Metoder och tekniker för cementering av brunnar: hur man förbereder och häller cementuppslamning

Efter att ha borrat en brunn i lösa sandjordar börjar ett steg som syftar till att förstärka höljesrören.Samtidigt bör stammen skyddas från skador, aggressiva effekter av grundvatten, korrosion och andra negativa fenomen. Vi talar om en process som att cementera brunnar.

Att utföra cementeringsarbeten på egen hand är ganska svårt, men det är möjligt om du har kunskap om teknikerna för att genomföra evenemanget. Vi kommer att berätta varför du behöver utföra cementering och vad du behöver vara uppmärksam på när du utför arbete. För tydlighetens skull innehåller materialet tematiska bilder och videor.

Varför cementera en brunn?

Brunnscementering är en process som följer omedelbart efter färdigställandet borrningsoperationer. Cementeringsproceduren består av att införa en cementlösning i ringen eller ringen (om höljesröret placeras i ett bredare polyetenrör), som härdar med tiden och bildar ett monolitiskt borrhål.

Cementbruket i det här fallet kallas "plugging", och själva processen kallas "plugging". En komplex ingenjörsprocess som kallas brunnscementeringsteknik kräver viss kunskap och speciell utrustning.

I de flesta fall kan vattenkällor pluggas med egna händer, vilket är mycket billigare än att anlita specialister.

Brunnscementering är en uppsättning åtgärder som syftar till att stärka ringen och höljet från destruktiva sidotryck från stenar och effekterna av grundvatten

Korrekt utförd igensättning av vattenbrunnar bidrar till:

• säkerställa styrkan hos brunnstrukturen;
• skydda brunnen från mark- och ytvatten;
• stärka höljesröret och skydda det från korrosion;
• öka livslängden för vattenkällan;
• eliminering av stora porer, hålrum, luckor genom vilka oönskade partiklar kan komma in i akvifären;
• förskjutning av borrslam med cement, om den förra användes under borrning.

Kvaliteten på det producerade vattnet och brunnens driftsegenskaper kommer att bero på hur väl cementeringen utförs. Cementering genomförs även för övergivna brunnar som inte längre kommer att vara i drift.

Stadier av cementering av en vattenkälla

Hela cementeringsprocessen består av flera steg, som var och en har sina egna nyanser:

1. Beredning av cementuppslamning för att fylla ringen.
2. Tillförsel av beredd cement till brunnen.
3. Injicera cementuppslamning i ringen.
4. Perioden för härdning av cementbruket.
5. Kontrollera kvaliteten på cementeringen.

Varje steg kräver användning av vissa verktyg och specialutrustning. Det är bättre att göra beräkningar av de nödvändiga materialen innan injekteringsarbetet påbörjas, eftersom Pluggningsprocessen måste pågå kontinuerligt och om man till exempel inte har tillräckligt med cementbruk kommer detta att påverka cementeringens kvalitet mest negativt. Låt oss titta på de viktigaste stegen mer i detalj.

I sällsynta fall kräver inte akviferbrunnar cementering, vi talar om brunnar vars hela djup går i tät lerjord

Steg nr 1 - förberedelse av utrustning

Allt arbete med cementering av akviferbrunnar måste utföras strikt i enlighet med tekniska krav, vars brott kommer att leda till cementering av dålig kvalitet.

När du börjar plugga en brunn bör du veta att detta är en oåterkallelig process; det är omöjligt att korrigera någonting efter att lösningen har börjat tillföras i brunnens ringform, därför förberedelserna, nämligen beredningen av en lösning för cementering och val av utrustning, måste hanteras så ansvarsfullt som möjligt!

Det enklaste och mest effektiva sättet är att hyra utrustning på en fordonsplattform. Ett sådant komplex kommer att kunna förbereda en cementlösning och pumpa in den i en brunn under tryck, medan energikällan för att driva utrustningen är en kraftfull bilmotor.

Om det inte är möjligt att använda enheter baserade på ett speciellt fordon, behöver du:

• blandare för beredning av cementbruk;
• en högtryckspump som pumpar lösningen till brunnen;
• cementeringshuvud för pumpning av lösning i brunnen;
• påfyllningspluggar (mängden beror på cementeringsmetoden);
• diverse mindre utrustning (slangar, mätbehållare).

Som slang rekommenderar många experter att använda en flexibel brandslang istället för traditionella HDPE-rör med en diameter på 32 cm. Den är platt och passar perfekt in i mellanrörsutrymmet, vilket säkerställer effektiv tillförsel av lösning.

Utrustning för cementering av brunnar är stor i storlek och kräver en kraftfull energikälla, såsom en kompressor, generator och oavbruten tillgång till elnätet.

Steg nr 2 - förbereda lösningen

Cementuppslamningen för cementering av en brunn måste uppfylla ett antal krav och ha:

• höga vidhäftningsegenskaper med ytor av vilken typ som helst;
• hög hållfasthet efter härdning, motstånd mot mekanisk påkänning;
• plasticitet och god flytbarhet för att fylla alla sprickor och tomrum;
• kemisk neutralitet i förhållande till tamponerade jordlager;
• motståndskraft mot erosion av grundvatten;
• ingen krympning under härdning.

Dessutom måste lösningen ha en sådan konsistens att den lätt kan levereras till brunnen och injiceras. Lösningen måste lätt tvättas bort från utrustningen, inte vara kemiskt aggressiv mot den och ha en minsta förlustkoefficient under transport till brunnen.

Injekteringslösningen som används måste ha en tillräckligt flytande struktur för pumpning med injektionsutrustning och samtidigt ha höga hållfasthetsegenskaper

Processen att förbereda cementmortel för tamponering består av att jämnt blanda komponenterna som ingår i dess sammansättning, följt av att hälla vatten i det med speciella tillsatser som tidigare lösts i det.

De enklaste lösningarna som du kan förbereda själv är:

1. Portlandcement + kvartssand (1:1) + speciella tillsatser och vatten tills önskad konsistens erhålls. Denna lösning har en låg densitet, och dess framställning är svår, eftersom sanden som ingår i kompositionen faller ofta ut och användningen av lösningen blir omöjlig.
2. Portlandcement + baryt (1,1:1) + speciella tillsatser och vatten. Nackdelen med denna lösning är dess låga styrka.
3. Portlandcement + fyllmedel. Asbest (på sandiga jordar) och fibermaterial används som fyllmedel.

För att förbereda den cementbaserade blandningen är det bäst att använda Portlandcementcement, som är en typ av silikatbaserad cement.

Sådan cement är naturligtvis dyrare än vanlig Portlandcement, men dess hållfasthetsegenskaper är mycket högre än vanlig cement. Baryt är ett tungt mineral som ökar lösningens densitet. Du kan köpa baryt i en järnaffär som säljer bulkbyggmaterial.

Med specialtillsatser som ingår i cementbaserade lösningar avses olika ämnen som ger lösningen speciella egenskaper.

Dessa inkluderar:

• ställa in acceleratorer cement (kalciumklorid, soda, kaliumklorid), används om cementering sker vid temperaturer under +5 grader;
• retarderare, används för att förhindra snabb härdning (dessa är kalcium- eller natriumklorider, natriumnitrit, etc.);
• mjukgörare för att erhålla optimal viskositet (polymermodifierare);
• frostbeständiga tillsatser (kiselorganiska föreningar i kombination med mjukgörare);
• torkmedelstillsatser (ämnen erhållna från föreningar som tillhör grupperna socker, citronsyra, vinsyra och tetraoxiadipinsyror), etc.

Speciella tillsatser blandas i vatten, som sedan används för att bereda cementuppslamning. Lösningen blandas med hjälp av speciella maskiner - blandare. Ibland är manuell knådning tillåten, men det kräver viss skicklighet och mycket arbete.

Cementstenen som bildas under härdningen av Portlandcement har höga hållfasthetsegenskaper och tål belastningar, mekaniska och fysiska påfrestningar.

Steg nr 3 - häll lösning i brunnen

De viktigaste metoderna för att cementera brunnar är:

• kontinuerlig eller enstegs;
• tvåstegs;
• manschett;
• motsatsen.

Alla metoder för cementering av vattenbrunnar är baserade på en princip - pumpning av cementuppslamning i ringen. Samtidigt beror valet av cementeringsteknik på specifika förhållanden: jordtyp, brunnsdjup, höljesrörmaterial, klimatiska och hydrogeologiska förhållanden i området.

Den valda tekniken för pluggning av vattenbrunnar bör säkerställa:

• fylla hela brunnsektionen med lösning till hela djupet;
• helt förskjuta spolvätskan (om någon);
• skapande av höghållfast cementsten, resistent mot fysiska, mekaniska och kemiska influenser;
• hög vidhäftningshastighet till jordväggarna i brunnen och höljesrören.

För djupa brunnar används segmentell cementering, d.v.s. Inte hela brunnsektionen cementeras på en gång, utan endast dess enskilda segment.

Denna process är mycket komplex och praktiken visar att det är nästan omöjligt att göra det själv. Därför kommer vi att titta närmare på tekniken för en- och tvåstegs- och hylscementering.

Enstegs eller kontinuerlig cementering

Denna metod används oftast för cementering av inhemska akviferbrunnar. Under dess genomförande pumpas cementeringslösningen in i ringen.

Lösningen pumpas under tryck med hjälp av utrustning som är installerad på plattformen av ett speciellt fordon eller permanent nära brunnen. Cementeringslösningen, under sin egen vikt, flyttas till "basen" av höljet och fyller alla ringformiga håligheter.

Enstegs cementeringsarbete utförs i en cykel utan avbrott, så det är nödvändigt att ta hand om en tillräcklig mängd cementuppslamning

Innan cementeringsarbetet påbörjas, utförs det välstädning, och sedan sätts en nedre plugg in, som kommer att fungera som en begränsare. Betongpumpen slås på och pumpningen av plugglösningen börjar, under påverkan av vilken pluggen sänks tills den når "skon" på höljet.

Efter pumpning av lösningen installeras den övre pluggen och komprimering av cementblandningen börjar tills den övre pluggen vilar mot den nedre. Detta kommer att innebära att lösningen har fyllt hela ringen. Packningen utförs med hjälp av en vibrerande press med en betongpump för att pumpa lösningen.

Den cementerade brunnen lämnas ensam i 36-48 timmar för att lösningen ska härda helt. Denna metod är endast lämplig för grunda, jämnt formade brunnar. Nackdelen med denna metod är oförmågan att spåra ögonblicket när cementuppslamningen nådde bottenpunkten för brunnens inriktning.

Tvåstegs fyllningssystem

Denna cementeringsmetod utvecklades för oljebrunnar. På grund av det faktum att det kräver användning av seriös industriell utrustning (en kraftfull betongpump), används den inte ofta i brunnskonstruktion. Tvåstegs cementering används i följande fall:

• cementbruket härdar så snabbt att cementeringen inte kan slutföras i en cykel;
• när det är nödvändigt att välja två sektioner i ringen som är åtskilda av ett betydande avstånd;
• på stort djup av brunnen, när det är omöjligt att utföra arbete i en cykel.

I andra fall är användningen av en tvåstegsmetod opraktisk på grund av processens varaktighet och ekonomiska indikatorer.

Tvåstegs cementering tar längre tid, eftersom det andra steget börjar efter att cementuppslamningen från det första steget har härdat helt

Principen för tvåstegs cementering bygger på att cement pumpas in i ringen i två steg.

Den första delen av cementuppslamningen laddas och pressas. Bottenpluggen sänks, som genom lösningens verkan sjunker till botten. Den andra delen av lösningen pumpas 12-36 timmar efter att den första delen har stelnat helt.

Vid utövandet av djupborrning av artesiska brunnar i närvaro av absorberande skikt i den övre delen av den geologiska sektionen och i andra fall används tvåstegs cementering

Applicering av manschettmetoden

Denna cementeringsmetod används om endast den övre delen av brunnen behöver förstärkas. I det här fallet kommer den initiala uppgiften att vara att bestämma nivån till vilken cementering kommer att utföras.

Nivån markeras längs höljet genom att installera en speciell krage. Den nedre delen av ventilen är tillförlitligt skyddad av en manschett från penetrering av plugglösningen.

Lösningen pumpas på exakt samma sätt som vid enstegs cementering. Manschettmetoden används om den övre delen av brunnen är belägen på sandiga jordar och den nedre delen är belägen på leriga jordar. Detta är ganska sällsynt, så denna metod används inte i stor utsträckning.

Processen för bildandet av cementsten

Processen med cementstensbildning börjar omedelbart efter pumpning av plugglösningen och varar från 12 till 36 timmar. De viktigaste faktorerna som påverkar varaktigheten av härdning av lösningen till tillståndet av cementsten:

• egenskaper hos komponenterna som ingår i lösningen;
• jordar, höljematerial;
• hydrogeologiska och klimatiska förhållanden på platsen;
• injektionstäthet, korrekt implementering av pluggningsprocessen.

Under härdningsperioden är det nödvändigt att lämna brunnen i vila. Det är förbjudet att använda kablar, kofot eller ledningar för att bedöma kvaliteten på cementering, eftersom detta kan äventyra integriteten hos den resulterande cementstenen.

Om du inte vet hur lång tid det tar för cementbruket att stelna helt, vänta tre dagar och börja ta kontrollmätningar

Cementeringskvalitetsbedömning

Det är värt att notera: trots att bedömning av kvaliteten på cementering av akviferbrunnar är ett mycket viktigt steg, är det omöjligt att utföra det självständigt.

För att utföra det krävs speciell laboratorieutrustning, vilket är mycket sällsynt även bland organisationer som är involverade i borrning.

Om du fortfarande har för avsikt att utvärdera den utförda tamponeringen kan du beställa en kvalitetskontrolltjänst på ett av tre sätt:

• akustisk, baserat på att knacka på höljets väggar, med efterföljande bearbetning av de erhållna data med datorprogram;
• radiologisk, vid mätning med radioapparater;
• termisk, baserad på principen att mäta värmen som genereras när cementbruket härdar.

Hemma kan du använda en förenklad termisk metod genom att mäta temperaturen vid brunnens väggar. När den blir lika med omgivande lufttemperatur och blir 0,5-1,5 grader lägre, då kan vi prata om fullständig härdning. Men även efter detta rekommenderas det att vänta 2-3 dagar och först därefter sätta brunnen i drift.

Efter avslutad inspektion rensas brunnshuvudet från cementuppslamningsrester med hjälp av bailers. Därefter görs ett läckagetest genom att vatten under högt tryck pumpas in i brunnsröret under 30 minuter. Kriteriet för täthet kommer att vara en tryckminskning med cirka 0,3-0,5 MPa. Brunnen är nu helt klar för användning.

Tätheten av pluggning ökar brunnens flödeshastighet, ökar livslängden på höljeskolonner, skyddar dem från korrosion, såväl som själva vattenkällan

Slutsatser och användbar video om ämnet

Filmerna nedan handlar om brunnar inom olje- och gasindustrin, men principen för arbetstekniken är densamma som för vattenförande brunnar.

Procedur för enstegs cementering av brunn:

Specifikt för tillverkning av läppcementering:

Tekniska egenskaper hos tvåstegs cementering:

Cementering är en komplex process som kräver användning av specialutrustning. Det betyder dock inte att det är omöjligt att göra det själv. Genom att välja och korrekt förbereda injekteringslösningen, med ett minimum av enheter, kan du enkelt hantera jobbet själv.

I vilket fall som helst kommer driften av en brunn utan att stärka fatet med cement inte vara länge, och kostnaderna borra en ny vattenkälla kommer inte att bli mindre.

Om du efter att ha studerat materialet fortfarande har frågor om hur man korrekt cementerar en brunn efter borrning, eller om du har värdefull kunskap om denna fråga, vänligen lämna dina kommentarer i blocket nedan.