Цементирование скважин: способы и технологии тампонажа

Скважина и колодец

После бурения скважины в рыхлом песчаном грунте начинается этап, направленный на усиление обсадных труб. При этом ствол должен быть защищен от повреждений, агрессивного воздействия грунтовых вод, коррозии и других негативных явлений. Речь также идет о таком процессе, как цементация.

Самостоятельно выполнить цементировочные работы достаточно сложно, но возможно при наличии знаний технологий проведения обустройства. Мы расскажем, зачем нужно проводить цементирование и что нужно знать при проведении работ. Для наглядности материал содержит тематические изображения и видео.

Зачем цементировать скважину?

Цементирование скважин – это процесс, который следует сразу после завершения буровых работ. Процедура цементирования заключается в том, что в затрубное пространство или затрубное пространство (если обсадную трубу снова помещать в более широкую полиэтиленовую трубу) вводится цементный раствор, который со временем затвердевает, образуя монолитный ствол скважины.

Цементный раствор в этом случае называется «тампинг», а сам процесс – «тампинг». Сложный инженерный процесс, именуемый технологией цементирования скважин, требует определенных знаний и специального оборудования.

В большинстве случаев источники воды можно заглушить своими руками, что намного дешевле, чем нанимать специалистов.

Альтернативы и способы цементирования частных скважин

Цементирование скважин представляет собой комплекс мероприятий, направленных на укрепление затрубного пространства и обсадной колонны от разрушительного бокового давления горных пород и влияния грунтовых вод

Правильно выполненная тампонаж скважин на воду способствует:

  • обеспечить прочность конструкции скважины;
  • защита колодца от малой и высокой воды;
  • укрепить корпус и защитить его от коррозии;
  • увеличить срок службы источника воды;
  • устранение крупных пор, полостей, отверстий, через которые в водоносный горизонт могут попасть нежелательные частицы;
  • вытеснение бурового раствора цементом, если первый использовался при бурении.

От того, насколько грамотно проведено цементирование, будет зависеть качество пластовой воды и производительность скважины. Также проводится цементирование законсервированных скважин, которые больше не будут эксплуатироваться.

Галерея изображений Фото от Цементирование осуществляется для кустовых водозаборных сооружений, предназначенных для обеспечения водой населенных пунктов. В частном секторе места водозабора цементируют редко Укрепление положения ствола скважины цементированием проводят, если бурение проводилось в несвязном рыхлом грунте, не способном «удерживать» стенки обсадного водоносного горизонта Засыпка скважины с цементом, т.е тампонирование скважины, осуществляется, если водозабор Цементирование куста водозаборных скважин уже не эксплуатируется

Этапы цементирования источника воды

Весь процесс цементирования состоит из нескольких этапов, каждый из которых имеет свои нюансы:

  1. Приготовление цементного раствора для заполнения затрубного пространства.
  2. Подача готового цемента в скважину.
  3. Закачка цементного раствора в затрубное пространство.
  4. Период твердения цементного раствора.
  5. Контроль качества цементирования.

Каждый шаг требует использования определенных инструментов и специального оборудования. Расчеты необходимых материалов лучше производить до начала тампонажных работ, потому что процесс тампонирования должен длиться непрерывно и если, например, у вас не хватает цементного раствора, то это самым негативным образом скажется на качестве цементирования. Рассмотрим наиболее важные этапы более подробно.

Цементирование – завершающий этап строительства скважины

В редких случаях водоносные скважины не нуждаются в цементировании, речь идет о скважинах, если вся глубина находится в плотном глинистом грунте

Этап №1 — подготовка оборудования

Все работы по цементированию водоносных горизонтов должны выполняться строго в соответствии с техническими требованиями, нарушение которых приведет к некачественному цементированию.

Приступая к тампонированию скважины, следует знать, что это необратимый процесс, исправить что-либо после начала подачи раствора в затрубное пространство в скважине невозможно, поэтому подготовительные работы, а именно приготовление тампонажного раствора и подбор оборудования, нужно подходить максимально ответственно!

Интересно:  Оголовок для скважины своими руками: устройство, монтаж, установка

Самый простой и эффективный способ – арендовать оборудование на платформе автомобиля. Такой комплекс сможет приготовить тампонажный раствор и закачать его в скважину под давлением, при этом мощный автомобильный двигатель служит источником энергии для работы оборудования.

Если использование агрегатов на базе конкретного автомобиля невозможно, потребуются:

  • смесители для производства цементного раствора;
  • насос высокого давления, который закачивает раствор в скважину;
  • головка цементировочная для закачки раствора в скважину;
  • заглушки (количество зависит от способа цементирования);
  • различные мелкие приспособления (шланги, мерные емкости).

В качестве рукава многие специалисты рекомендуют использовать гибкий пожарный рукав вместо традиционных труб ПНД диаметром 32 см. Он плоский и идеально переходит в межтрубное пространство, обеспечивая эффективную подачу раствора.

Комплекс оборудования для цементирования

Оборудование для цементирования скважин имеет большие размеры и требует мощного источника энергии, такого как компрессор, генератор, бесперебойный доступ к электросети

Этап №2 — приготовление раствора

Тампонажный раствор для цементирования скважин должен отвечать ряду требований и иметь:

  • высокие адгезионные свойства с поверхностями любого типа;
  • высокая прочность после закалки, устойчивость к механическим воздействиям;
  • пластичность и хорошая растекаемость для заполнения всех трещин и пустот;
  • химическая нейтральность по отношению к плотным слоям почвы;
  • устойчивость к эрозии подземными водами;
  • отсутствие усадки при отверждении.

Раствор также должен иметь такую ​​консистенцию, чтобы его можно было легко доставить в скважину и закачать. Раствор должен хорошо смываться с оборудования, не быть химически агрессивным по отношению к нему, иметь минимальный коэффициент потерь при транспортировке до скважины.

Цементный раствор

Используемый раствор должен иметь достаточно текучую структуру для перекачки инъекционным оборудованием и при этом обладать высокими прочностными свойствами

Процесс приготовления тампонажного раствора для тампонирования заключается в равномерном смешивании компонентов, входящих в состав, с последующим заливом в него воды, с предварительно растворенными в ней специальными добавками.

Самые простые растворы, которые вы можете приготовить самостоятельно:

  1. Портландцемент + кварцевый песок (1:1) + специальные добавки и вода до достижения нужной консистенции. Такой раствор имеет низкую плотность, и его приготовление затруднено, так как песок, входящий в состав, часто выпадает в осадок и использование раствора становится невозможным.
  2. Портландцемент + барит (1,1:1) + специальные добавки и вода. Недостатком этого решения является низкая прочность.
  3. Портландцемент + наполнитель. Асбест используется в качестве наполнителя (на песчаных грунтах), волокнистых материалов.

Для производства вяжущей смеси лучше всего использовать портландцемент, представляющий собой разновидность цемента на основе силикатов.

Такой цемент, конечно, дороже обычного портландцемента, но его прочностные характеристики намного выше, чем у обычного цемента. Барит — тяжелый минерал, увеличивающий плотность раствора. Купить барит можно в хозяйственном магазине, где продаются сыпучие строительные материалы.

Под специальными добавками, входящими в состав вяжущих растворов, понимают различные вещества, придающие раствору особые свойства.

К ним относятся:

  • ускорители цементации (хлорид кальция, кальцинированная сода, поташ), применяются, если цементирование происходит при температуре ниже +5 градусов;
  • замедлители схватывания, используемые для предотвращения быстрого твердения (это хлориды кальция или натрия, нитрит натрия и др.);
  • пластификаторы для достижения оптимальной вязкости (модификаторы полимеров);
  • морозостойкие добавки (кремнийорганические соединения в сочетании с пластификаторами);
  • влагопоглощающие добавки (вещества, полученные из соединений, относящихся к группам сахаров, лимонной кислоты, винной кислоты и тетрагидроксиадипиновой кислоты) и др.

Специальные добавки смешиваются с водой, которая затем используется для приготовления цементного раствора. Смешайте раствор с помощью специальных машин – миксеров. Иногда допускается ручной замес, но он требует определенного навыка и большого труда.

Интересно:  Углубление колодца своими руками: как самому углубить колодец на даче

Портландцемент – основной компонент тампонажного раствора

Цементный камень, образующийся при твердении портландцемента, обладает высокими прочностными свойствами, выдерживает нагрузки, механические и физические воздействия

Этап №3 — заливка раствора в скважину

Наиболее важными методами цементирования скважин являются:

  • непрерывный или одноступенчатый;
  • двухступенчатый;
  • манжета;
  • противоположный.

Все способы цементирования водозаборных скважин основаны на одном принципе – закачке цементного раствора в затрубное пространство. При этом выбор технологии цементирования зависит от конкретных условий: типа грунта, глубины скважины, материала крепи, климатических и гидрогеологических условий местности.

Выбранная технология тампонирования скважины на воду должна обеспечивать:

  • заполнение раствором всей створки скважины на полную глубину;
  • полностью вытеснить промывочную жидкость (если есть);
  • создание высокопрочного цементного камня, стойкого к физическим, механическим и химическим воздействиям;
  • высокая адгезия со стенками грунта в скважине, обсадной трубе.

Для глубоких скважин применяют сегментное цементирование, т.е цементируют не весь участок скважины сразу, а только отдельные его участки.

Этот процесс очень сложен и практика показывает, что осуществить его самостоятельно практически невозможно. Поэтому рассмотрим более подробно технологию одно- и двухэтапной и муфтовой цементации.

Одноступенчатое или сплошное цементирование

Этот способ чаще всего используется для цементирования хоз. При реализации цементный раствор закачивается в затрубное пространство.

Раствор закачивается под давлением с помощью оборудования, установленного на платформе спецавтомобиля или стационарно возле скважины. Цементировочный раствор под действием веса движется к основанию «башмака» обсадной колонны, заполняя все затрубное пространство.

Одностадийный способ цементирования скважин

Одноэтапные цементировочные работы выполняются в один цикл без перерыва, поэтому необходимо позаботиться о достаточном количестве тампонажного раствора

Перед началом цементирования скважину промывают, а затем вставляют забойную пробку, которая будет выполнять роль ограничителя. Включается бетононасос и начинается перекачка тампонажного раствора, под действием которого пробка опускается до достижения «башмака» обсадной колонны.

После закачки раствора устанавливается верхняя пробка и начинается уплотнение цементной смеси, пока верхняя пробка не упрется в нижнюю пробку. Это будет означать, что раствор заполнил все кольцевое пространство. Уплотнение осуществляется вибропрессом путем перекачки раствора бетононасосом.

Зацементированную скважину оставляют в покое на 36-48 часов для полного застывания раствора. Этот метод подходит только для неглубоких гладких колодцев. Недостатком этого метода является невозможность отследить момент достижения тампонажным раствором забоя пласта скважины.

Двухступенчатая система заливки

Этот метод цементирования был разработан для скважин в нефтяной промышленности. В связи с тем, что требует применения серьезного промышленного оборудования (мощного бетононасоса), в строительстве скважин применяется нечасто. Двухэтапная фиксация применяется в следующих случаях:

  • цементный раствор затвердевает так быстро, что цементирование невозможно выполнить за один цикл;
  • когда необходимо выделить в кольцевом пространстве две секции, разнесенные на значительное расстояние;
  • при большой глубине скважины, когда невозможно выполнить работу за один цикл.

В остальных случаях применение двухстадийного метода нецелесообразно из-за длительности процесса и экономических показателей.

Цементация водоносного горизонта

Двухэтапное цементирование более длительное по времени, так как второй этап начинается после полного затвердевания цементного раствора первого этапа

Принцип двухстадийного цементирования основан на закачке цемента в затрубное пространство в два этапа.

Заливается и продавливается первая часть цементного раствора. Опускается нижняя пробка, которая под действием раствора опускает пробку на дно. Вторую часть раствора закачивают через 12-36 часов после окончательного застывания первой части.

Схема двухстадийного метода цементирования скважин

При отработке глубокого бурения артезианских скважин, при наличии поглощающих пластов в верхней части геологического разреза и в других случаях применяют двухстадийное цементирование

Интересно:  Ручное бурение скважин на воду: как пробурить скважину вручную

Применение манжетного способа

Этот метод цементирования используется, когда необходимо армировать только верхнюю часть скважины. При этом первой задачей будет определение уровня, до которого будет производиться цементирование.

Уровень отмечается по корпусу путем установки специальной манжеты. При этом нижняя часть порта надежно защищена втулкой от проникновения тампонажного раствора.

Шлам откачивается точно так же, как и при одностадийном цементировании. Гильзовый способ применяют, если верхняя часть скважины расположена на песчаном грунте, а нижняя – на глинистом. Это достаточно редкое явление, поэтому широкого применения этот метод не нашел.

Процесс образования цементного камня

Процесс образования цементного камня начинается сразу после закачки тампонажного раствора и продолжается от 12 до 36 часов. Наиболее важные факторы, влияющие на продолжительность твердения раствора до состояния цементного камня:

  • свойства компонентов, входящих в состав раствора;
  • земля, облицовочный материал;
  • гидрогеологические и климатические условия на участке;
  • плотность закачки, правильное выполнение процесса тампонирования.

В период застывания необходимо дать скважине отдохнуть. Запрещается использовать тросы, ломы, проволоку для оценки качества цементирования, так как это может нарушить целостность полученного цементного камня.

Цементация водоносного горизонта

Если вы не знаете, сколько времени потребуется для полного застывания цементного раствора, подождите три дня и продолжайте контрольные замеры

Оценка качества цементирования

Следует отметить, что, несмотря на то, что оценка качества цементирования водоносного горизонта является очень важным этапом, выполнить его самостоятельно невозможно.

Для реализации требуется специальное лабораторное оборудование, что большая редкость даже для организаций, занимающихся бурением.

Если вы все же намерены оценить выполненную пломбировку, вы можете заказать услугу контроля качества одним из трех способов:

  • акустический, основанный на вдавливании стенок кожуха, с последующей обработкой полученных данных компьютерными программами;
  • радиологический, при измерении радиоприборами;
  • тепловые, основанные на принципе измерения тепла, выделяющегося при затвердевании цементного раствора.

В «домашних» условиях можно использовать упрощенный термический метод, измеряя температуру у стенок колодца. Когда она сравняется с температурой воздуха и станет ниже на 0,5-1,5 градуса, можно говорить о полном закаливании. Но и после этого рекомендуется выждать 2-3 дня и только потом пускать скважину в эксплуатацию.

После окончания осмотра устье скважины очищают от остатков тампонажного раствора с помощью желонки. Затем проводится испытание на герметичность, при котором вода под высоким давлением закачивается в трубу скважины в течение 30 минут. Критерием герметичности будет снижение давления примерно на 0,3-0,5 МПа. Теперь скважина полностью готова к использованию.

Испытание скважины на герметичность

Плотность тампонирования увеличивает дебит скважины, увеличивает срок службы обсадных колонн, защищает их от коррозии, а также сам источник воды

Выводы и полезное видео по теме

В видеороликах ниже мы рассказываем о скважинах в нефтегазовой отрасли, но принцип технологии работы такой же, как и для водоносных.

Процедура одностадийного цементирования скважины:

Технические условия на изготовление рукавной цементации:

Технологические характеристики двухэтапной цементации:

Цементирование – сложный процесс, требующий использования специального оборудования. Однако это не означает, что провести его самостоятельно невозможно. Подобрав и правильно приготовив цементный раствор, используя минимальный набор приспособлений, вполне можно справиться с работой своими силами.

В любом случае эксплуатация скважины без укрепления буровой цементом не будет долгой, а затраты на бурение нового источника воды будут не меньше.

Если после изучения материала у вас остались вопросы, как правильно зацементировать скважину после бурения, или у вас есть ценные знания по этому вопросу, просьба оставлять комментарии в блоке ниже.

Оцените статью
SV-Aqua.ru