У тих випадках, коли буріння свердловини проводилося в легких піщаних грунтах, потрібно додатковий захист обсадних труб від зсуву і корозії. Зміцнити шахту і продовжити термін служби джерела допоможе такий метод як цементація свердловини.
Як проводиться цементування
Суть процесу полягає в тому, щоб після установки і закріплення обсадних елементів заповнити затрубний простір цементним розчином. Якщо стовбур складається з внутрішньої і зовнішньої труби, розчином заповнюють міжтрубний простір. Після застигання розчин утворює міцний монолітний шар, який оберігає шахту від пошкодження і руйнування.
Подібна обробка стовбура після буріння називається тампонуванням. Для її проведення необхідні певні навички і знання, а також спеціалізоване обладнання для закачування розчину. При дотриманні технологічних вимог вдається не тільки зміцнити стовбур шахти, а й усунути всі порожнечі і пори, через які в обсадних труб проникають різні домішки і абразивні частки, що погіршують якість води і сприяють швидкому зношування насосного обладнання.
Свердловини також цементують в тих випадках, коли вони більше не придатні до експлуатації.
Послідовність проведення робіт
Цементація свердловин проводиться в кілька послідовних етапів. Спочатку розраховується кількість цементного розчину, необхідного для повного заповнення простору між грунтом і зовнішніми стінками обсадних труб. Оскільки тампонування має йти безперервно, дуже важливо точно підрахувати і підготувати достатні обсяги цементу.
Схема цементації свердловини
Далі готовий розчин подається до шахти і закачується між трубами і грунтом. Після застигання цементу проводиться перевірка якості виконаних робіт.
Які розчини використовують для тампонування
При тампонаж свердловин застосовуються цементні суміші, що відповідають цілому ряду вимог. Консистенція готового розчину повинна бути такою, щоб його можна було легко доставити до місця проведення роботи. Від пластичності і текучості суміші залежить, наскільки якісно будуть заповнені всі порожнини і порожнечі. Крім цього, приготований розчин повинен володіти:
- гарну адгезію до поверхні труб і грунту;
- підвищеними характеристиками міцності після закінчення процесу затвердіння;
- хімічною нейтральністю;
- стійкістю до дії грунтових вод;
- відсутністю усадки під час затвердіння.
При самостійному виконанні робіт приготування цементувальної суміші проводять на основі спеціального тампонажного портландцементу. Вартість його трохи вище, ніж у звичайного цементу, однак особливі силікатні добавки дозволяють значно підвищити стійкість застиглого розчину до різних зовнішніх впливів.
В якості додаткового компонента може використовуватися пісок, барит або азбест. Крім цього до складу повинні входити спеціальні добавки:
Речовини, що прискорюють застигання розчину або, навпаки, уповільнюють його схоплювання. Вибір речовин залежить від температури повітря в момент проведення заливки.
Пластифікатори, що забезпечують в'язкість і плинність готової суміші.
Добавки, які підвищують стійкість до низьких температур і перепадів температурного режиму.
Змішування можна проводити вручну, однак при великих обсягах розчину для ретельного перемішування всіх компонентів краще залучити спеціальну техніку.
Яке обладнання потрібно для проведення робіт
Якісне цементування шахти можливо при повному дотриманні всіх вимог технологічного процесу. Переривання заливки цементної суміші істотно знизить міцність захисного шару. Кращий варіант - взяти в оренду спецобладнання, яке виконує повний комплекс робіт від змішування розчину до подачі його в затрубний простір і повного заповнення всіх порожнин. У великих містах (таких, як Київ, обласні і регіональні центри) знайти таку техніку не складе труднощів.
Якщо ж орендувати такий агрегат немає можливості, необхідно знайти і підготувати наступне обладнання для цементування свердловин:
- міксер для перемішування компонентів розчину;
- насосне обладнання, здатне підкачувати готову суміш під високим тиском;
- спеціальну цементувальних голівці для подачі розчину в шахту;
- певну кількість заливальних пробок (залежить від методу виконання заливки);
- шланг для подачі суміші (краще всього виконувати роботи з використанням гнучкого пожежного шланга);
- мірна ємність.
Вибір методу заливки цементної суміші
Перед тим, як вибрати один з методів цементації свердловини, необхідно врахувати властивості грунту, глибину стовбура, відстань до водоносного шару і рівень сезонного підйому ґрунтових вод, тип матеріалу, з якого виготовлені обсадні труби.
Для самостійного виконання робіт підходять наступні способи цементування свердловин:
- одноступенчатое;
- манжетное;
- зворотне цементування.
Для глибинних свердловин використовується так звана сегментарная заливка. Це досить трудомісткий спосіб, який вимагає обов'язкового залучення фахівців.
Хмарно цементація
Одноступінчаста цементування свердловин - найбільш поширений спосіб для зміцнення стовбура неглибоких шахт. Перед подачею цементуючою суміші свердловину промивають і вводять нижню пробку. При подачі суміші пробка починає опускатися вниз під вагою стовпа. Після того, як весь підготовлений розчин виявиться в стовбурі, а нижня пробка опуститься до основи колони, встановлюється верхня пробка і починається продавлювання тампонажний суміші в простір між трубою і грунтом. У міру опускання верхньої пробки розчин продавлюється і піднімається від низу до верху.
У момент, коли обидві пробки виявляться на дні шахти, роботу можна вважати закінченою. Для повного затвердіння досить 1,5-2 доби.
манжетний спосіб
Манжетное цементування застосовується в тих випадках, коли слід створити монолітний шар тільки навколо верхньої ділянки обсадної труби. Зазвичай така заливка потрібно для свердловин, частина яких знаходиться в сипучих грунтах, а частина - в глинистих або суглинках.
Першим етапом є встановлення меж ділянки, на якому потрібно додаткове зміцнення. Далі в цьому місці на обсадних труб встановлюється спеціальна манжета. Заливка розчину проводиться так само, як і в попередньому випадку, тільки тампонажний розчин буде проникати в міжтрубний простір на певній ділянці.
Наявність різних за щільністю пластів при розробці свердловин зустрічається не дуже часто, тому даний метод цементування не отримав широкого розповсюдження.
Зворотній цементація
Цей метод також застосовується досить рідко в зв'язку з неможливістю контролю якості захисного шару в області підстави колони. Суть методу полягає в тому, що суміш подається відразу в просвіт між трубами або між трубою і грунтом. Під своєю вагою розчин стікає до самого заснування шахти, заповнюючи вільний простір.
Незважаючи на відносну простоту подачі розчину, даний спосіб не рекомендується до використання при заливці глибинних свердловин. Це пов'язано з тим, що на великій глибині дуже складно встановити щільність розчину, а також встановити момент, коли цементна суміш досягне підстави столу.
Тривалість затвердіння захисного шару і перевірка його якості
Освіта цементного каменю починається відразу після завершення заливання суміші. Процес повного затвердіння залежить від температури навколишнього середовища, складу і вологості грунту, матеріалу обсадних елементів, а також характеристик і переліку компонентів самого розчину. Якщо немає можливості визначити момент, коли захисний шар повністю сформувався, слід почекати як мінімум 48 годин до виконання будь-яких дій.
Після закінчення двох діб рекомендується провести перевірку отриманого захисного шару. Більш точні результати можна отримати тільки з використанням спеціального професійного обладнання. Існує три способи перевірки цілісності розчину:
- Акустичний. Методика заснована на простукуванні обсадних труб по всій довжині шахти і обробці отриманих результатів через комп'ютерну програму.
- Радіологічний. Вимірювання проводиться спеціальними радіоприладів.
- Термальний. Проводиться вимір температур в процесі застигання шару.
Якщо немає можливості запросити фахівців для оцінки виконаних робіт, перевірити готовність цементного шару можна за допомогою спрощеного термального методу. Для цього протягом періоду застигання суміші вимірюють температуру під стінами обсадних труб. Вона повинна спочатку зрівняються з температурою навколишнього повітря, а потім стати на 1-1,5 градуса нижче.
Завершальним етапом є очищення стовбура від залишків суміші. При виконанні робіт своїми руками очищення можна проводити желонкою. Перед введенням джерела в експлуатацію проводиться перевірка шахти на герметичність. Для цього протягом 20-30 хвилин в стовбур закачують воду під тиском. Якщо за цей час тиск води знизилося не більше, ніж на 0,5 МПа, роботи були виконані якісно.