Methoden und Technologien zum Zementieren von Bohrlöchern: Vorbereitung und Gießen von Vergussmörtel

Nach dem Bohren eines Brunnens in lockeren Sandböden beginnt eine Phase zur Verstärkung der Mantelrohre. Gleichzeitig sollte der Kofferraum vor Beschädigungen, aggressivem Grundwasser, Korrosion und anderen negativen Phänomenen geschützt werden. Dies ist ein Prozess wie das Zementieren von Brunnen.

Das Zementieren selbst durchzuführen ist ziemlich schwierig, aber möglich, wenn Sie Kenntnisse über die Technologie der Veranstaltung haben. Wir erklären Ihnen, warum Zementieren erforderlich ist und worauf Sie bei der Ausführung von Arbeiten achten müssen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit enthält das Material thematische Fotos und Videos.

Warum einen Brunnen zementieren?

Das Zementieren von Bohrlöchern erfolgt unmittelbar nach Abschluss. Bohrarbeiten. Das Zementierungsverfahren besteht in der Tatsache, dass Zementaufschlämmung in den Ring oder Ring (wenn das Gehäuse wiederum in ein breiteres Polyethylenrohr eingebracht wird) eingeführt wird, die im Laufe der Zeit aushärtet und ein monolithisches Bohrloch bildet.

Zementmörtel wird in diesem Fall als "Verfugen" bezeichnet, und der Prozess selbst ist "Verstopfen". Ein komplexer Konstruktionsprozess, der als Brunnenzementtechnologie bezeichnet wird, erfordert bestimmte Kenntnisse und spezielle Geräte.

In den meisten Fällen können Wasserquellen mit Ihren eigenen Händen gestopft werden, was viel billiger ist, als Spezialisten anzuziehen.

Das Zementieren von Bohrlöchern ist eine Reihe von Maßnahmen zur Stärkung des Rings und der Hülle vor dem zerstörerischen seitlichen Druck von Gesteinen und den Auswirkungen von Grundwasser

Das ordnungsgemäße Verstopfen von Brunnen in Wasser trägt dazu bei:

• Sicherstellung der Festigkeit der Bohrlochstruktur;
• Brunnenschutz vor Grundwasser und Hochwasser;
• Verstärkung des Gehäuses und Schutz vor Korrosion;
• die Lebensdauer der Wasserquelle erhöhen;
• Beseitigung großer Poren, Hohlräume und Lücken, durch die unerwünschte Partikel in den Grundwasserleiter gelangen können;
• Verdrängung der Bohrflüssigkeit mit Zement, wenn die erste beim Bohren verwendet wurde.

Die Qualität des produzierten Wassers und die Betriebseigenschaften des Brunnens hängen davon ab, wie gut das Zementieren durchgeführt wird. Das Zementieren erfolgt auch für verlassene Brunnen, die nicht mehr genutzt werden.

Zementierungsschritte für Wasserquellen

Der gesamte Zementierungsprozess besteht aus mehreren Stufen, von denen jede ihre eigenen Nuancen hat:

1. Vorbereitung der Zementaufschlämmung zum Füllen des Rings.
2. Lieferung von vorbereitetem Zement an den Brunnen.
3. Einspritzen von Vergussmörtel in den Ringraum.
4. Aushärtezeit des Zementmörtels.
5. Qualitätskontrolle des Zementierens.

Für jede Stufe müssen bestimmte Werkzeuge und spezielle Geräte verwendet werden. Die Berechnung der notwendigen Materialien erfolgt am besten vor Beginn des Vergießens, weil Der Verstopfungsprozess sollte kontinuierlich dauern. Wenn Sie beispielsweise nicht über genügend Zementmörtel verfügen, wirkt sich dies negativ auf die Qualität des Zementierens aus. Wir werden die wichtigsten Phasen genauer betrachten.

In seltenen Fällen müssen Grundwasserleiter nicht zementiert werden. Es handelt sich um Brunnen, deren gesamte Tiefe in dichten Tonböden verläuft

Stufe 1 - Vorbereitung der Ausrüstung

Alle Arbeiten an Zementgrundwasserleitern müssen streng nach den technischen Anforderungen durchgeführt werden, deren Verletzung zu einer Zementierung von schlechter Qualität führt.

Wenn Sie mit dem Verstopfen von Bohrlöchern beginnen, sollten Sie wissen, dass dies ein irreversibler Prozess ist. Es ist unmöglich, nach dem Einfüllen der Lösung in den Ringraum des Bohrlochs etwas zu reparieren. Daher müssen die Vorbereitungsarbeiten, nämlich die Vorbereitung des Mörtels für das Zementieren und die Auswahl der Ausrüstung, so verantwortungsbewusst wie möglich angegangen werden!

Am einfachsten und effektivsten ist es, Geräte auf einer Fahrzeugplattform zu mieten. Ein solcher Komplex wird in der Lage sein, einen Zementmörtel herzustellen und in einen unter Druck stehenden Brunnen zu pumpen, während ein leistungsstarker Automotor als Energiequelle für die Ausrüstung dient.

Wenn es nicht möglich ist, Einheiten zu verwenden, die auf einem speziellen Fahrzeug basieren, benötigen Sie:

• Mischer zur Herstellung von Zementmörtel;
• Hochdruckpumpe, die die Lösung in den Brunnen pumpt;
• Zementierkopf zum Injizieren der Lösung in das Bohrloch;
• Füllstopfen (die Menge hängt von der Zementierungsmethode ab);
• verschiedene kleine Geräte (Schläuche, Messbehälter).

Als Schlauch empfehlen viele Experten die Verwendung eines flexiblen Feuerwehrschlauchs anstelle herkömmlicher HDPE-Rohre mit einem Durchmesser von 32 cm. Es ist flach und geht perfekt in den Ringraum über, wodurch ein effizienter Lösungsfluss gewährleistet wird.

Die Ausrüstung zum Zementieren von Brunnen ist groß und erfordert eine leistungsstarke Energiequelle wie einen Kompressor, einen Generator und einen unterbrechungsfreien Zugang zum Stromnetz

Stufe 2 - Herstellung der Lösung

Die Zementaufschlämmung zum Zementieren des Bohrlochs muss eine Reihe von Anforderungen erfüllen und Folgendes aufweisen:

• hohe Hafteigenschaften bei Oberflächen jeglicher Art;
• hohe Festigkeit nach dem Erstarren, Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchung;
• Duktilität und gute Fließfähigkeit, um alle Risse und Hohlräume zu füllen;
• chemische Neutralität in Bezug auf verstopfte Bodenschichten;
• Beständigkeit gegen Erosion durch Grundwasser;
• Mangel an Schrumpfung während des Aushärtens.

Außerdem muss die Lösung eine solche Konsistenz aufweisen, dass sie problemlos in die Vertiefung abgegeben und injiziert werden kann. Die Lösung muss gut vom Gerät abgewaschen sein, darf nicht chemisch aggressiv sein und während des Transports zum Bohrloch einen minimalen Verlustkoeffizienten aufweisen.

Die verwendete Zementaufschlämmung muss eine ausreichend flüssige Struktur zum Pumpen durch Injektionsgeräte aufweisen und gleichzeitig hohe Festigkeitseigenschaften aufweisen

Das Verfahren zur Herstellung eines Zementmörtels zum Verstopfen besteht darin, die Bestandteile, aus denen er besteht, gleichmäßig zu mischen, gefolgt von Gießen von Wasser mit speziellen Additiven, die zuvor darin gelöst wurden.

Die einfachsten Lösungen, die Sie selbst vorbereiten können, sind:

1. Portlandzement + Quarzsand (1: 1) + spezielle Zusätze und Wasser, bis die gewünschte Konsistenz erreicht ist. Eine solche Lösung hat eine geringe Dichte und ihre Herstellung ist schwierig, weil In der Zusammensetzung enthaltener Sand fällt häufig aus und die Verwendung einer Lösung wird unmöglich.
2. Portlandzement + Baryt (1,1: 1) + spezielle Zusätze und Wasser. Der Nachteil dieser Lösung ist ihre geringe Festigkeit.
3. Portlandzement + Füllstoff. Asbest (auf sandigen Böden), Fasermaterialien werden als Füllstoff verwendet.

Für die Herstellung einer zementhaltigen Mischung wird am besten verfugter Portlandzement verwendet, eine Art Zement auf Silikatbasis.

Ein solcher Zement ist natürlich teurer als normaler Portlandzement, aber seine Festigkeitseigenschaften sind viel höher als die von gewöhnlichem. Baryt ist ein schweres Mineral, das die Dichte der Lösung erhöht. Baryt kann in einem Baumarkt gekauft werden, in dem Schüttgüter verkauft werden.

Unter speziellen Additiven, die Bestandteil von Zementmörteln sind, verstehen wir verschiedene Substanzen, die der Lösung besondere Eigenschaften verleihen.

Dazu gehören:

• Beschleuniger einstellen Zement (Calciumchlorid, Soda, Kali), der verwendet wird, wenn das Zementieren bei einer Temperatur unter +5 Grad erfolgt;
• Retarder einstellenverwendet, um ein schnelles Aushärten zu verhindern (dies sind Calcium- oder Natriumchloride, Natriumnitrit usw.);
• Weichmacher für optimale Viskosität (Polymermodifikatoren);
• frostbeständige Additive (Organosiliciumverbindungen, gekoppelt mit Weichmachern);
• feuchtigkeitsabsorbierende Zusätze (Substanzen, die aus Verbindungen der Gruppen Zucker, Zitronensäure, Weinsäure und Tetraoxyadipinsäure gewonnen werden) usw.

Spezielle Zusatzstoffe werden in Wasser eingemischt, das anschließend zur Herstellung von Vergussmörtel verwendet wird. Mischen Sie die Lösung mit speziellen Maschinen - Mischern. Manchmal ist manuelles Kneten erlaubt, aber es erfordert etwas Geschick und viel Arbeit.

Zementstein, der beim Aushärten von Portlandzement gebildet wird, hat hohe Festigkeitseigenschaften, hält Belastungen sowie mechanischen und physikalischen Einflüssen stand.

Stufe 3 - Gießen der Lösung in den Brunnen

Die Hauptmethoden zum Zementieren von Brunnen sind:

• kontinuierlich oder einstufig;
• zweistufig;
• Manschette;
• das Gegenteil.

Alle Methoden zum Zementieren von Wasserbrunnen basieren auf einem Prinzip - dem Einpumpen von Mörtel in den Ringraum. Gleichzeitig hängt die Wahl der Zementtechnologie von bestimmten Bedingungen ab: Bodentyp, Bohrlochtiefe, Gehäusematerial, klimatischen und hydrogeologischen Bedingungen des Gebiets.

Die ausgewählte Technologie zum Anschließen von Brunnen an Wasser sollte Folgendes bieten:

• Füllen der Lösung mit der gesamten Bohrlochausrichtung auf die gesamte Tiefe;
• Spülflüssigkeit (falls vorhanden) vollständig verdrängen;
• Herstellung von hochfestem Zementstein, der gegen physikalische, mechanische und chemische Einflüsse beständig ist;
• hohe Adhäsionsrate an Bodenwänden des Bohrlochs, Mantelrohre.

Für tiefe Bohrlöcher wird segmentales Zementieren verwendet, d.h. Nicht der gesamte Brunnenstamm wird auf einmal zementiert, sondern nur die einzelnen Segmente.

Dieser Prozess ist sehr komplex und die Praxis zeigt, dass es fast unmöglich ist, ihn selbst durchzuführen. Daher betrachten wir die Technologie des ein- und zweistufigen Zementierens und des Manschettenzementierens genauer.

Einstufiges oder kontinuierliches Zementieren

Diese Methode wird am häufigsten zum Zementieren von Grundwasserleitern verwendet. Während der Implementierung wird die zementhaltige Lösung in den Ringraum gepumpt.

Die Lösung wird unter Druck mit Geräten gepumpt, die auf der Plattform eines speziellen Fahrzeugs installiert sind oder in der Nähe des Bohrlochs stehen. Der zementhaltige Mörtel bewegt sich unter seinem eigenen Gewicht zum Gehäuseboden des Schuhs und füllt alle ringförmigen Hohlräume.

Die Arbeiten zum einstufigen Zementieren werden in einem Zyklus ohne Unterbrechungen durchgeführt, daher ist auf eine ausreichende Menge an Vergussmörtel zu achten

Vor dem Zementieren gut spülenund dann wird der untere Stecker eingeführt, der als Begrenzer wirkt. Die Betonpumpe wird eingeschaltet und die Stopfenlösung beginnt zu pumpen, unter deren Einfluss der Korken abgesenkt wird, bis er den „Schuh“ des Gehäuses erreicht.

Nach dem Einspritzen des Mörtels wird der obere Stopfen installiert und die Zementmischung beginnt sich zu verdichten, bis der obere Stopfen an dem unteren anliegt. Dies bedeutet, dass die Lösung den gesamten Ringraum füllte. Die Verdichtung erfolgt mittels einer Vibropresse durch Pumpen des Mörtels mit einer Betonpumpe.

Die zementierte Vertiefung wird 36 bis 48 Stunden ruhen gelassen, um die Lösung vollständig zu verfestigen. Diese Methode eignet sich nur für flache, gut geformte Brunnen. Der Nachteil dieses Verfahrens ist die Unfähigkeit, den Moment zu verfolgen, in dem die Zementaufschlämmung den Boden des Bohrlochs erreichte.

Zweistufiges Grundierungssystem

Diese Zementierungsmethode wurde für Bohrlöcher in der Ölindustrie entwickelt. Aufgrund der Tatsache, dass ernsthafte Industrieanlagen (eine leistungsstarke Betonpumpe) erforderlich sind, wird es beim Bau von Brunnen nicht häufig verwendet. In folgenden Fällen wird zweistufiges Zementieren angewendet:

• Zementmörtel härtet so schnell aus, dass das Zementieren nicht in einem Zyklus abgeschlossen werden kann;
• wenn Sie zwei Abschnitte im Ringraum hervorheben möchten, die durch einen signifikanten Abstand voneinander getrennt sind;
• mit einer großen Tiefe des Brunnens, wenn es unmöglich ist, Arbeiten in einem Zyklus auszuführen.

In anderen Fällen ist die Verwendung einer zweistufigen Methode aufgrund der Länge des Prozesses und der Wirtschaftsindikatoren unpraktisch.

Das zweistufige Zementieren ist zeitlich länger, da die zweite Stufe nach dem Erstarren der Zementaufschlämmung der ersten Stufe beginnt

Das Prinzip des zweistufigen Zementierens basiert auf der Tatsache, dass Zement in zwei Stufen in den Ringraum gepumpt wird.

Der erste Teil des Mörtels wird geladen und zusammengedrückt.Der untere Stopfen wird abgesenkt, wodurch der Stopfen durch die Wirkung der Lösung auf den Boden fällt. Der zweite Teil der Lösung wird in 12 bis 36 Stunden nach dem endgültigen Aushärten des ersten Teils gepumpt.

In der Praxis des Tiefbohrens von artesischen Bohrlöchern in Gegenwart absorbierender Formationen im oberen Teil des geologischen Abschnitts und in anderen Fällen wird zweistufiges Zementieren verwendet

Die Verwendung der Manschettenmethode

Diese Zementierungsmethode wird angewendet, wenn nur die Oberseite des Bohrlochs verstärkt werden muss. In diesem Fall besteht die anfängliche Aufgabe darin, das Niveau zu bestimmen, bis zu dem das Zementieren durchgeführt wird.

Der Füllstand wird auf dem Gehäuse durch Anbringen einer speziellen Manschette notiert. Der untere Teil der Ausrichtung ist durch die Manschette zuverlässig vor dem Eindringen der Stopfenlösung geschützt.

Die Lösung wird genauso gepumpt wie beim einstufigen Zementieren. Eine Manschettenmethode wird angewendet, wenn sich der obere Teil des Brunnens auf sandigen Böden und der untere Teil auf Lehmböden befindet. Dies ist selten genug, so dass diese Methode keine breite Anwendung gefunden hat.

Zementsteinbildungsprozess

Der Prozess der Bildung von Zementstein beginnt unmittelbar nach dem Einspritzen der Stopfenlösung und dauert 12 bis 36 Stunden. Die Hauptfaktoren, die die Dauer der Erstarrung des Mörtels bis zum Zustand des Zementsteins beeinflussen:

• Eigenschaften der Komponenten, aus denen die Lösung besteht;
• Boden, Gehäusematerial;
• hydrogeologische und klimatische Bedingungen auf dem Gelände;
• Injektionsdichte, korrekte Durchführung des Verstopfungsprozesses.

Während der Erstarrungszeit muss der Brunnen in Ruhe gelassen werden. Es ist verboten, Kabel, Brechstangen und Drähte zu verwenden, um die Qualität der Zementierung zu beurteilen Dies kann die Unversehrtheit des resultierenden Zementsteins stören.

Wenn Sie nicht wissen, wie lange es dauert, bis der Zementmörtel vollständig ausgehärtet ist, warten Sie drei Tage und fahren Sie mit den Kontrollmessungen fort.

Qualitätsbewertung zementieren

Es ist erwähnenswert: Trotz der Tatsache, dass die Beurteilung der Qualität des Zementierens von Grundwasserleitern eine sehr wichtige Phase ist, ist es unmöglich, diese selbst durchzuführen.

Für die Implementierung sind spezielle Laborgeräte erforderlich, was selbst für Organisationen, die Bohrungen durchführen, sehr selten ist.

Wenn Sie dennoch beabsichtigen, das durchgeführte Einstecken zu bewerten, können Sie den Qualitätskontrollservice auf drei Arten bestellen:

• akustisch, basierend auf dem Klopfen der Wände des Gehäuses, gefolgt von der Verarbeitung der Daten durch Computerprogramme;
• radiologisch beim Messen mit Funkgeräten;
• thermisch, basierend auf dem Prinzip der Messung der beim Härten des Zementmörtels freigesetzten Wärme.

Zu Hause können Sie die vereinfachte thermische Methode anwenden, indem Sie die Temperatur an den Wänden des Brunnens messen. Wenn es die Umgebungslufttemperatur erreicht und um 0,5 bis 1,5 Grad niedriger wird, können wir von einer vollständigen Verfestigung sprechen. Es wird jedoch empfohlen, auch danach 2-3 Tage zu warten und den Brunnen erst dann in Betrieb zu nehmen.

Nach Abschluss des Tests wird der Bohrlochkopf mit Zementschlamm gereinigt Bastarde. Anschließend wird eine Dichtheitsprüfung durchgeführt, bei der 30 Minuten lang Hochdruckwasser in das Brunnenrohr gepumpt wird. Das Dichtheitskriterium ist ein Druckabfall von etwa 0,3 bis 0,5 MPa. Der Brunnen ist jetzt voll einsatzbereit.

Die Dichtheit des Verstopfens erhöht die Belastung des Bohrlochs, erhöht die Lebensdauer der Gehäuseschnüre und schützt sie vor Korrosion sowie der Wasserquelle selbst

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

In den folgenden Videos sprechen wir über Bohrlöcher in der Öl- und Gasindustrie, aber das Prinzip der Produktionstechnologie ist das gleiche wie für Grundwasserleiter.

Einstufiges Zementieren:

Produktionsspezifikationen für Manschettenzementierung:

Technologische Merkmale des zweistufigen Zementierens:

Das Zementieren ist ein komplexer Prozess, für den spezielle Geräte erforderlich sind. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es unmöglich ist, es selbst durchzuführen. Durch Auswahl und korrekte Vorbereitung des Vergussmörtels unter Verwendung des Mindestsatzes an Zuschlagstoffen ist es durchaus möglich, die Arbeit selbst zu erledigen.

In jedem Fall wird der Betrieb des Bohrlochs ohne Zementieren des Bohrlochs nicht lange dauern und die Kosten von Bohren einer neuen Wasserquelle wird nicht weniger sein.

Wenn Sie nach dem Studium des Materials noch Fragen dazu haben, wie Sie das Bohrloch nach dem Bohren richtig zementieren können, oder wenn Sie wertvolles Wissen zu diesem Thema haben, hinterlassen Sie bitte Ihre Kommentare im folgenden Block.