Metode și tehnologii de cimentare a puțurilor: cum să preparați și să turnați soluția de tamponare

După forarea puțului în soluri nisipoase afânate, urmează etapa de consolidare a țevilor coloanei de tubaj. Totodată, trebuie protejată coloana de deteriorare, acțiunea agresivă a apelor subterane, coroziune și alte fenomene negative. Este vorba despre procesul de cimentare a puțurilor.

Realizarea lucrării de cimentare pe cont propriu este destul de dificilă, dar posibilă, dacă dețineți cunoștințe despre tehnologiile de desfășurare a operațiunii. Vă vom spune de ce este necesară cimentarea și la ce trebuie să acordați atenție la executarea lucrărilor. Pentru claritate, materialul conține fotografii și videoclipuri tematice.

De ce să cimentați puțul?

Cimentarea puțului – procesul care urmează imediat după încheierea lucrărilor de foraj. Procedura de cimentare constă în introducerea soluției de ciment în spațiul inelar sau dintre țevi (în cazul în care țeava de tubaj este plasată la rândul său într-o țeavă mai largă din polietilenă), care în timp se întărește, formând o coloană monolitică a puțului.

Soluția de ciment se numește în acest caz “soluție de tamponare”, iar procesul în sine “tamponare”. Procesul ingineresc complex, denumit tehnologia cimentării puțurilor, necesită anumite cunoștințe și echipamente speciale.

În majoritatea cazurilor, sursele de apă pot fi tamponate cu propriile mâini, ceea ce este mult mai ieftin decât angajarea specialiștilor.

Cimentarea puțurilor – un complex de măsuri menite să consolideze spațiul inelar și coloana de tubaj împotriva presiunii laterale distructive a rocilor și a acțiunii apelor subterane

Tamponarea corect efectuată a puțurilor de apă contribuie la:

• asigurarea rezistenței construcției puțului;
• protejarea puțului împotriva apelor subterane și de suprafață;
• consolidarea țevii de tubaj și protejarea acesteia împotriva coroziunii;
• creșterea duratei de exploatare a sursei de apă;
• eliminarea porilor mari, golurilor, interstițiilor prin care particule nedorite pot pătrunde în stratul acvifer;
• înlocuirea soluției de foraj cu cea de ciment, dacă prima a fost utilizată în timpul forării.

De cât de competent este realizată cimentarea va depinde calitatea apei extrase și caracteristicile de exploatare ale sondei. De asemenea, cimentarea se efectuează pentru sondele lichidate care nu vor mai fi exploatate.

Etapele cimentării sursei de apă

Întregul proces de cimentare este alcătuit din mai multe etape, fiecare având nuanțele sale:

1. Prepararea soluției de tamponare pentru umplerea spațiului inelar.
2. Alimentarea cu ciment preparat la sondă.
3. Injectarea soluției de tamponare în spațiul inelar.
4. Perioada de întărire a soluției de ciment.
5. Verificarea calității cimentării.

Fiecare etapă necesită utilizarea unor instrumente și echipamente speciale. Calculele materialelor necesare este mai bine să fie efectuate înainte de începerea lucrărilor de tamponare, deoarece procesul de tamponare trebuie să se desfășoare continuu și, dacă, de exemplu, nu aveți suficientă soluție de ciment, acest lucru va afecta în mod negativ calitatea cimentării. Vom examina etapele cele mai importante mai detaliat.

În cazuri rare, sondele acvifere nu au nevoie de cimentare, este vorba despre sondele a căror adâncime totală străbate terenuri argiloase dense.

Etapa nr. 1 – pregătirea echipamentului

Toate lucrările de cimentare a sondelor acvifere trebuie executate strict în conformitate cu cerințele tehnice, a căror încălcare va duce la o cimentare de calitate slabă.

Atunci când începeți tamponarea sondei, trebuie să știți că acesta este un proces ireversibil, nu se poate corecta nimic după începerea alimentării cu soluție în spațiul inelar al sondei, prin urmare, lucrărilor pregătitoare, și anume prepararea soluției de cimentare și alegerea echipamentului, trebuie să li se acorde o atenție maximă responsabilă!

Cel mai simplu și eficient mod – închirierea de echipamente pe platforma de autovehicule. Un astfel de complex poate prepara soluția de ciment și o poate pompa sub presiune în sondă, iar sursa de energie pentru funcționarea echipamentului este un motor auto puternic.

Dacă utilizarea agregatelor pe bază de autovehicule speciale este imposibilă, atunci veți avea nevoie de:

• un malaxor pentru prepararea soluției de ciment;
• o pompă de înaltă presiune care pompează soluția spre sondă;
• un cap de cimentare pentru injectarea soluției în interiorul sondei;
• dopuri de umplere (cantitatea depinde de metoda de cimentare);
• diverse unelte mici (furtunuri, recipiente de măsurare).

Ca furtun, mulți specialiști recomandă în locul țevilor tradiționale din PEHD cu diametrul de 32 cm, utilizarea unui furtun flexibil de incendiu. Acesta este plat și trece excelent în spațiul inelar, asigurând o alimentare eficientă a soluției.

Echipamentul pentru cimentarea sondelor are dimensiuni mari și necesită o sursă puternică de energie, de exemplu un compresor, un generator, acces neîntrerupt la rețeaua electrică.

Etapa nr. 2 – prepararea soluției

Soluția de cimentare pentru cimentarea sondei trebuie să îndeplinească o serie de cerințe și să aibă:

• proprietăți adezive ridicate cu suprafețe de orice tip;
• rezistență ridicată după întărire, durabilitate la acțiuni mecanice;
• plasticitate și fluiditate bună pentru a umple toate fisurile și golurile;
• neutralitate chimică față de straturile de sol cimentate;
• rezistență la eroziunea apelor subterane;
• absența contracției la întărire.

De asemenea, soluția trebuie să aibă o consistență care să permită transportul fără probleme la sondă și injectarea. Soluția trebuie să se clătească bine de pe echipament, să nu fie agresivă chimic față de acesta și să aibă un coeficient minim de pierdere la transportul către sondă.

Soluția de cimentare utilizată trebuie să aibă o structură suficient de fluidă pentru a fi pompată cu echipamentul de injecție și, în același timp, să aibă caracteristici de rezistență ridicate.

Procesul de preparare a soluției de ciment pentru cimentare constă în amestecarea uniformă a componentelor care intră în compoziția sa, urmată de turnarea apei în care au fost dizolvați în prealabil aditivii speciali.

Cele mai simple soluții care pot fi preparate singur sunt:

1. Ciment Portland + nisip cuarțos (1:1) + aditivi speciali și apă până la obținerea consistenței cerute. O astfel de soluție are o densitate scăzută, iar prepararea sa este dificilă, deoarece nisipul din compoziție se depune adesea și utilizarea soluției devine imposibilă.
2. Ciment Portland + barită (1,1:1) + aditivi speciali și apă. Dezavantajul acestei soluții – rezistența scăzută.
3. Ciment Portland + material de umplutură. Ca material de umplutură se utilizează azbest (pe soluri nisipoase), materiale fibroase.

Pentru prepararea amestecului de cimentare, cel mai bine este să se utilizeze ciment Portland de foraj, care este un tip de ciment pe bază de silicați.

Un astfel de ciment este, desigur, mai scump decât cimentul Portland obișnuit, însă caracteristicile sale de rezistență sunt mult superioare celor ale cimentului obișnuit. Baritul – un mineral greu, care sporește densitatea soluției. Puteți achiziționa barit de la un magazin de materiale de construcții care comercializează materiale granulare.

Prin aditivi speciali care intră în compoziția soluțiilor de cimentare se înțeleg diverse substanțe care conferă soluției proprietăți speciale.

Printre acestea se numără:

• acceleratori de priză ai cimentului (clorură de calciu, sodă calcinată, potasă), utilizați atunci când cimentarea are loc la temperaturi sub +5 grade;
• retardatori de priză, utilizați pentru a preveni întărirea rapidă (cloruri de calciu sau de sodiu, nitrit de sodiu etc.);
• plastifianți pentru obținerea unei vâscozități optime (modificatori polimerici);
• aditivi antigel (compuși organosiliciçi împreună cu plastifianți);
• aditivi absorbanți de umiditate (substanțe obținute din compușii acizilor zahăr, citric, tartric și tetraoxiadipinic) etc.

Aditivii speciali se amestecă în apă, care ulterior este utilizată pentru prepararea soluției de cimentare. Soluția se amestecă cu ajutorul unor mașini speciale – malaxoare. Uneori se permite amestecarea manuală, dar aceasta necesită o anumită îndemânare și timp de lucru mare.

Piatra de ciment care se formează la întărirea cimentului Portland posedă proprietăți de rezistență ridicate, suportă sarcini, acțiuni mecanice și fizice.

Etapa nr. 3 – turnarea soluției în puț

Principalele metode de cimentare a puțurilor sunt:

• continuă sau într-o singură etapă;
• în două etape;
• cu manșetă;
• inversă;

Toate metodele de cimentare a puțurilor de captare a apei se bazează pe același principiu – injectarea soluției de cimentare în spațiul inelar. Alegerea tehnologiei de cimentare depinde de condițiile specifice: tipul de sol, adâncimea puțului, materialul țevilor de tubaj, condițiile climatice și hidrogeologice ale zonei.

Tehnologia aleasă de cimentare a puțului de apă trebuie să asigure:

• umplerea cu soluție a întregului tronson al puțului pe toată adâncimea;
• deplasarea completă a fluidului de spălare (dacă există);
• crearea unei pietre de ciment de înaltă rezistență, rezistentă la acțiuni fizice, mecanice și chimice;
• un nivel ridicat de aderență cu pereții de sol ai puțului și cu țevile de tubaj.

Pentru puțurile adânci se aplică cimentarea segmentară, adică nu se cimentează întregul tronson al puțului dintr-o dată, ci doar segmentele sale individuale.

Acest proces este foarte complex și practica arată că este practic imposibil de realizat singur. De aceea, vom analiza mai detaliat tehnologia cimentării într-o singură etapă, în două etape și cu manșetă.

Cimentarea într-o singură etapă sau continuă

Această metodă este cea mai frecvent utilizată pentru cimentarea puțurilor de apă menajere. La implementarea sa, soluția de ciment este pompată în spațiul inelar.

Soluția este pompată sub presiune cu ajutorul echipamentului montat pe platforma unui vehicul special sau staționar lângă puț. Soluția de ciment se deplasează sub propria greutate către baza – „pantoful” coloanei de tubaj, umplând toate cavitățile inelare.

Lucrările de cimentare într-o singură etapă se efectuează într-un singur ciclu fără întreruperi, de aceea este necesar să vă asigurați de o cantitate suficientă de soluție de etanșare.

Înainte de începerea lucrărilor de cimentare se efectuează spălarea puțului, apoi se introduce dopul inferior, care va acționa ca limitator. Se pornește pompa de beton și începe pomparea soluției de etanșare, sub acțiunea căreia dopul coboară până când ajunge la „pantoful” coloanei de tubaj.

După pomparea soluției se instalează dopul superior și începe compactarea amestecului de ciment, până când dopul superior se sprijină pe cel inferior. Aceasta va însemna că soluția a umplut întregul spațiu inelar. Compactarea se realizează cu o presă vibratoare, prin pomparea suplimentară a soluției cu pompa de beton.

Puțul cimentat se lasă în repaus timp de 36-48 de ore pentru întărirea completă a soluției. Această metodă este potrivită doar pentru puțuri puțin adânci, cu configurație uniformă. Dezavantajul acestei metode este imposibilitatea de a urmări momentul în care soluția de ciment a atins punctul inferior al traseului puțului.

Sistemul de turnare în două etape

Această metodă de cimentare a fost dezvoltată pentru puțurile din industria petrolieră. Datorită faptului că necesită utilizarea unui echipament industrial serios (o pompă de beton puternică), este utilizată rar în amenajarea puțurilor. Cimentarea în două etape se folosește în următoarele cazuri:

• soluția de ciment se întărește atât de repede încât nu se poate termina cimentarea într-un singur ciclu;
• când este necesară delimitarea a două zone în spațiul inelar, separate de o distanță semnificativă;
• la o adâncime mare a puțului, când nu se pot efectua lucrările într-un singur ciclu.

În celelalte cazuri, utilizarea metodei în două etape este inoportună din cauza duratei procesului și a indicatorilor economici.

Cimentarea în două etape este mai lungă în timp, deoarece a doua etapă începe după întărirea completă a mortarului de ciment al primei etape.

Principiul cimentării în două etape se bazează pe faptul că injectarea cimentului în spațiul inelar se realizează în două etape.

Prima porție de mortar de ciment este încărcată și forțată să coboare. Se coboară dopul inferior, care, sub acțiunea mortarului, coboară pe fund. A doua porție de mortar este injectată după 12-36 de ore, după întărirea definitivă a primei porții.

În practica forajului adânc al sondelor arteziene, în prezența straturilor absorbante în partea superioară a secțiunii geologice și în alte cazuri, se aplică cimentarea în două etape.

Aplicarea metodei cu manșetă.

Această metodă de cimentare este utilizată dacă este necesar să se consolideze doar partea superioară a sondei. În acest caz, sarcina inițială va fi determinarea nivelului până la care se va efectua cimentarea.

Nivelul este marcat pe țeava de tubaj prin instalarea unei manșete speciale. Partea inferioară a tronsonului este astfel protejată în mod sigur de manșetă împotriva pătrunderii mortarului de ciment.

Mortarul este injectat exact ca la cimentarea într-o singură etapă. Metoda cu manșetă se aplică în cazul în care partea superioară a sondei este situată pe soluri nisipoase, iar partea inferioară – pe soluri argiloase. Acest lucru apare destul de rar, de aceea această metodă nu a găsit o aplicare largă.

Procesul de formare a pietrei de ciment

Procesul de formare a pietrei de ciment începe imediat după injectarea mortarului de ciment și durează între 12 și 36 de ore. Principalii factori care influențează durata întăririi mortarului până la starea de piatră de ciment:

• proprietățile componentelor care intră în compoziția mortarului;
• solurile, materialul coloanelor de tubaj;
• condițiile hidrogeologice și climatice de pe amplasament;
• densitatea injectării, corectitudinea realizării procesului de cimentare.

În perioada de întărire, sonda trebuie lăsată în repaus. Este interzisă utilizarea cablurilor, rangilor, sârmei pentru a evalua calitatea cimentării, deoarece acest lucru poate afecta integritatea pietrei de ciment în formare.

Dacă nu știți cât timp este necesar pentru întărirea completă a mortarului de ciment, așteptați trei zile și începeți măsurătorile de control.

Evaluarea calității cimentării

Merită de menționat: deși evaluarea calității cimentării sondelor de apă este o etapă foarte importantă, este imposibil de efectuat singur.

Pentru realizarea sa este necesar un echipament special de laborator, care se întâlnește foarte rar chiar și la organizațiile care se ocupă de foraj.

Dacă totuși intenționați să efectuați o evaluare a tamponării efectuate, puteți comanda serviciul de control al calității prin una dintre cele trei metode:

• acustică, bazată pe percutarea pereților coloanei de tubaj, cu prelucrarea ulterioară a datelor obținute prin programe informatice;
• radiologică, când măsurarea se face cu ajutorul aparatelor radio;
• termală, bazată pe principiul măsurării căldurii degajate la întărirea soluției de ciment.

În condiții “casnice” puteți utiliza metoda termală simplificată, măsurând temperatura la pereții sondei. Atunci când aceasta se va egaliza cu temperatura aerului ambiental și va deveni mai mică cu 0,5-1,5 grade, se poate vorbi despre întărirea completă. Cu toate acestea, chiar și după aceasta, se recomandă să așteptați 2-3 zile și abia apoi să puneți sonda în funcțiune.

După finalizarea verificării, gura sondei se curăță de resturile de soluție de ciment cu ajutorul vălului. Apoi se efectuează verificarea etanșeității, pentru care în conducta sondei se pompează apă sub presiune înaltă timp de 30 de minute. Criteriul de etanșeitate va fi scăderea presiunii cu aproximativ 0,3-0,5 MPa. Acum sonda este complet gata de utilizare.

Etanșeitatea tamponării crește debitul sondei, mărește durata de viață a coloanelor de tubaj, protejându-le de coroziune, precum și sursa de apă însăși.

Concluzii și material video util pe această temă

În videoclipurile prezentate mai jos se vorbește despre sonde din industria petrolieră și gazieră, dar principiul tehnologiei de execuție a lucrărilor este același ca pentru sondele de apă.

Procedura de cimentare într-o singură etapă a sondei:

Specificul execuției cimentării cu manson:

Particularitățile tehnologice ale cimentării în două etape:

Cimentarea – este un proces complex, care necesită utilizarea de utilaje specializate. Cu toate acestea, aceasta nu înseamnă că nu este posibil să o efectuați singur. Alegând și preparând corect soluția de tamponare, folosind un set minim de agregate, vă puteți descurca singur cu lucrarea.

În orice caz, exploatarea sondei fără consolidarea coloanei cu ciment nu va fi de lungă durată, iar costurile pentru forarea unei noi surse de apă nu vor fi cu nimic mai mici.

Dacă după studierea materialului v-au rămas întrebări despre cum să cimentați corect sonda după forare, sau dețineți cunoștințe valoroase pe această temă, vă rugăm să lăsați comentarii în blocul de mai jos.