Способы и технологии цементирования скважин: как приготовить и залить тампонажный раствор

После скважинные бурения в рыхлых песчаных грунтах приходит момент, идущий на укрепление труб обсадной колонны. Вместе с этим следует обезопасить ствол от повреждения, агрессивного влияния почвенных вод, коррозии и остальных отрицательных явлений. Речь идёт о таком процессе, как цементирование скважин.

Сделать работу по цементированию самостоятельно довольно сложно, но может быть, если есть наличие знаний о технологиях проведения мероприятия.

Для чего цементировать скважину?

Цементирование скважины — процесс, который нужно сразу после завершения буровых работ. Процедура цементирования состоит в том, что в затрубное или межтрубное (если например обсадная труба помещена со своей стороны в полиэтиленовую более широкую трубу) вводится раствор из цемента, который на протяжении какого-то времени твердеет, образовывая монолитный ствол скважины.

Раствор из цемента в данном варианте зовется «тампонажный», а сам процесс «тампонированием». Трудный инженерный процесс, именуемый технологией цементирования скважин, требует конкретных знаний и особенного оборудования.

Во многих случаях водные источники можно тампонировать собственными руками, что обходится намного дешевле, чем привлечение экспертов.

цементирование, скважина, залить, тампонажный

Цементирование скважин – комплекс мероприятий, идущий на укрепление затрубного пространства и обсадной колонны от разрушающего бокового давления горных пород и влияния почвенных вод

Правильно выполненное тампонирование скважин на воду содействует:

  • обеспечению конструкционной прочности скважины;
  • защите скважины от грунтовых и верховых вод;
  • укреплению обсадной трубы и защите её от коррозийных процессов;
  • повышению эксплуатационного срока водоисточника;
  • устранению больших пор, пустых мест, щелей, через которые в горизонт воды могут попасть нежелательные частицы;
  • вытеснению бурового раствора цементным, если первый употреблялся при бурении.

От того, насколько правильно сделано цементирование, зависит качество добываемой воды и характеристики эксплуатации скважины. Также цементирование выполняется для ликвидируемых скважин, которые больше не будут больше использоваться.

Этапы цементирования водного источника

Общий процесс цементирования складуется из нескольких стадий, любой из них имеет собственные невидимые моменты:

  1. Приготовление тампонажного раствора для наполнения затрубного пространства.
  2. Подача приготовленного цемента к скважине.
  3. Закачка тампонажного раствора в затрубное пространство.
  4. Период отвердевания раствора из цемента.
  5. Проверка качества цементирования.

Любой этап требует применения конкретных инструментов и специального оборудования. Расчёты нужных материалов лучше сделать до начала тампонажных работ, т.к. процесс тампонирования должен продолжается постоянно и если вам, к примеру, не хватает раствора из цемента, то это самым отрицательным образом отобразится на качестве цементирования. Очень важные этапы будем детально рассматривать.

цементирование, скважина, залить, тампонажный

Иногда водоносные скважины не имеют нужды в цементировании, речь идёт о скважинах, вся глубина которых проходит в плотных грунтах глинистого происхождения

Грамотное приготовление раствора

Тампонажный раствор для цементирования скважины должен отвечать целому нескольким требованиям и владеть:

  • высокими адгезивными качествами с поверхностями разного типа;
  • хорошими качествами прочности после того как застынет, стойкостью к влияниям механики;
  • пластичностью и хорошей текучестью, дабы заполнить все трещины и пустоты;
  • химической нейтральностью в отношении тампонируемых грунтовых слоёв;
  • стойкостью к размыванию подземными водами;
  • отсутствием усадки при затвердевании.

Также раствор должен владеть такой консистенцией, дабы можно было его легко доставлять к скважине и делать закачку. Раствор должен отлично смываться с оборудования, не быть в отношении него агрессивным химическим и иметь самый маленький показатель потери при перевозке к скважине.

цементирование, скважина, залить, тампонажный

Применяемый тампонажный раствор должен владеть достаточно жидкой структурой для выполнения перекачивания нагнетательным оборудованием и при этом иметь большие характеристики прочности

Этап готовки раствора из цемента для тампонирования состоит в равномерном перемешивании элементов, входящих в его состав с дальнейшей заливкой в него воды, с заранее растворёнными в ней специализированными добавками.

Самыми примитивными растворами, которые можно подготовить собственными силами, считаются:

  1. Портландцемент + кварц (1:1) + специализированные добавки и вода пока не получится необходимой консистенции. Раствор такого типа имеет низкую плотность, а его приготовление считается трудным, т.к. песок, который входит в состав нередко выпадает в осадки и использование раствора будет невозможным.
  2. Портландцемент + барит (1,1:1) + специализированные добавки и вода. Недостаток подобного раствора — небольшая прочность.
  3. Портландцемент + наполнитель. Вместо наполнителя применяется асбест (на песчаных грунтах), волокнистые материалы.

Для приготовления цементирующей смеси наиболее оптимально применять тампонажный портландцемент, собой представляет разновидность цемента на основе силикатов.

Такой цемент, разумеется, обойдется намного дороже, чем обыкновенный портландцемент, но его характеристики прочности значительно выше, чем у простого. Барит — тяжёлый минерал, повышающий плотность раствора. Приобрести барит можно в магазине по продаже строительных материалов и инструментов, торгующем сыпучими материалами для строительства.

Под специализированными добавками, входящими в состав цементирующих растворов, знают разные вещества, придающие раствору специальные качества. К ним можно отнести:

  • ускорители высыхания цемента (хлористый кальций, кальцинированная сода, поташ), используемые, если цементирование происходит при температуре меньше +5 градусов;
  • замедлители высыхания, которые применяются для устранения быстрого отвердевания (это хлориды кальция или натрия, нитрит натрия и др.);
  • низкомолекулярные органические вещества для получения самой лучшей вязкости (полимерные модификаторы);
  • морозоустойчивые добавки (кремнийорганические соединения вместе с низкомолекулярными органическими веществами);
  • влагопоглощающие добавки (вещества, которые получены из соединений, относящиеся к группам сахарной, лимонной, винной и тетраоксиадипиновой кислот) и др.

Специализированные добавки размешиваются в воде, которую в последующем используют для приготовления тампонажного раствора. Перемешивают раствор с помощью спецмашин — миксеров. Порой разрешается ручное замешивание, но оно требует конкретной сноровки и больших затрат труда.

цементирование, скважина, залить, тампонажный

Цементный камень, который образуется при затвердевании портландцемента, владеет высокими прочностные качествами, выдержит нагрузки, механическое и физическое влияние

Нужное для работ оборудование

Все работы по цементированию водоносных скважин обязаны производится строго в согласии с техническими требованиями, нарушение которых приведёт к некачественному цементированию. Приступая к тампонированию скважины, вам нужно знать, что это необратимый процесс, поправить что-нибудь после начала подачи раствора в затрубное пространство скважины нереально, благодаря этому работам по подготовке, а конкретно к приготовлению раствора для цементирования и подбору оборудования, необходимо подойти очень серьезно!

Самый обыкновенный и прекрасный способ — аренда оборудования на площадке автотехники. Такой комплекс сумеет подготовить раствор из цемента и под давлением перекачать его в скважину, при этом энергетическим источником для работы оборудования служит мощный двигатель автомобиля. Если применение агрегатов на базе спецавтомобиля нереально, то вам понадобится:

  • миксер для приготовления раствора из цемента;
  • насос большого давления, осуществляющий подкачку раствора к скважине;
  • цементировочная головка для закачки раствора в середину скважины;
  • заливочные пробки (кол-во зависит от способа цементирования);
  • разный мелкий инвентарь (шланги, мерные ёмкости).

В качестве шланга большинство экспертов сходятся в едином мнении взамен классических ПНД труб диаметром 32 см применять эластичный пожарный шланг. Он плоский и прекрасно проходит в пространство между трубами, обеспечивая эффективную подачу раствора.

цементирование, скважина, залить, тампонажный

Оборудование для цементирования скважин имеет большие размеры и требует и мощного энергетического источника, к примеру нагнетателя воздуха, генератора, бесперебойного доступа к электрической сети

Способы заливки раствора в скважину

Главными способами цементирования скважин считаются:

  • непрерывное или одноступенчатое;
  • двухступенчатое;
  • манжетное;
  • обратное.

Все способы цементирования артезианских скважин базируются на одном принципе — закачке в затрубное пространство тампонажного раствора. При этом подбор технологии цементирования зависит от определенных условий: типа грунта, глубины скважины, материала обсадочных труб, климатических и гидрогеологических условий местности.

Подобранная методика тампонирования скважины на воду должна обеспечить:

  • заполнение раствором всего створа скважины на всю глубину;
  • полноценно выдавить жидкость для промывки (при её наличии);
  • создание очень прочного цементного камня, устойчивого к физическим, механическим и влияниям химии;
  • больший коэффициент адгезии с грунтовыми стенками скважины, обсадными трубами.

Для глубоких скважин используют сегментарное цементирование, т.е. цементируется не весь створ скважины сразу, а исключительно его некоторые участки.

Этот процесс довольно непростой и практика демонстрирует, что сделать его своими силами как правило невозможно. Благодаря этому подробно рассмотрим технологию одно- и двухступенчатого и манжетного цементирования.

Одноступенчатое или непрерывное цементирование

Данный способ наиболее активно используют для цементирования бытовых водоносных скважин. При его реализации цементирующий раствор закачивается в затрубное пространство.

Раствор закачивается под давлением с помощью оборудования, которое установлено на платформу спецавтомобиля или стационарно недалеко от скважины. Цементирующий раствор под собственной тяжестью двигается к основе-«башмаку» обсадной колонны, наполняя все затрубные пустоты.

цементирование, скважина, залить, тампонажный

Работы по одноступенчатому цементированию проводятся за один цикл без перерывов, благодаря этому нужно побеспокоится о необходимом количестве тампонажного раствора

Перед началом работ по цементированию ведется промывание скважины, а потом вводится нижняя пробка, которая будет делать роль ограничителя. Включается бетононасос и начинается закачка тампонирующего раствора, под влиянием которого пробка опускается, пока не достигнет «башмака» обсадной колонны.

После закачки раствора ставится верхняя пробка и начинается уплотнение смеси цемента, до той поры, пока верхняя пробка не упрётся в нижнюю. Это означает, что раствор заполнил все затрубное пространство. Уплотнение выполняется станком вибропрессовки с помощью подкачки раствора бетононасосом.

Зацементированная скважина оставляется в покое на 36-48 часов для полнейшего отвердевания раствора. Этот способ подходит исключительно для неглубоких ровных по форме скважин. Недостатком такого способа считается невозможность проследить момент, когда раствор из цемента достиг нижней точки створа скважины.

Двухступенчатая система заливки

Данный метод цементирования был разработан для скважин нефтедобывающей промышленности. Из-за причины того, что он требует применения серьёзного оборудования которое применяется в промышленности (мощного бетононасоса), в оборудовании скважин он используется не часто. Двухступенчатое цементирование применяют в таких вариантах:

  • раствор из цемента схватуется настолько быстро, что нельзя окончить цементирование в один цикл;
  • когда потребуется выделить два участка в затрубном пространстве, которые разделены существенным расстоянием;
  • при приличной глубине скважины, когда совершить работы в один цикл нереально.

В других вариантах использование двухступенчатого способа нецелесообразно из-за причины продолжительности процесса и показателям в плане экономии.

цементирование, скважина, залить, тампонажный

Двухступенчатое цементирование более продолжительное по времени, так как второй этап начинают после полного отвердевания тампонажного раствора первой ступеньки

Принцип двухступенчатого цементирования построен на том, что закачка цемента в затрубное пространство выполняется в 2 приёма.

Первая часть тампонажного раствора загружается и продавливается. Опускается нижняя пробка, которая род воздействием раствора пробка опускается на днище. Вторая часть раствора закачивается через 12-36 часов, после окончательного отвердевания первой порции.

цементирование, скважина, залить, тампонажный

На практике глубокого бурения водозаборных скважин если есть наличие сверху геологического разреза поглощающих пластов и в остальных случаях используют двухступенчатое цементирование

Использование манжетного способа

Данный метод цементирования применяется, если нужно закрепить только верхнюю часть скважины. При этом начальной задачей станет определение уровня, до которого будет выполняться цементирование.

Уровень отмечается по обсадной трубе установкой особого манжета. Часть снизу створа при этом хорошо защищена манжетой от проникновения тампонирующего раствора.

Раствор закачивается точно также, как и при одноступенчатом цементировании. Применяется манжетный метод в случае если верхняя часть скважины расположена на песчаных грунтах, а нижняя — на глинистых. Это встречается весьма нечасто, благодаря этому этот способ не нашёл широкого использования.

Процесс образования цементного камня

Процесс образования цементного камня начинается сразу же после закачки тампонирующего раствора и продолжается от 12 до 36 часов. Главными факторами, которые влияют на продолжительность отвердевания раствора до состояния цементного камня:

  • свойства элементов, входящих в состав раствора;
  • грунты, материал обсадочных колонн;
  • гидрогеологические и условия климата на участке;
  • плотность закачки, безукоризненность выполнения процесса тампонирования.

Во время отвердевания следует оставить скважину в состоянии покоя. Не позволяется применять тросы, ломы, проволоку для оценки качества цементирования, т.к. это может нарушить целость образующегося цементного камня.

цементирование, скважина, залить, тампонажный

Если вы не знайте, какое количество времени нужно для полнейшего высыхания цементирующего раствора, подождите три дня и нужно приступить к контрольным замерам

Оценка качества цементирования

Нужно отметить: не обращая внимания на то, что оценка качества цементирования водоносных скважин считается важнейшим этапом, провести её собственными силами нереально.

Для её выполнения требуется специализированное лабораторное оборудование, которое не часто встречается даже у организаций, которые занимаются бурением. Если всё-таки Вы намерены сделать оценку проведённого тампонирования, то можете заказать услугу контроля качества одним из трёх способов:

  • звуковой, основанной на простукивании стенок обсадной колонны, с дальнейшей обработкой обретенных данных компьютерными программами;
  • радиологический, когда измерение с помощью радиоприборов;
  • термальный, который основан на принципе измерения выделяемого тепла при застывании раствора из цемента.

В «домашних» условиях вы можете применить очень простой термальный способ, померяв температуру у скважных стен. Когда она сравняется с находящейся вокруг температурой воздуха и станет ниже на 0,5-1,5 градусов, тогда можно говорить о полном затвердевании. Но даже потом рекомендуется выждать 2-3 дня и собственно тогда воплощать в жизнь ввод скважины в эксплуатирование.

После окончания проверки устье скважины прочищается от останков раствора из цемента с помощью желонки. Потом выполняется проверка герметичности, зачем в трубу скважины закачивается вода под большим давлением на протяжении 30 минут. Параметром герметичности будет снижение давления приблизительно на 0,3-0,5 МПа. Сейчас скважина абсолютно готова к применению.

цементирование, скважина, залить, тампонажный

Непроницаемость тампонирования увеличивает дебет скважины, повышает служебный срок обсадочных колонн, защищая их от коррозийных процессов, а еще самого водоисточника

Нужное видео по теме

В ниже предоставленных видеороликах речь идёт о скважинах в нефтегазовой отрасли, но принцип технологии выполнения работ такой же, как для водоносных скважин.

Процедура одноступенчатого цементирования скважины:

Характерность производства манжетного цементирования:

Инновационные специфики двухступенчатого цементирования:

Цементирование — процесс не из легких, требующий использования специальной техники. Но это не говорит про то, что провести его своими силами нереально. Подобрав и правильно приготовив тампонажный раствор, применяя самый маленький комплект агрегатов, с работой действительно можно управиться собственными силами.

При любых обстоятельствах работа скважины без укрепления ствола цементом не будет длительной, а расходы на бурение нового водоисточника будут совсем не меньше.

Забор, который не выпирает после зимы. (В комментах — минимизация затрат)


Оставить комментарий

Яндекс.Метрика