Цементирование, или тампонирование, скважин применяется при обустройстве скважин, их обслуживании и прекращении функционирования. Обрушение стенок может произойти на всех этапах существования выработки: от ее забуривания до ликвидации, аварии устраняются тампонажем скважин. Ремонта в течение срока эксплуатации требуют выработки глубиной ≥50 м — артезианские колодцы.
Ликвидационное тампонирование скважин.
Особенности тампонирования
Под цементированием понимается заполнение трещин в стенках подземной выработки и пространства между стволом и обсадной трубой растворами портландцемента с улучшающими добавками. Целью бетонирования является предотвращение засорения водоносного горизонта и водоисточника веществами биологического и химического происхождения.
Скважины тампонируются для:
- защиты действующего водозабора от верховодки;
- ликвидации сообщения подземного водоносного пласта с земной поверхностью и пересекаемыми выработкой горизонтами гидрогеологического разреза.
В последнем случае раствором заполняется весь объем горной выработки, включая пространство обсадной трубы, если она не извлекается. Полная изоляция водоносного горизонта выполняется при вскрытии водяного пласта артезианской скважиной.
Тампонаж бывает временным, тогда для уплотнения стенок используется глина, и постоянным — с применением цементного раствора. Первый тип изоляции востребован при строительстве скважин и при ликвидации выработок малой глубины, пробуренных на песок.
Когда нужно тампонирование
Тампонирование скважины производится при разрушении и коррозии обсадных труб.
Необходимость выполнения противоаварийных работ на стволе гидротехнического сооружения обусловлена деформацией обсадных труб и разрушением вмещающих горных пород — эти явления приводят к загрязнениям источника. Эксплуатация выработки в течение 20 лет также приводит к износу оборудования и необходимости ремонта или ликвидации ствола.
Другие причины для цементации:
- ухудшение характеристик питьевой воды;
- уменьшение дебета до нуля, когда пользование скважиной прекращено;
- использование другого источника, заменившего несколько гидросооружений;
- обнаружение в конструкции ствола неустранимых геологических и технических дефектов, которые повлияли на воду (ухудшилось ее качество, упала производительность скважины);
- запечатывание выполнивших свою задачу поисковых, разведочных, инженерно-геологических и гидрологических скважин;
- прекращение эксплуатации фонтанирующей выработки;
- опасность перетекания жидкости в другие водоносные пласты из поглощающего ствола строящегося гидротехнического объекта.
Тампонаж проводится и для поиска новых водоносных горизонтов в процессе бурения гидрогеологических разведочных или эксплуатационных выработок. Решение о ликвидации артезианской скважины принимается строительной компанией, соорудившей водозабор.
Преимущества тампонирования
Достоинством цементации является универсальность технологии: она используется для устранения аварийных ситуаций различного вида и является типичной.
Тампонирование позволяет решать многоплановые задачи:
- фиксирование обсадной колонны внутри ствола снижает риск деформирования трубного става и разгерметизации соединительных стыков;
- тампонаж надежно изолирует водоносный пласт от промежуточных уровней геологического разреза, исключая затекания верховодки и загрязненных грунтовых стоков в артезианский горизонт по внешней стороне обсадной колонны;
- обеспечение дополнительной герметизации конструкций гидротехнического сооружения.
К другим преимуществам относятся простота исполнения и прочность конструкции, а также то, что использование цементирования возможно во всех типах грунтов — скальных карстовых, трещиноватых, гравийных и крупнообломочных горных породах.
Используемые растворы и особенности метода
Водозаборные сооружения строятся по проекту, в котором предусматриваются действия по ремонту и ликвидации скважин посредством тампонирования. Выбор компонентов раствора и типа вяжущего вещества осуществляется с учетом геолого-технических условий на месте расположения скважины. Выполняются расчеты потребности в материалах, планируются способы подачи к нужной точке ствола.
На выбор состава укрепляющей смеси влияют такие факторы:
- технические нарушения в конструкции;
- удаленность забоя выработки от земной поверхности;
- зазор между обсадной колонной и стенками ствола;
- форма и обстоятельства проходки: дефекты, возникающие во время бурения;
- физические свойства и характеристики пересекаемых горных пород.
Схема цементирования.
Особенность метода тампонирования состоит в том, что этот процесс необратимый и чреват потерей водоотдачи скважины. Растворы из смеси портландцемента с песком рекомендуются для выработки, расположенной в глинистых породах. В пористых слоях грунта в состав добавляют волокнистые наполнители: бумагу, асбест, целлюлозу — они способствуют снижению расхода тампонажной смеси. Для запечатывания пустот в песчано-цементный раствор добавляют гравий.
В качестве вяжущего вещества применяют также глину, расплав пластика, вспенивающие составы, а для дезинфекции — хлорную известь. Подача скрепляющей массы в скважину осуществляется насосом через заливочную трубу. Для ремонта и ликвидации водозаборов используют специальный портландцемент, он называется тампонажным.
Подготовительные работы
В процессе строительства и эксплуатации скважины ведутся наблюдения за состоянием стенок выработки, отбираются пробы воды для проведения анализов. Результаты контроля служат основанием для принятия решения о необходимости цементирования.
Порядок подготовки к тампонированию:
- составление акта обследования гидротехнического сооружения, выработка техзадания на укрепление или ликвидацию объекта на основании этого экспертного заключения;
- разработка проекта, согласование его с местной санитарно-эпидемиологической службой;
- утверждение плана тампонажных работ.
Подготовку и осуществление мероприятий контролирует владелец гидросооружения. Собственник земельного участка следит за соответствием выполняемых работ проектным решениям и за соблюдением инструкции о порядке обустройства, консервации и ликвидации скважин. Пакет документов с проектно-эксплуатационной информацией, включая сведения о проведении тампонирования, хранится у владельца водозабора.
Приготовление раствора для тампонажа.
Технология
Существует несколько способов цементирования: прямая закачка смеси в зазор между стенками выработки и обсадной трубой, обратная, многоэтапная (для стволов ≥50 м) и посредством глиняного столба.
В первом случае раствор продвигается от устья к забою под собственным весом, что упрощает конструкцию в ущерб качеству заполнения трещин.
Способ обратного тампонирования более эффективен: в нижней части скважины ставят пробку, отгораживающую обрабатываемое пространство. Смесь загружается в обсадную трубу, откуда вытесняется под давлением специальной жидкости за пределы колонны и поднимается по просвету между выработкой и трубой.
Многоэтапная технология предполагает цементирование в несколько приемов: тампонирование начинают с нижних уровней, затем переходят на вышерасположенные участки. Работы на глубоких выработках ведутся поочередно: перемещение на следующий участок осуществляется после завершения работ на предыдущем отрезке.
Глина, используемая для укрепления стенок ствола, сначала замачивается в воде, после этого из нее формируются цилиндры. С помощью колонкового снаряда эти цилиндры доставляются в колонну и посредством насоса продавливаются в затрубное пространство до устья скважины. Избыточная нагрузка устраняется сбросом жидкости через отверстия в снаряде.
Работы выполняются смешивающими и цементировочными машинами. Во всех случаях тампонаж делают до нижней отметки водоносного горизонта. Выбирая одну из предлагаемых технологий, достигают цели мероприятий:
- раствор заполняет все пустоты и трещины, обеспечивает адгезию скрепляемых поверхностей;
- монолит не разрушается под воздействием грунтовых вод и давления вмещающих горных пород;
- промывочная жидкость удалена из зоны обработанного пространства.
Период отвердения цементного раствора зависит от состава и условий применения. Кондуктор на устьевой части скважины набирает прочность за 16 часов, а смесь в стволе выработки — за сутки. Опрессовка сооружения для проверки герметичности выполняется закачкой воды под давлением, на 20% превышающим расчетное. Допустимое снижение нагрузки через 30 минут — 0,5 МПа. По завершении работ акты и отчеты представляются в санитарную и коммунальную службу.
Загрузка...
