Šulinių cementavimo būdai ir technologijos: kaip paruošti ir pilti cemento srutą

Išgręžus gręžinį puriame smėlio dirvožemyje, prasideda etapas, skirtas korpuso vamzdžių tvirtinimui.Tuo pačiu metu bagažinė turi būti apsaugota nuo pažeidimų, agresyvaus požeminio vandens poveikio, korozijos ir kitų neigiamų reiškinių. Kalbame apie tokį procesą kaip šulinių cementavimas.

Cementavimo darbus atlikti savarankiškai gana sunku, tačiau turint žinių apie renginio vykdymo technologijas įmanoma. Papasakosime, kodėl reikia atlikti cementavimą ir į ką reikia atkreipti dėmesį atliekant darbus. Aiškumo dėlei medžiagoje yra teminių nuotraukų ir vaizdo įrašų.

Kam cementuoti šulinį?

Šulinių cementavimas yra procesas, kuris tęsiasi iš karto po užbaigimo gręžimo operacijos. Cementavimo procedūra susideda iš cemento tirpalo įvedimo į žiedinį arba žiedinį vamzdį (jei korpuso vamzdis įstatomas į platesnį polietileninį vamzdį), kuris laikui bėgant sukietėja ir susidaro monolitinė gręžinio skylė.

Cemento skiedinys šiuo atveju vadinamas „užkimšimu“, o pats procesas vadinamas „užkimšimu“. Sudėtingam inžineriniam procesui, vadinamam gręžinio cementavimo technologija, reikia tam tikrų žinių ir specialios įrangos.

Daugeliu atvejų vandens šaltinius galima užkimšti savo rankomis, o tai yra daug pigiau nei samdyti specialistus.

Gręžinių cementavimas – tai priemonių rinkinys, skirtas sustiprinti žiedą ir apvalkalą nuo destruktyvaus šoninio uolienų slėgio ir požeminio vandens poveikio.

Teisingai atliktas vandens šulinių užkimšimas prisideda prie:

• gręžinio konstrukcijos tvirtumo užtikrinimas;
• šulinio apsauga nuo gruntinių ir paviršinių vandenų;
• korpuso vamzdžio stiprinimas ir apsauga nuo korozijos;
• padidinti vandens šaltinio tarnavimo laiką;
• didelių porų, tuštumų, tarpų, per kuriuos į vandeningąjį sluoksnį gali patekti nepageidaujamos dalelės, pašalinimas;
• gręžimo dumblo išstūmimas cementu, jei gręžimo metu buvo naudojamas pirmasis.

Pagaminto vandens kokybė ir gręžinio eksploatacinės charakteristikos priklausys nuo to, kaip gerai bus atliktas cementavimas. Cementuojama ir apleistiems šuliniams, kurie nebebus eksploatuojami.

Vandens šaltinio cementavimo etapai

Visas cementavimo procesas susideda iš kelių etapų, kurių kiekvienas turi savo niuansų:

1. Cemento srutos ruošimas žiedui užpildyti.
2. Paruošto cemento tiekimas į šulinį.
3. Cemento srutos įpurškimas į žiedą.
4. Cemento skiedinio kietėjimo laikotarpis.
5. Cementavimo kokybės tikrinimas.

Kiekviename etape reikia naudoti tam tikrus įrankius ir specialią įrangą. Reikalingų medžiagų skaičiavimus geriau atlikti prieš pradedant glaistymo darbus, nes Užkimšimo procesas turi trukti nenutrūkstamai ir jei, pavyzdžiui, neturite pakankamai cemento skiedinio, tai labiausiai neigiamai paveiks cementavimo kokybę. Pažvelkime į svarbiausius etapus išsamiau.

Retais atvejais vandeningojo sluoksnio šuliniams cementuoti nereikia, mes kalbame apie šulinius, kurių visas gylis eina tankiuose molinguose dirvožemiuose

1 etapas - įrangos paruošimas

Visi vandeningojo sluoksnio šulinių cementavimo darbai turi būti atliekami griežtai laikantis techninių reikalavimų, kurių pažeidimas lems nekokybišką cementavimą.

Pradedant užkimšti šulinį reikia žinoti, kad tai negrįžtamas procesas, pradėjus tiekti tirpalą į šulinio žiedą nieko ištaisyti neįmanoma, todėl reikia paruošti paruošiamąjį darbą, būtent tirpalo ruošimą. Į cementavimą ir įrangos parinkimą reikia žiūrėti kiek įmanoma atsakingiau!

Paprasčiausias ir efektyviausias būdas yra išsinuomoti įrangą transporto priemonės platformoje. Tokiame komplekse bus galima paruošti cemento tirpalą ir perpumpuoti jį į slėginį šulinį, o įrangos eksploatavimo energijos šaltinis – galingas automobilio variklis.

Jei neįmanoma naudoti vienetų, pagrįstų specialia transporto priemone, jums reikės:

• maišytuvas cemento skiediniui ruošti;
• aukšto slėgio siurblys, kuris pumpuoja tirpalą į šulinį;
• cementavimo galvutė tirpalo pumpavimui į šulinį;
• užpildymo kamščiai (kiekis priklauso nuo cementavimo būdo);
• įvairios smulkios įrangos (žarnos, matavimo indai).

Daugelis ekspertų rekomenduoja naudoti lanksčią gaisrinę žarną, o ne tradicinius 32 cm skersmens HDPE vamzdžius. Jis yra plokščias ir puikiai telpa tarpvamzdžių erdvėje, užtikrinant efektyvų tirpalo tiekimą.

Šulinių cementavimo įranga yra didelė ir reikalauja galingo energijos šaltinio, pavyzdžiui, kompresoriaus, generatoriaus ir nepertraukiamos prieigos prie elektros tinklo.

2 etapas – tirpalo paruošimas

Cemento suspensija, skirta cementuoti šulinį, turi atitikti keletą reikalavimų ir turėti:

• aukštos sukibimo savybės su bet kokio tipo paviršiais;
• didelis stiprumas po sukietėjimo, atsparumas mechaniniam poveikiui;
• plastiškumas ir geras sklandumas, kad būtų užpildyti visi įtrūkimai ir tuštumos;
• cheminis neutralumas tamponuotų dirvožemio sluoksnių atžvilgiu;
• atsparumas požeminio vandens erozijai;
• kietėjimo metu nesusitraukimo.

Taip pat tirpalas turi būti tokios konsistencijos, kad jį būtų galima lengvai tiekti į šulinį ir suleisti. Tirpalas turi būti lengvai nuplaunamas nuo įrangos, neturi būti jai chemiškai agresyvus ir turėti minimalų nuostolių koeficientą transportuojant į šulinį.

Naudojamas injektavimo tirpalas turi būti pakankamai skystos struktūros, kad būtų galima siurbti su įpurškimo įranga, ir tuo pat metu turėti aukštas stiprumo charakteristikas.

Cemento skiedinio paruošimo tamponavimui procesas susideda iš tolygaus jo sudėties komponentų sumaišymo, po to į jį pilant vandenį su specialiais jame anksčiau ištirpintais priedais.

Paprasčiausi sprendimai, kuriuos galite paruošti patys:

1. Portlandcementis + kvarcinis smėlis (1:1) + specialūs priedai ir vanduo, kol gaunama reikiama konsistencija. Šis tirpalas yra mažo tankio, o jį paruošti sunku, nes į kompoziciją įtrauktas smėlis dažnai nusėda ir tirpalo naudojimas tampa neįmanomas.
2. Portlandcementis + baritas (1,1:1) + specialūs priedai ir vanduo. Šio sprendimo trūkumas yra mažas stiprumas.
3. Portlandcementis + užpildas. Asbestas (smėlio dirvožemyje) ir pluoštinės medžiagos naudojamos kaip užpildai.

Cementiniam mišiniui paruošti geriausia naudoti portlandcemenčio cementą, kuris yra silikatinio cemento rūšis.

Toks cementas, žinoma, yra brangesnis nei paprastas portlandcementis, tačiau jo stiprumo charakteristikos yra daug aukštesnės nei paprasto cemento. Baritas yra sunkus mineralas, didinantis tirpalo tankį. Barito galite nusipirkti statybinių medžiagų parduotuvėje, kurioje parduodamos birios statybinės medžiagos.

Specialūs priedai, esantys cementiniuose tirpaluose, reiškia įvairias medžiagas, kurios suteikia tirpalui ypatingų savybių.

Jie apima:

• nustatymo greitintuvus cementas (kalcio chloridas, sodos pelenai, kalis), naudojamas, jei cementavimas vyksta žemesnėje nei +5 laipsnių temperatūroje;
• retarderiai, naudojamas siekiant išvengti greito sukietėjimo (tai kalcio arba natrio chloridai, natrio nitritas ir kt.);
• plastifikatoriai optimaliam klampumui gauti (polimero modifikatoriai);
• šalčiui atsparūs priedai (organiniai silicio junginiai kartu su plastifikatoriais);
• sausinančių priedų (medžiagos, gautos iš junginių, priklausančių cukraus, citrinų, vyno ir tetraoksiadipo rūgščių grupėms) ir kt.

Specialūs priedai maišomi vandenyje, kuris vėliau naudojamas cemento srutoms ruošti. Tirpalas maišomas naudojant specialias mašinas – maišytuvus. Kartais leidžiama minkyti rankiniu būdu, tačiau tam reikia tam tikrų įgūdžių ir daug darbo.

Cementinis akmuo, susidaręs kietėjant portlandcemečiui, pasižymi didelėmis stiprumo savybėmis ir gali atlaikyti apkrovas, mechaninį ir fizinį krūvį.

3 etapas – tirpalo įpylimas į šulinį

Pagrindiniai šulinių cementavimo būdai yra šie:

• nuolatinis arba vienpakopis;
• dviejų pakopų;
• rankogalis;
• priešingybė.

Visi vandens gręžinių cementavimo būdai paremti vienu principu – cemento srutos pumpavimu į žiedą. Tuo pačiu metu cementavimo technologijos pasirinkimas priklauso nuo konkrečių sąlygų: grunto tipo, gręžinio gylio, korpuso vamzdžio medžiagos, vietovės klimato ir hidrogeologinių sąlygų.

Pasirinkta vandens gręžinio užkimšimo technologija turėtų užtikrinti:

• visos šulinio dalies užpildymas tirpalu iki viso gylio;
• visiškai išstumkite skalavimo skystį (jei yra);
• didelio stiprumo cementinio akmens, atsparaus fiziniam, mechaniniam ir cheminiam poveikiui, sukūrimas;
• didelis sukibimas su šulinio ir korpuso vamzdžių grunto sienelėmis.

Giluminiams gręžiniams naudojamas segmentinis cementavimas, t.y. Cementuojama iš karto ne visa šulinio dalis, o tik atskiri jo segmentai.

Šis procesas yra labai sudėtingas ir praktika rodo, kad to padaryti patiems beveik neįmanoma. Todėl atidžiau pažvelgsime į vieno ir dviejų pakopų bei rankovių cementavimo technologiją.

Vienpakopis arba ištisinis cementavimas

Šis metodas dažniausiai naudojamas buitiniams vandeningojo sluoksnio šuliniams cementuoti. Jo įgyvendinimo metu cementavimo tirpalas pumpuojamas į žiedą.

Tirpalas pumpuojamas slėgiu, naudojant įrangą, kuri sumontuota ant specialios transporto priemonės platformos arba stacionariai šalia šulinio. Cementavimo tirpalas, veikiamas savo svorio, juda į pagrindo korpuso „batuką“, užpildydamas visas žiedines ertmes.

Vieno etapo cementavimo darbai atliekami vienu ciklu be pertrūkių, todėl būtina pasirūpinti pakankamu cemento srutos kiekiu

Prieš pradedant cementavimo darbus, jis atliekamas šulinio valymas, o tada įkišamas apatinis kištukas, kuris veiks kaip ribotuvas. Įjungiamas betono siurblys ir prasideda kamščių tirpalo siurbimas, kurio įtakoje kaištis nuleidžiamas, kol pasiekia korpuso „batuką“.

Išsiurbus tirpalą, sumontuojamas viršutinis kamštis ir prasideda cemento mišinio tankinimas, kol viršutinis kamštis atsirems į apatinį. Tai reikš, kad tirpalas užpildė visą žiedą. Sutankinimas atliekamas vibraciniu presu, naudojant betono siurblį tirpalui pumpuoti.

Cementuotas šulinys paliekamas vienas 36-48 valandas, kad tirpalas visiškai sukietėtų. Šis metodas tinka tik negilioms, vienodos formos šuliniams. Šio metodo trūkumas yra nesugebėjimas atsekti momento, kada cemento srutos pasiekė apatinį šulinio išlyginimo tašką.

Dviejų pakopų pildymo sistema

Šis cementavimo būdas buvo sukurtas naftos pramonės gręžiniams. Dėl to, kad tam reikia naudoti rimtą pramoninę įrangą (galingą betono siurblį), jis nėra dažnai naudojamas gręžinių statyboje. Dviejų etapų cementavimas naudojamas šiais atvejais:

• cemento skiedinys taip greitai stingsta, kad cementavimo negalima užbaigti per vieną ciklą;
• kai reikia žiede pasirinkti dvi sekcijas, kurias skiria didelis atstumas;
• dideliame gręžinio gylyje, kai neįmanoma atlikti darbų vienu ciklu.

Kitais atvejais dviejų etapų metodo taikymas yra nepraktiškas dėl proceso trukmės ir ekonominių rodiklių.

Dviejų etapų cementavimas užtrunka ilgiau, nes antrasis etapas prasideda visiškai sukietėjus pirmojo etapo cemento suspensijai

Dviejų etapų cementavimo principas pagrįstas tuo, kad cementas į žiedą pumpuojamas dviem etapais.

Pirmoji cemento srutos dalis pakraunama ir presuojama. Nuleistas apatinis kamštis, kuris, veikiant tirpalui, kištukas nusileidžia į dugną. Antroji tirpalo dalis išpumpuojama praėjus 12-36 valandoms po to, kai pirmoji dalis visiškai sukietėja.

Artezinių gręžinių giluminio gręžimo praktikoje esant absorbuojantiems sluoksniams viršutinėje geologinio pjūvio dalyje ir kitais atvejais naudojamas dviejų etapų cementavimas.

Manžetės metodo taikymas

Šis cementavimo būdas naudojamas, jei reikia sustiprinti tik viršutinę šulinio dalį. Tokiu atveju pradinė užduotis bus nustatyti lygį, iki kurio bus atliekamas cementavimas.

Lygis pažymimas išilgai korpuso, įrengiant specialų apykaklę. Apatinė vožtuvo dalis patikimai apsaugota manžete nuo užkimšimo tirpalo įsiskverbimo.

Tirpalas pumpuojamas lygiai taip pat, kaip ir vienos pakopos cementavimo metu. Manžetės metodas naudojamas, jei viršutinė šulinio dalis yra ant smėlio dirvožemio, o apatinė - ant molingo dirvožemio. Tai gana reta, todėl šis metodas nėra plačiai naudojamas.

Cementinio akmens susidarymo procesas

Cementinio akmens susidarymo procesas prasideda iškart po kamščių tirpalo išsiurbimo ir trunka nuo 12 iki 36 valandų. Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos tirpalo kietėjimo trukmei iki cemento akmens būklės:

• tirpale esančių komponentų savybės;
• gruntai, apvalkalo medžiaga;
• hidrogeologinės ir klimato sąlygos vietoje;
• įpurškimo tankis, teisingas užkimšimo proceso įgyvendinimas.

Kietėjimo laikotarpiu šulinį būtina palikti ramybėje. Cementavimo kokybei įvertinti draudžiama naudoti trosus, laužtuvus, laidus, nes tai gali pakenkti susidariusio cementinio akmens vientisumui.

Jei nežinote, kiek laiko užtrunka, kol cementinis skiedinys visiškai sustings, palaukite tris dienas ir pradėkite atlikti kontrolinius matavimus

Cementavimo kokybės vertinimas

Verta paminėti: nepaisant to, kad vandeningojo sluoksnio šulinių cementavimo kokybės įvertinimas yra labai svarbus žingsnis, savarankiškai to atlikti neįmanoma.

Jai atlikti reikalinga speciali laboratorinė įranga, kuri yra labai reta net tarp organizacijų, užsiimančių gręžimu.

Jei vis dar ketinate įvertinti atliktą tamponavimą, kokybės kontrolės paslaugą galite užsisakyti vienu iš trijų būdų:

• akustinis, pagrįstas korpuso sienelių bakstelėjimu, vėliau apdorojant gautus duomenis kompiuterinėmis programomis;
• radiologiniai, matuojant radijo prietaisais;
• terminis, pagrįstas šilumos, susidarančios kietėjant cemento skiediniui, matavimo principu.

Namuose galite naudoti supaprastintą terminį metodą, matuojant temperatūrą prie šulinio sienelių. Kai ji tampa lygi supančio oro temperatūrai ir tampa 0,5-1,5 laipsnio žemesnė, tuomet galima kalbėti apie visišką sukietėjimą. Tačiau net ir po to rekomenduojama palaukti 2-3 dienas ir tik tada pradėti eksploatuoti gręžinį.

Baigus patikrinimą, šulinio galvutė išvaloma nuo cemento srutų likučių naudojant laiduotojai. Tada atliekamas sandarumo bandymas, 30 minučių pumpuojant aukšto slėgio vandenį į šulinio vamzdį. Sandarumo kriterijus bus slėgio sumažėjimas maždaug 0,3–0,5 MPa. Dabar šulinys yra visiškai paruoštas naudoti.

Užkimšimo sandarumas padidina šulinio debitą, padidina korpuso kolonų tarnavimo laiką, apsaugo juos nuo korozijos, taip pat patį vandens šaltinį

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Žemiau esantys vaizdo įrašai yra apie naftos ir dujų pramonės gręžinius, tačiau darbo technologijos principas yra toks pat kaip ir vandens gręžinių.

Vieno etapo šulinio cementavimo procedūra:

Lūpų cementavimo gamybos ypatumai:

Dviejų etapų cementavimo technologinės savybės:

Cementavimas yra sudėtingas procesas, reikalaujantis specializuotos įrangos. Tačiau tai nereiškia, kad to neįmanoma padaryti patiems. Pasirinkę ir teisingai paruošę injektavimo tirpalą, naudodami minimalų mazgų komplektą, galite lengvai susidoroti su darbu patys.

Bet kokiu atveju šulinio eksploatavimas nesutvirtinus statinės cementu truks neilgai, o išlaidos gręžti naują vandens šaltinį bus ne mažiau.

Jei išstudijavę medžiagą vis dar turite klausimų, kaip tinkamai sucementuoti šulinį po gręžimo, arba turite vertingų žinių šiuo klausimu, palikite savo komentarus žemiau esančiame bloke.