două secțiuni în inel care sunt separate de o distanță semnificativă;
• la mare adâncime a puțului, când este imposibil să efectuați lucrări într-un singur ciclu.

În alte cazuri, utilizarea unei metode în două etape este nepractică din cauza duratei procesului și a indicatorilor economici.

Cimentarea în două etape durează mai mult, deoarece a doua etapă începe după ce pasta de ciment din prima etapă s-a întărit complet

Principiul cimentării în două etape se bazează pe faptul că cimentul este pompat în inel în două etape.

Prima porțiune de suspensie de ciment este încărcată și presată. Se coboară dopul de jos, care, prin acțiunea soluției, se scufundă în fund. A doua porțiune de soluție este pompată la 12-36 de ore după ce prima porțiune s-a întărit complet.

În practica forării adânci a puțurilor arteziene în prezența straturilor absorbante în partea superioară a secțiunii geologice și în alte cazuri, se utilizează cimentarea în două etape.

Aplicarea metodei manșetei

Această metodă de cimentare este utilizată dacă doar partea superioară a puțului trebuie consolidată. În acest caz, sarcina inițială va fi determinarea nivelului la care se va efectua cimentarea.

Nivelul este marcat de-a lungul carcasei prin instalarea unui guler special. Partea inferioară a supapei este protejată în mod fiabil de o manșetă împotriva pătrunderii soluției de obturare.

Soluția este pompată exact în același mod ca în timpul cimentării într-o singură etapă. Metoda cuff este utilizată dacă partea superioară a puțului este situată pe soluri nisipoase, iar partea inferioară este situată pe soluri argiloase. Acest lucru este destul de rar, așa că această metodă nu este utilizată pe scară largă.

Procesul de formare a pietrei de ciment

Procesul de formare a pietrei de ciment începe imediat după pomparea soluției de astupare și durează de la 12 la 36 de ore. Principalii factori care influențează durata de întărire a soluției la starea pietrei de ciment:

• proprietățile componentelor incluse în soluție;
• soluri, material de înveliș;
• condițiile hidrogeologice și climatice ale locului;
• densitatea de injectare, implementarea corectă a procesului de astupare.

În perioada de întărire, este necesar să lăsați puțul în repaus. Este interzisă utilizarea cablurilor, rangelor sau sârmelor pentru a evalua calitatea cimentării, deoarece aceasta poate compromite integritatea pietrei de ciment rezultată.

Dacă nu știți cât timp durează mortarul de ciment să se întărească complet, așteptați trei zile și începeți să faceți măsurători de control

Evaluarea calității cimentării

Este demn de remarcat: în ciuda faptului că evaluarea calității cimentării puțurilor acvifere este un pas foarte important, este imposibil să se efectueze independent.

Pentru a-l realiza, este nevoie de echipamente speciale de laborator, ceea ce este foarte rar chiar și în rândul organizațiilor implicate în foraj.

Dacă totuși intenționați să evaluați tamponarea efectuată, puteți comanda un serviciu de control al calității în una din trei moduri:

• acustică, bazată pe baterea pereților carcasei, cu prelucrarea ulterioară a datelor obținute prin programe de calculator;
• radiologice, la măsurarea cu ajutorul dispozitivelor radio;
• termică, bazată pe principiul măsurării căldurii generate la întărirea mortarului de ciment.

Acasă, puteți folosi o metodă termică simplificată prin măsurarea temperaturii la pereții puțului. Când devine egală cu temperatura aerului înconjurător și devine cu 0,5-1,5 grade mai mică, atunci putem vorbi despre călirea completă. Cu toate acestea, chiar și după aceasta, se recomandă să așteptați 2-3 zile și abia apoi să puneți fântâna în funcțiune.

După finalizarea inspecției, capul sondei este curățat de reziduurile de șlam de ciment folosind bailers. Apoi se efectuează un test de scurgere prin pomparea apei sub presiune înaltă în conducta sondei timp de 30 de minute. Criteriul de etanșeitate va fi o scădere a presiunii cu aproximativ 0,3-0,5 MPa. Fântâna este acum complet gata de utilizare.

Etanșeitatea astupării crește debitul puțului, crește durata de viață a coloanelor de carcasă, protejându-le de coroziune, precum și sursa de apă în sine.

Concluzii și video util pe această temă

Videoclipurile de mai jos sunt despre puțuri din industria petrolului și gazelor, dar principiul tehnologiei de lucru este același ca și pentru puțurile purtătoare de apă.

Procedura pentru cimentarea puțurilor într-o singură etapă:

Specificații producției de cimentare buzelor:

Caracteristicile tehnologice ale cimentării în două etape:

Cimentarea este un proces complex care necesită utilizarea unor echipamente specializate. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că este imposibil să o faci singur. Alegând și pregătind corect soluția de chituire, folosind un set minim de unități, vă puteți ocupa cu ușurință de lucrare singur.

În orice caz, exploatarea unui puț fără întărirea butoiului cu ciment nu va dura mult, iar costurile forarea unei noi surse de apă nu va fi mai puțin.

Dacă, după ce ați studiat materialul, mai aveți întrebări despre cum să cimentați corect o sondă după forare sau aveți cunoștințe valoroase despre această problemă, vă rugăm să lăsați comentariile dvs. în blocul de mai jos.