Metoder och tekniker för att cementera brunnar: hur man förbereder och häller in injekteringsmurbruk

Efter borrning av en brunn i lösa sandiga jordar börjar en etapp som syftar till att stärka höljesrören. Samtidigt bör stammen skyddas mot skador, aggressivt grundvatten, korrosion och andra negativa fenomen. Detta är en process som att cementera brunnar.

Att utföra cementeringsarbeten på egen hand är ganska svårt, men möjligt om du har kunskap om händelsens teknik. Vi berättar om varför cementering är nödvändig och vad du behöver vara uppmärksam på när du utför arbete. För tydlighetens skull innehåller materialet tematiska foton och videor.

Varför cementera en brunn?

Väl cementering är en process som följer omedelbart efter avslutad. borrning. Cementeringsförfarandet består i det faktum att cementuppslamning införs i det ringformade eller ringformade (om höljet i sin tur placeras i ett bredare polyetylenrör), som hårdnar över tid och bildar en monolitisk borrhål.

Cementmortel i detta fall kallas "injektering" och själva processen "pluggning". En komplex teknikprocess, så kallad brunncementeringsteknik, kräver viss kunskap och specialutrustning.

I de flesta fall kan vattenkällorna tappas med dina egna händer, vilket är mycket billigare än att locka specialister.

Brunnscementering är en uppsättning åtgärder som syftar till att stärka ringröret och höljet från destruktivt sidotryck av berg och påverkan av grundvatten

Korrekt utförd pluggning av brunnar i vatten bidrar till:

• säkerställa brunnstrukturens styrka;
• väl skydd mot grundvatten och högt vatten;
• förstärkning av höljet och skydd mot korrosion;
• öka livslängden på vattenkällan;
• eliminering av stora porer, tomrum, luckor genom vilka oönskade partiklar kan komma in i akvifern;
• förskjutning av borrvätskan med cement, om den första användes under borrningen.

Kvaliteten på producerat vatten och brunnens driftegenskaper beror på hur väl cementering utförs. Cementering görs också för övergivna brunnar som inte längre kommer att utnyttjas.

Vattenkällande cementeringssteg

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

1. Beredning av cementuppslamning för att fylla ringröret.
2. Tillförsel av beredd cement till brunnen.
3. Injektion av injekteringsmurbruk i annulusen.
4. Härdningsperiod för cementmortel.
5. Kvalitetskontroll av cementering.

Varje steg kräver användning av vissa verktyg och specialutrustning. Beräkningarna av nödvändiga material görs bäst innan injekteringen påbörjas, eftersom pluggprocessen ska pågå kontinuerligt och om du till exempel inte har tillräckligt med cementmortel, kommer detta att påverka kvaliteten på cementering negativt. Vi kommer att överväga de viktigaste stadierna mer i detalj.

I sällsynta fall behöver vattendrivare inte cementera, vi talar om brunnar, vars hela djup går i tät lerjord

Steg nummer 1 - förberedelse av utrustning

Allt arbete med att cementera vattenmassor måste utföras strikt i enlighet med tekniska krav, vilket bryter mot cementering av dålig kvalitet.

När du börjar med pluggproppning bör du veta att det här är en oåterkallelig process; det är omöjligt att fixa något efter arkiveringen av lösningen i brunnens ringform, därför måste förberedelserna, nämligen att förbereda injekteringen för cementering och val av utrustning, komma så ansvarsfullt som möjligt!

Det enklaste och mest effektiva sättet är att hyra utrustning på en fordonsplattform. Ett sådant komplex kan förbereda en cementmurbruk och pumpa den i en brunn under tryck, medan en kraftfull bilmotor fungerar som en energikälla för utrustningen.

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

• blandare för framställning av cementmortel;
• högtryckspump, pumpar lösningen till brunnen;
• cementeringshuvud för att injicera lösningen i brunnen;
• påfyllningspluggar (mängden beror på cementeringsmetoden);
• olika små utrustningar (slangar, mätbehållare).

Som en slang rekommenderar många experter att använda en flexibel brandslang istället för traditionella HDPE-rör med en diameter på 32 cm. Den är platt och passerar perfekt in i ringrullet, vilket ger ett effektivt flöde av lösningen.

Utrustning för att cementera brunnar är stor och kräver en kraftfull energikälla, till exempel en kompressor, generator, oavbruten åtkomst till elnätet

Steg nummer 2 - beredning av lösningen

Cementuppslamningen för att cementera brunnen måste uppfylla ett antal krav och ha:

• höga vidhäftningsegenskaper med ytor av vilken typ som helst;
• hög hållfasthet efter stelning, motstånd mot mekanisk spänning;
• duktilitet och god fluiditet för att fylla alla sprickor och tomrum;
• kemisk neutralitet med avseende på pluggade jordlager;
• motstånd mot erosion av grundvatten;
• brist på krympning under härdning.

Lösningen måste också ha en sådan konsistens att den kan levereras utan problem till brunnen och injiceras. Lösningen måste tvättas väl från utrustningen, inte vara kemiskt aggressiv mot den och ha en minimal förlustkoefficient under transport till brunnen.

Den använda cementuppslamningen måste ha en tillräckligt flytande struktur för pumpning med injektionsutrustning och samtidigt ha höga hållfasthetsegenskaper

Processen för att förbereda en cementmortel för pluggning består i att blanda komponenterna som utgör den enhetligt, följt av att hälla vatten i den med speciella tillsatser som tidigare har lösts upp i den.

De enklaste lösningarna som du kan förbereda dig är:

1. Portlandcement + kvartssand (1: 1) + speciella tillsatser och vatten tills önskad konsistens erhålls. En sådan lösning har en låg densitet, och dess beredning är svår, eftersom sand som ingår i kompositionen faller ofta ut och användningen av en lösning blir omöjlig.
2. Portland cement + barit (1.1: 1) + specialtillägg och vatten. Nackdelen med denna lösning är dess låga styrka.
3. Portland cement + fyllmedel. Asbest (på sandjord) används fibrösa material som fyllmedel.

För beredning av en cementblandning är det bäst att använda Portlandcement, som är en typ av cement baserat på silikater.

Sådant cement är naturligtvis dyrare än vanligt Portlandcement, men dess hållfasthetsegenskaper är mycket högre än det vanliga. Barit är ett tungt mineral som ökar lösningens densitet. Barite kan köpas i en järnaffär som säljer byggnadsmaterial i bulk.

Med speciella tillsatser som ingår i cementbaserade murbruk förstår vi olika ämnen som ger lösningen speciella egenskaper.

Dessa inkluderar:

• inställning av acceleratorer cement (kalciumklorid, soda, potash), används om cementering sker vid en temperatur under +5 grader;
• inställningsskyddanvänds för att förhindra snabb härdning (dessa är kalcium- eller natriumklorider, natriumnitrit, etc.);
• mjukningsmedel för optimal viskositet (polymermodifierare);
• frostbeständiga tillsatser (organiska kiselföreningar, i kombination med mjukgörare);
• fuktabsorberande tillsatser (ämnen erhållna från föreningar som tillhör grupperna socker, citronsyra, vinsyra och tetraoxyadipinsyror) etc.

Speciella tillsatser blandas i vatten, som sedan används för beredning av injekteringsmurbruk. Blanda lösningen med specialmaskiner - blandare. Ibland är manuell knådning tillåten, men det kräver viss skicklighet och mycket arbete.

Cementsten bildad under härdningen av Portlandcement har hög hållfasthetsegenskaper, tål belastningar, mekaniska och fysiska effekter.

Steg nummer 3 - hälla lösningen i brunnen

De viktigaste metoderna för att cementera brunnar är:

• kontinuerlig eller enkelsteg;
• två steg;
• läpp;
• tvärtom.

Alla metoder för att cementera vattenbrunnar är baserade på en princip - pumpning av injekteringsrör i ringröret. Samtidigt beror valet på cementeringsteknik på specifika förhållanden: jordtyp, brunndjup, höljesmaterial, klimatiska och hydrogeologiska förhållanden i området.

Den valda tekniken för att ansluta brunn till vatten bör ge:

• fylla lösningen med hela brunnens anpassning till hela djupet;
• förskjut spolvätska (om någon);
• skapande av höghållfast cementsten som är resistent mot fysiska, mekaniska och kemiska påverkningar;
• hög vidhäftningshastighet med brunnens jordväggar, höljesrör.

För djupa brunnar används segmentering av cementering, dvs inte hela brunnstammen cementeras på en gång utan bara dess individuella segment.

Denna process är mycket komplex och praxis visar att det är nästan omöjligt att göra det själv. Därför överväger vi mer detaljerat tekniken för en- och tvåstegs- och manschettcementering.

Enstegs eller kontinuerlig cementering

Denna metod används oftast för att cementera inhemska akviferer. Under implementeringen pumpas den cementbaserade lösningen in i ringen.

Lösningen pumpas under tryck med hjälp av utrustning som är installerad på plattformen för ett specialfordon eller stationärt nära brunnen. Den cementbaserade murbruk, under sin egen vikt, flyttar sig till höljets "skobas" och fyller alla ringformade hålrum.

Arbetet med enstegs cementering utförs i en cykel utan avbrott, därför är det nödvändigt att ta hand om en tillräcklig mängd injekteringsmurbruk

Innan du börjar cementera väl spolandeoch sedan införs den nedre kontakten, som kommer att fungera som en begränsare. Betongpumpen slås på och plugglösningen börjar pumpa, under vilken inflytande kork sänks tills den når "skon" i höljet.

Efter injektion av murbruk installeras den övre kontakten och cementblandningen börjar kompakteras tills den övre kontakten ligger an mot den nedre. Detta kommer att innebära att lösningen fyllde hela annulusen. Komprimeringen utförs med hjälp av en vibropress genom att pumpa murbruk med en betongpump.

Den cementerade brunnen lämnas i vila i 36-48 timmar för fullständig stelnande av lösningen. Denna metod är endast lämplig för grunda, välformade brunnar. Nackdelen med denna metod är oförmågan att spåra ögonblicket då cementuppslamningen nådde botten av brunnen.

Tvåstegs grundningssystem

Denna cementeringsmetod har utvecklats för oljebranschbrunnar. Eftersom det kräver användning av allvarlig industriutrustning (en kraftfull betongpump) används den inte ofta vid konstruktion av brunnar. Tvåstegs cementering används i följande fall:

• cementmurbruk sätts så snabbt att cementering inte kan slutföras i en cykel;
• när du vill markera två avsnitt i annulusen, som är separerade med ett betydande avstånd;
• med ett 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 längd och ekonomiska indikatorer.

Tvåstegs cementering är längre i tid, eftersom det andra steget börjar efter stelningen av cementuppslamningen i det första steget

Principen för tvåstegscementering baseras på det faktum att cement pumpas in i ringrundan i två steg.

Den första delen av injekteringsmassan laddas och pressas.Den nedre kontakten sänks, vilket, genom lösningens åtgärd, tappar kontakten till botten. Den andra delen av lösningen pumpas på 12-36 timmar, efter den slutliga härdningen av den första delen.

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

Användningen av manschettmetoden

Denna cementeringsmetod används om bara toppen av brunnen behöver förstärkas. I detta fall kommer den initiala uppgiften att bestämma nivån till vilken cementering kommer att utföras.

Nivån noteras på höljet genom att installera en speciell manschett. Den nedre delen av inriktningen är pålitligt skyddad av manschetten från penetrering av plugglösningen.

Lösningen pumpas på exakt samma sätt som med enstegs cementering. En manschettmetod används om brunnens övre del ligger på sandjord och den nedre delen är på lerjord. Detta är sällsynt nog, så den här metoden har inte hittat bred tillämpning.

Cementsten bildningsprocess

Processen för bildning av cementsten börjar omedelbart efter injektionen av plugglösningen och varar från 12 till 36 timmar. De viktigaste faktorerna som påverkar varaktigheten av stelningen av murbruk till cementstenens tillstånd:

• egenskaperna hos de komponenter som utgör lösningen;
• jord, höljesmaterial;
• hydrogeologiska och klimatiska förhållanden på platsen;
• injiceringstäthet, korrekt implementering av pluggprocessen.

Under stelningsperioden är det nödvändigt att lämna brunnen i vila. Det är förbjudet att använda kablar, kofor, tråd för att bedöma cementens kvalitet, som detta kan störa den resulterande cementstenens integritet.

Om du inte vet hur lång tid det tar innan den cementerade murbruk är helt inställd, vänta tre dagar och fortsätt med kontrollmätningarna.

Cementering av kvalitetsbedömning

Det är värt att notera: trots att det är ett mycket viktigt steg att bedöma kvaliteten på cementering av akviferer är det omöjligt att utföra det själv.

För att implementera det krävs särskild laboratorieutrustning, vilket är mycket sällsynt även för organisationer som bedriver borrning.

Om du fortfarande har för avsikt att utvärdera den utförda pluggningen kan du beställa kvalitetskontrolltjänsten på ett av tre sätt:

• akustisk, baserad på att knacka på husets väggar, följt av bearbetning av data med datorprogram;
• radiologisk vid mätning med radioapparater;
• termiskt, baserat på principen att mäta det frisatta värmet under härdningen av cementmorteln.

Hemma kan du använda den förenklade termiska metoden genom att mäta temperaturen vid brunnens väggar. När den når den omgivande lufttemperaturen och blir 0,5-1,5 grader lägre, kan vi tala om fullständig stelning. Även efter detta rekommenderas det dock att vänta 2-3 dagar och först sedan sätta brunnen i drift.

Efter att testet är avslutat, rengörs borrhuvudet från cementuppslamning med användning av öskar. Därefter utförs ett läckagetest, för vilket högtrycksvatten pumpas in i brunnsledningen under 30 minuter. Täthetskriteriet är ett tryckfall på cirka 0,3-0,5 MPa. Brunnen är nu helt klar för användning.

Tätheten för pluggning ökar brunnens debitering, ökar livslängden på höljesträngarna, skyddar dem mot korrosion, såväl som själva vattenkällan

Slutsatser och användbar video om ämnet

I filmerna nedan talar vi om brunnar i olje- och gasindustrin, men principen om produktionsteknologi är densamma som för vattenmassor.

Enstegs cementeringsförfarande:

Manschettcementering produktionsdetaljer:

Teknologiska egenskaper för tvåstegs cementering:

Cementering är en komplex process som kräver användning av specialutrustning. Detta betyder dock inte att det är omöjligt att bedriva det själv. Genom att välja och korrekt förbereda injekteringsmørteln, använda minsta mängd aggregat, är det fullt möjligt att klara arbetet själv.

I vilket fall som helst kommer brunnens drift utan att cementera brunnen inte vara lång och kostnaden för borrning av en ny vattenkälla blir inte mindre.

Om du fortfarande har frågor om hur du ska cementera brunnen efter att du har borrat efter att ha studerat materialet, eller om du har värdefull kunskap om detta, lämna dina kommentarer i blocket nedan.