Gręžinių cementavimo būdai ir technologijos: kaip paruošti ir išpilti tamponavimo tirpalą

Po gręžinio gręžimo puriuose smėlio dirvožemiuose prasideda etapas, skirtas vamzdžių, sudarančių apvalkalo koloną, stiprinimui. Kartu reikia apsaugoti kamieną nuo pažeidimų, agresyvaus gruntinio vandens poveikio, korozijos ir kitų neigiamų reiškinių. Kalbama apie tokį procesą kaip gręžinių cementavimas.

Atlikti cementavimo darbus savarankiškai yra gana sudėtinga, bet įmanoma, turint žinių apie veiklos technologijas. Mes jums papasakosime, kodėl reikia atlikti cementavimą ir į ką atkreipti dėmesį atliekant darbus. Aiškumo dėlei medžiagoje pateikiamos teminės nuotraukos ir vaizdo įrašai.

Kodėl reikia cementuoti gręžinį?

Gręžinio cementavimas – procesas, kuris seka iškart po gręžimo darbų pabaigos. Cementavimo procedūra susideda iš to, kad į užvamzdinę ar tarpvamzdinę erdvę (jei apvalkalo vamzdis savo ruožtu įdėtas į platesnį polietileninį vamzdį) įvedamas cemento tirpalas, kuris laikui bėgant sukietėja, sudarydamas monolitinį gręžinio kamieną.

Cemento tirpalas šiuo atveju vadinamas “tamponavimo”, o pats procesas “tamponavimu”. Sudėtingas inžinerinis procesas, vadinamas gręžinių cementavimo technologija, reikalauja tam tikrų žinių ir specialios įrangos.

Daugeliu atvejų vandens šaltinius galima tamponuoti savo rankomis, kas yra daug pigiau nei samdyti specialistus.

Gręžinių cementavimas – priemonių kompleksas, skirtas užvamzdinės erdvės ir apvalkalo kolonos stiprinimui nuo ardymo šoninio uolienų slėgio ir gruntinio vandens poveikio.

Tinkamai atliktas vandens gręžinių tamponavimas padeda:

• užtikrinti gręžinio konstrukcijos tvirtumą;
• apsaugoti gręžinį nuo gruntinio ir paviršinio vandens;
• sustiprinti apvalkalo vamzdį ir apsaugoti jį nuo korozijos;
• padidinti vandens šaltinio eksploatacijos laiką;
• pašalinti dideles poras, tuštymes, tarpus, pro kuriuos į vandeningąjį horizontą gali patekti nepageidaujamos dalelės;
• išstumti gręžimo tirpalą cementiniu, jei pirmasis buvo naudojamas gręžimo metu.

Nuo to, kaip kompetentingai atliktas cementavimas, priklausys išgaunamo vandens kokybė ir gręžinio eksploatacinės charakteristikos. Taip pat cementavimas atliekamas likviduojamiems gręžiniams, kurie nebebus eksploatuojami.

Vandens šaltinio cementavimo etapai

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

1. Tamponavimo tirpalo paruošimas tarpvamzdinei erdvei užpildyti.
2. Paruošto cemento tiekimas prie gręžinio.
3. Tamponavimo tirpalo siurbimas į tarpvamzdinę erdvę.
4. Cementinio tirpalo kietėjimo laikotarpis.
5. Cementavimo kokybės patikrinimas.

Kiekvienas etapas reikalauja naudoti tam tikrus įrankius ir specialią įrangą. Reikalingų medžiagų skaičiavimus geriau atlikti prieš pradedant tamponavimo darbus, nes tamponavimo procesas turi vykti nepertraukiamai, o jei, pavyzdžiui, Jums trūksta cementinio tirpalo, tai labai neigiamai paveiks cementavimo kokybę. Svarbiausius etapus aptarsime išsamiau.

Retais atvejais vandeningi gręžiniai nereikalauja cementavimo, kalbama apie gręžinius, kurių visas gylis eina per tankius molingus gruntus.

Etapas Nr. 1 – įrangos paruošimas

Visi vandeningų gręžinių cementavimo darbai turi būti atliekami griežtai laikantis techninių reikalavimų, kurių pažeidimas lems nekokybišką cementavimą.

Pradedant gręžinio tamponavimą, Jums verta žinoti, kad tai negrįžtamas procesas, ko nors pakeisti po tirpalo tiekimo į gręžinio tarpvamzdinę erdvę pradžios neįmanoma, todėl į parengiamuosius darbus, o būtent į cementavimo tirpalo paruošimą ir įrangos pasirinkimą, reikia žiūrėti kuo atsakingiau!

Paprasčiausias ir efektyviausias būdas – įrangos nuoma automobilių technikos platformoje. Toks kompleksas galės paruošti cementinį tirpalą ir esant slėgiui perpumpuoti jį į gręžinį, o įrangos darbo energijos šaltiniu tarnauja galingas automobilio variklis.

Jei neįmanoma naudoti agregatų, sumontuotų ant specialios automobilio važiuoklės, jums reikės:

• maišytuvas cemento skiediniui paruošti;
• aukšto slėgio siurblys, pumpuojantis tirpalą į gręžinį;
• cementavimo galvutė tirpalui įpumpuoti į gręžinį;
• užpildymo kamščiai (kiekis priklauso nuo cementavimo būdo);
• įvairūs smulkūs įrankiai (žarnos, matavimo talpyklos).

Vietoj tradicinių PND vamzdžių, kurių skersmuo 32 cm, daugelis specialistų rekomenduoja naudoti lanksčią gaisrinę žarną. Ji yra plokščia ir puikiai praeina tarpvamzdinėje erdvėje, užtikrindama efektyvų tirpalo tiekimą.

Gręžinių cementavimo įranga yra didelių gabaritų ir reikalauja galingo energijos šaltinio, pavyzdžiui, kompresoriaus, generatoriaus, nepertraukiamo prieigos prie elektros tinklo.

Etapas Nr. 2 – tirpalo paruošimas

Gręžinio cementavimo tamponinis tirpalas turi atitinkti daug reikalavimų ir pasižymėti:

• aukštomis adhezinėmis savybėmis su bet kokio tipo paviršiais;
• aukštu stiprumu po sukietėjimo, atsparumu mechaniniam poveikiui;
• plastiškumu ir geru takumu, kad užpildytų visus plyšius ir tuštumas;
• chemine neutralumu kamšomų grunto sluoksnių atžvilgiu;
• atsparumu išplovimui gruntiniais vandenimis;
• susitraukimo nebuvimu kietėjimo metu.

Be to, tirpalas turi turėti tokią konsistenciją, kad jį būtų galima be problemų pristatyti į gręžinį ir atlikti įpurškimą. Tirpalas turi gerai nuplauti nuo įrangos, nebūti jai chemiškai agresyvus ir turėti mažiausią nuostolio koeficientą transportuojant į gręžinį.

Naudojamas tamponinis tirpalas turi turėti pakankamai skystą struktūrą, kad jį būtų galima pumpuoti slėgine įranga, ir kartu pasižymėti aukštomis stiprumo charakteristikomis.

Cemento tirpalo, skirto tamponavimui, paruošimo procesas susideda iš vienodo komponentų sumaišymo, o vėliau įpilant vandens, kuriame iš anksto ištirpinti specialūs priedai.

Paprasčiausi tirpalai, kuriuos galima pasigaminti savarankiškai, yra:

1. Portlandcementis + kvarcinis smėlis (1:1) + specialūs priedai ir vanduo iki reikiamos konsistencijos. Toks tirpalas turi nedidelį tankį, o jo paruošimas yra sudėtingas, nes smėlis, esantis sudėtyje, dažnai nusėda ir tirpalo naudoti tampa neįmanoma.
2. Portlandcementis + baritas (1,1:1) + specialūs priedai ir vanduo. Tokio tirpalo trūkumas – mažas stiprumas.
3. Portlandcementis + užpildas. Kaip užpildas naudojamas asbestas (smėlingame grunte), pluoštinės medžiagos.

Cementavimo mišiniui paruošti geriausia naudoti tampioninį portlandcementį, kuris yra silikatų pagrindu pagaminta cemento rūšis.

Toks cementas, žinoma, kainuoja daugiau nei įprastas portlandcementis, tačiau jo stiprumo charakteristikos yra daug aukštesnės nei įprasto. Baritas – sunkusis mineralas, didinantis tirpalo tankį. Barito galima įsigyti statybinių medžiagų parduotuvėje, prekiaujančioje biriomis statybinėmis medžiagomis.

Specialiaisiais priedais, įeinančiais į cementavimo tirpalų sudėtį, vadinamos įvairios medžiagos, suteikiančios tirpalui ypatingų savybių.

Jiems priskiriama:

• kietėjimo greitikliai cemento (kalcio chloridas, kalcinuota soda, potašas), naudojami, jei cementavimas vyksta esant žemesnei nei +5 laipsnių temperatūrai;
• kietėjimo lėtikliai, naudojami siekiant išvengti greito kietėjimo (tai kalcio ar natrio chloridai, natrio nitritas ir kt.);
• plastifikatoriai optimaliam klampumui gauti (polimeriniai modifikatoriai);
• atsparumo šalčiui priedai (silicio organiniai junginiai kartu su plastifikatoriais);
• drėgmę sugeriantys priedai (medžiagos, gautos iš junginių, priklausančių cukraus, citrinos, vyno ir tetraoksiadipino rūgščių grupėms) ir kt.

Specialieji priedai išmaišomi vandenyje, kuris vėliau naudojamas tampioniniam tirpalui paruošti. Tirpalas maišomas specialiomis mašinomis – maišytuvais. Kartais leidžiama maišyti rankomis, tačiau tam reikia tam tikro įgūdžio ir didelių darbo sąnaudų.

Cementinis akmuo, susidarantis kietėjant portlandcementiui, pasižymi aukštomis stiprumo savybėmis, atlaiko apkrovas, mechaninį ir fizinį poveikį

Etapas Nr. 3 – tirpalo pylimas į gręžinį

Pagrindiniai gręžinių cementavimo būdai yra:

• tolygusis arba vienpakopis;
• dvipakopis;
• manžetinis;
• atvirkštinis.

Visi vandens paėmimo gręžinių cementavimo būdai yra pagrįsti vienu principu – tampioninio tirpalo įpurškimu į užvamzdinę erdvę. Tuo tarpu cementavimo technologijos pasirinkimas priklauso nuo konkrečių sąlygų: grunto tipo, gręžinio gylio, vamzdžių medžiagos, klimatinių ir hidrogeologinių vietovės sąlygų.

Pasirinkta vandens gręžinio tamponavimo technologija turi užtikrinti:

• tirpalo užpildymą viso gręžinio kamieno per visą gylį;
• visiškai išstumti plovimo skystį (jei jo yra);
• sukurti aukšto stiprumo cementinį akmenį, atsparų fiziniam, mechaniniam ir cheminiam poveikiui;
• aukštą sukibimo rodiklį su gręžinio grunto sienelėmis, vamzdžiais.

Giliems gręžiniams taikomas segmentinis cementavimas, t.y. cementuojamas ne visas gręžinio kamienas iš karto, o tik atskiri jo segmentai.

Šis procesas yra labai sudėtingas, o praktika rodo, kad jo atlikti savarankiškai praktiškai neįmanoma. Todėl išsamiau aptarsime vienpakopio, dvipakopio ir movinio cementavimo technologiją.

Vienpakopis arba ištisinis cementavimas

Šis būdas dažniausiai taikomas cementuojant buitines vandeningas šachtas. Jį įgyvendinant cementavimo tirpalas įsiurbiamas į vamzdžio tarpą.

Tirpalas įsiurbiamas slėgiu naudojant įrangą, kuri sumontuota ant specialaus automobilio platformos arba stacionariai netoli šachtos. Cementavimo tirpalas dėl savo sunkio juda link apsauginės kolonos pagrindo-“bato”, užpildydamas visas vamzdžio tarpines ertmes.

Vienpakopio cementavimo darbai atliekami per vieną ciklą be pertraukų, todėl reikia pasirūpinti pakankamu kamščio tirpalo kiekiu.

Prieš pradedant cementavimo darbus, atliekamas šachtos plovimas, o tada įvedamas apatinis kamštis, kuris atliks ribotuvo vaidmenį. Įjungiamas betoninis siurblys ir pradedamas kamščio tirpalo įsiurbimas, kurio veikiamas kamštis leidžiasi žemyn, kol pasiekia apsauginės kolonos “batą”.

Po tirpalo įsiurbimo įstatomas viršutinis kamštis ir pradedamas cemento mišinio tankinimas, kol viršutinis kamštis atsirems į apatinį. Tai reikš, kad tirpalas užpildė visą vamzdžio tarpo erdvę. Tankinimas atliekamas vibropresu, papildomai pumpuojant tirpalą betoniniu siurbliu.

Cementuota šachta paliekama ramybėje 36-48 valandoms, kad tirpalas visiškai sukietėtų. Šis būdas tinka tik negilioms, lygios konfigūracijos šachtoms. Šio metodo trūkumas yra tai, kad negalima atsekti momento, kai cemento tirpalas pasiekia žemiausią šachtos tašką.

Dvipakopė užpylimo sistema

Šis cementavimo metodas buvo sukurtas naftos pramonės šachtoms. Dėl to, kad jam reikia naudoti rimtą pramoninę įrangą (galingą betoninį siurblį), šachtų įrengime jis naudojamas nedažnai. Dvipakopis cementavimas naudojamas šiais atvejais:

• cemento tirpalas stingsta taip greitai, kad negalima baigti cementavimo per vieną ciklą;
• kai reikia išskirti dvi dalis vamzdžio tarpo erdvėje, kurias skiria didelis atstumas;
• esant dideliam šachtos gyliui, kai neįmanoma atlikti darbų per vieną ciklą.

Kitais atvejais dvipakopio metodo taikymas yra netikslingas dėl proceso trukmės ir ekonominių rodiklių.

Dviejų pakopų cementavimas trunka ilgiau, nes antrasis etapas pradedamas po to, kai visiškai sukietėja pirmosios pakopos tamponažinis tirpalas.

Dviejų pakopų cementavimo principas pagrįstas tuo, kad cementas į tarpvamzdinę erdvę pumpuojamas dviem etapais.

Pirmoji tamponažinio tirpalo porcija pakraunama ir išstumiama. Nuleidžiamas apatinis kamštis, kuris, veikiant tirpalui, nusileidžia į dugną. Antroji tirpalo porcija pumpuojama po 12–36 valandų, kai pirmoji porcija galutinai sukietėja.

Giliųjų artezinių gręžinių gręžimo praktikoje, kai viršutinėje geologinės pjūvio dalyje yra sugeriančių sluoksnių, ir kitais atvejais taikomas dviejų pakopų cementavimas.

Manžetinio būdo taikymas

Šis cementavimo metodas naudojamas, jei reikia sustiprinti tik viršutinę gręžinio dalį. Tuomet pradinis uždavinys bus nustatyti lygį, iki kurio bus atliekamas cementavimas.

Lygis pažymimas ant apvalkalo vamzdžio sumontavus specialią manžetę. Tuomet apatinė gręžinio dalis yra patikimai apsaugota manžete nuo tamponuojančio tirpalo prasiskverbimo.

Tirpalas pumpuojamas lygiai taip pat, kaip ir vienos pakopos cementavimo metu. Manžetinis būdas taikomas tuo atveju, kai viršutinė gręžinio dalis yra smėliniuose gruntuose, o apatinė – molinguose. Tai pasitaiko gana retai, todėl šis būdas nebuvo plačiai pritaikytas.

Cemento akmens susidarymo procesas

Cementinio akmens susidarymo procesas prasideda iškart po tamponuojančio tirpalo pumpavimo ir trunka nuo 12 iki 36 valandų. Pagrindiniai veiksniai, įtakojantys tirpalo kietėjimo trukmę iki cementinio akmens būsenos:

• tirpalo sudėtinių komponentų savybės;
• gruntai, apvalkalo kolonų medžiaga;
• hidrogeologinės ir klimatinės sąlygos sklype;
• pumpavimo tankis, tamponavimo proceso teisingas atlikimas.

Kietėjimo laikotarpiu būtina palikti gręžinį ramybės būsenoje. Draudžiama naudoti trosus, laužtuvus, vielą cementavimo kokybei vertinti, nes tai gali pažeisti besiformuojančio cementinio akmens vientisumą.

Jei nežinote, kiek laiko reikia visiškam cementuojančio tirpalo sukietėjimui, palaukite tris paras ir pradėkite kontrolinius matavimus

Cementavimo kokybės vertinimas

Vertėtų pažymėti: nors vandeningų gręžinių cementavimo kokybės vertinimas yra labai svarbus etapas, jo savarankiškai atlikti neįmanoma.

Jam atlikti reikalinga speciali laboratorinė įranga, kuri labai retai pasitaiko net ir gręžimu užsiimančiose organizacijose.

Jeigu Jūs vis dėlto ketinate įvertinti atliktą tamponavimą, galite užsakyti kokybės kontrolės paslaugą vienu iš trijų būdų:

• akustinis, pagrįstas apsauginės kolonos sienelių barbenimu, vėliau apdorojant gautus duomenis kompiuterinėmis programomis;
• radiologinis, kai matavimas atliekamas radijo prietaisais;
• terminis, pagrįstas šilumos, išsiskiriančios cemento tirpalui stingstant, matavimo principu;

“Naminėmis” sąlygomis Jūs galite naudoti supaprastintą terminį metodą, išmatavę temperatūrą prie gręžinio sienelių. Kai ji susilygins su aplinkos oro temperatūra ir taps 0,5-1,5 laipsnio žemesnė, tada galima kalbėti apie visišką sukietėjimą. Tačiau net ir po to rekomenduojama palaukti 2-3 dienas ir tik tada pradėti eksploatuoti gręžinį.

Baigus patikrinimą, gręžinio žiotys išvalomos nuo cemento tirpalo likučių naudojant želionką. Tada atliekamas sandarumo patikrinimas, kuriam atlikti į gręžinio vamzdį 30 minučių pumpuojamas aukšto slėgio vanduo. Sandarumo kriterijus bus slėgio sumažėjimas maždaug 0,3-0,5 MPa. Dabar gręžinys yra visiškai paruoštas naudoti.

Tamponavimo sandarumas didina gręžinio debitą, ilgina apsauginių kolonų tarnavimo laiką, apsaugodamas jas nuo korozijos, taip pat ir paties vandens šaltinio.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Toliau pateiktuose vaizdo įrašuose kalbama apie naftos ir dujų pramonės gręžinius, tačiau technologijos atlikimo principas yra toks pat kaip ir vandeningųjų gręžinių.

Vienpakopio gręžinio cementavimo procedūra:

Rankogalinio cementavimo atlikimo specifika:

Dviejų pakopų cementavimo technologiniai ypatumai:

Cementavimas – sudėtingas procesas, reikalaujantis specializuotos technikos naudojimo. Tačiau tai nereiškia, kad jo neįmanoma atlikti savarankiškai. Pasirinkę ir tinkamai paruošę tamponavimo tirpalą, naudodami minimalų agregatų rinkinį, su darbu visiškai galima susitvarkyti savarankiškai.

Bet kokiu atveju gręžinio eksploatacija nesutvirtinus kamieno cementu nebus ilgalaikė, o išlaidos naujo vandens šaltinio gręžimui bus nė kiek ne mažesnės.

Jeigu, išstudijavę medžiagą, Jums liko klausimų, kaip tinkamai užcementuoti gręžinį po gręžimo, arba Jūs turite vertingų žinių šiuo klausimu, prašome palikti savo komentarus žemiau esančiame bloke.