Kaevu tsementeerimise meetodid ja tehnoloogiad: kuidas valmistada ja valada tamponeerimislahust

Pärast kaevu puurimist lahtistes liivastes pinnastes saabub etapp, mis on suunatud torude (obsaadikolonni) tugevdamisele. Samuti tuleks kaitsta tüve kahjustuste, põhjavee agressiivse mõju, korrosiooni ja muude negatiivsete nähtuste eest. Jutt käib sellisest protsessist nagu kaevu tsementeerimine.

Tsementeerimistööde iseseisev teostamine on üsna keeruline, kuid võimalik, kui omatakse teadmisi läbiviimise tehnoloogiatest. Me räägime teile, miks on vaja tsementeerida ja millele tuleb tähelepanu pöörata tööde teostamisel. Selguse huvides sisaldab materjal teemakohaseid fotosid ja videoklippe.

Miks kaevu tsementeerida?

Kaevu tsementeerimine on protsess, mis järgneb kohe pärast puurimistööde lõppu. Tsementeerimisprotseduur seisneb selles, et torudevahelisse või (juhul kui püsttoru on omakorda paigutatud laiemasse polüetüleentorru) nende torude vahele sisestatakse tsemendilahus, mis aja jooksul kivistub, moodustades monoliitse kaevu tüve.

Tsemendilahust nimetatakse sel juhul „tamponeerimislahuseks” ja protsessi enda nimeks on „tamponeerimine”. Keeruline inseneriprotsess, mida nimetatakse kaevu tsementeerimise tehnoloogiaks, nõuab teatud teadmisi ja spetsiaalset seadmeid.

Enamasti saab veekaeve tamponeerida ise, mis tuleb palju odavam kui spetsialistide kaasamine.

Kaevu tsementeerimine on meetmete kompleks, mis on suunatud torudevahelise ruumi ja püstkolonni tugevdamisele kaljude purustava külgsurve ja põhjavee mõju eest

Õigesti teostatud kaevu tamponeerimine soodustab:

• kaevu konstruktsiooni tugevuse tagamist;
• kaevu kaitsmist põhja- ja pinnavee eest;
• püsttoru tugevdamist ja selle kaitsmist korrosiooni eest;
• veeallika kasutusea pikendamist;
• suurte pooride, tühimike ja pilude kõrvaldamist, mille kaudu võivad veekihti sattuda soovimatud osakesed;
• puurimislahuse väljatõrjumist tsemendilahusega, kui esimest kasutati puurimisel.

Sellest, kui asjatundlikult on tsementeerimine läbi viidud, sõltub toodetava vee kvaliteet ja puuraugu tööomadused. Samuti teostatakse tsementeerimist likvideeritavate puuraukude puhul, mida enam ei kasutata.

Veekaevu tsementeerimise etapid

Kogu tsementeerimisprotsess koosneb mitmest etapist, millest igaühel on oma nüansid:

1. Tampoonmördi valmistamine annulaarruumi täitmiseks.
2. Valmistatud tsemendi etteandmine puuraugule.
3. Tampoonmördi pumpamine annulaarruumi.
4. Tsementmördi kivistumisperiood.
5. Tsementeerimise kvaliteedi kontroll.

Iga etapp nõuab teatud tööriistade ja eriseadmete kasutamist. Vajalike materjalide arvutused on parem teha enne tampoonimistööde algust, sest tampoonimisprotsess peab toimuma pidevalt ja kui teil näiteks napib tsementmörti, mõjub see kõige negatiivsemalt tsementeerimise kvaliteedile. Olulisemaid etappe käsitleme üksikasjalikumalt.

Harvadel juhtudel ei vaja veekandvad puuraugud tsementeerimist; jutt on puuraukudest, mille kogu sügavus kulgeb tihedates savipinnastes

Etapp nr 1 – seadmete ettevalmistus

Kõik veekandvate puuraukude tsementeerimistööd tuleb teostada rangelt vastavalt tehnilistele nõuetele, mille rikkumine põhjustab ebakvaliteetset tsementeerimist.

Puuraugu tamponeerimist alustades peaks te teadma, et see on pöördumatu protsess; pärast mördi etteandmise alustamist puuraugu annulaarruumi pole võimalik midagi parandada, seetõttu tuleb ettevalmistustöödele, nimelt tsementeerimismördi valmistamisele ja seadmete valikule, suhtuda maksimaalselt vastutustundlikult!

Lihtsaim ja tõhusaim viis – seadmete rentimine masinatehnika platvormil. Selline kompleks suudab valmistada tsementmördi ja pumbata selle surve all puurauku, kusjuures seadmete töö energiaallikaks on võimas automootor.

Kui eriautol põhinevate agregaatide kasutamine ei ole võimalik, siis vajate Teie:

• mikser tsementmördi valmistamiseks;
• kõrgsurvepump, mis pumpab lahust kaevu;
• tsementeerimispea lahuse süstimiseks kaevu;
• täitepistikud (kogus sõltub tsementeerimismeetodist);
• mitmesugused väikevahendid (voolikud, mõõtemahutid).

Voolikuna soovitavad paljud spetsialistid traditsiooniliste 32 cm läbimõõduga PND-torude asemel kasutada painduvat tulekustutusvoolikut. See on lame ja läbib suurepäraselt torudevahelisse ruumi, tagades lahuse tõhusa etteande.

Kaevude tsementeerimise seadmed on suuremõõtmelised ja nõuavad võimsat energiaallikat, näiteks kompressorit, generaatorit, katkematut juurdepääsu elektrivõrgule.

Etapp nr 2 – lahuse valmistamine

Kaevu tsementeerimise tampoonlahus peab vastama mitmetele nõuetele ja omama:

• kõrgeid adhesiooniomadusi igat tüüpi pindadega;
• kõrget tugevust pärast hangumist, vastupidavust mehaanilistele mõjudele;
• plastsust ja head voolavust, et täita kõik praod ja tühimikud;
• keemilist neutraalsust tampoonitavate mullakihtide suhtes;
• vastupidavust pinnasevee toimele;
• kahanemise puudumist kõvenemisel.

Samuti peab lahus olema sellise konsistentsiga, et seda saaks probleemideta kaevu toimetada ja süstida. Lahus peab seadmetelt kergesti maha uhtuma, mitte olema nende suhtes keemiliselt agressiivne ja omama minimaalset kadu kaevu transportimisel.

Kasutatav tampoonlahus peab olema piisavalt vedela struktuuriga, et seda saaks survestatud seadmetega pumbata, ja samal ajal omama kõrgeid tugevusomadusi.

Tsementlahuse valmistamise protsess tamponeerimiseks seisneb komponentide ühtlases segamises, millele järgneb vee valamine, kus on eelnevalt lahustatud spetsiaalsed lisandid.

Kõige lihtsamad lahused, mida saab ise valmistada, on:

1. Portlandtsement + kvartsliiv (1:1) + spetsiaalsed lisandid ja vesi kuni vajaliku konsistentsi saavutamiseni. Sellise lahuse tihedus on madal ning selle valmistamine on keerukas, sest koostises olev liiv sageli settib ja lahuse kasutamine muutub võimatuks.
2. Portlandtsement + bariit (1,1:1) + spetsiaalsed lisandid ja vesi. Sellise lahuse puuduseks – madal tugevus.
3. Portlandtsement + täiteaine. Täiteainena kasutatakse asbesti (liivastel pinnastel), kiudmaterjale.

Tsementeerimissegu valmistamiseks on kõige parem kasutada tampoonimisportlandtsementi, mis on silikaadipõhise tsemendi liik.

Selline tsement on muidugi kallim kui tavaline portlandtsement, kuid selle tugevusomadused on palju paremad kui tavalisel. Bariit – raske mineraal, mis suurendab lahuse tihedust. Bariiti saab osta ehituspoest, mis müüb puistehitusmaterjale.

Spetsiaalsete lisandite all, mis kuuluvad tsementeerimislahuste koostisse, mõeldakse erinevaid aineid, mis annavad lahusele erilisi omadusi.

Nende hulka kuuluvad:

• tardumiskiirendid tsemendi (kaltsiumkloriid, kaltsineeritud sooda, potas), mida kasutatakse, kui tsementeerimine toimub temperatuuril alla +5 kraadi;
• tardumisaeglustid, mida kasutatakse kiire kõvenemise vältimiseks (need on kaltsium- või naatriumkloriidid, naatriumnitrit jne);
• plastifikaatorid optimaalse viskoossuse saamiseks (polümeersed modifikaatorid);
• külmakindlad lisandid (räniorgaanilised ühendid koos plastifikaatoritega);
• niiskust imavad lisandid (ained, mis on saadud ühenditest, mis kuuluvad suhkru-, sidrun-, viin- ja tetraoksüadipiinhappe rühmadesse) jne.

Spetsiaalsed lisandid segatakse vees, mida seejärel kasutatakse tampoonimislahuse valmistamiseks. Lahust segatakse spetsiaalsete masinate – mikserite abil. Mõnikord on lubatud käsitsi segamine, kuid see nõuab teatud oskusi ja suurt tööjõukulu.

Tsementkivi, mis tekib portlandtsemendi kõvenemisel, omab kõrgeid tugevusomadusi, talub koormusi, mehaanilist ja füüsilist mõju.

Etapp nr 3 – lahuse valamine kaevu

Kaevude tsementeerimise peamised viisid on:

• pidev või üheastmeline;
• kaheastmeline;
• mansett-;
• tagurpidi.

Kõik veetarbekaevude tsementeerimisviisid põhinevad ühel põhimõttel – tampoonimislahuse pumpamisel toruvahelisse ruumi. Samas sõltub tsementeerimistehnoloogia valik konkreetsetest tingimustest: pinnase tüübist, kaevu sügavusest, manteltorude materjalist, piirkonna klimaatilistest ja hüdrogeoloogilistest tingimustest.

Valitud kaevu tampoonimistehnoloogia peab tagama:

• lahusega täitumist kogu kaevu ulatuses kogu sügavuses;
• täielikult välja tõrjuda pesuvedelikku (kui see on olemas);
• kõrgtugeva tsementkivi loomine, mis on vastupidav füüsilistele, mehaanilistele ja keemilistele mõjudele;
• kõrge nakketugevus kaevu pinnase seinte ja manteltorudega.

Sügavate kaevude puhul kasutatakse segmentaarset tsementeerimist, st tsementeeritakse mitte kogu kaevu avaus korraga, vaid ainult selle üksikud segmendid.

See protsess on väga keeruline ja praktika näitab, et seda iseseisvalt teostada on praktiliselt võimatu. Seetõttu vaatleme üksikasjalikumalt ühe- ja kaheastmelise ning mansett-tsementeerimise tehnoloogiat.

Üheastmeline ehk pidev tsementeerimine

Seda meetodit kasutatakse kõige sagedamini olmeveekaevude tsementeerimiseks. Selle rakendamisel pumbatakse tsementeerimislahust toru taha.

Lahust pumbatakse surve all seadmega, mis on paigaldatud eriauto platvormile või statsionaarselt kaevu lähedale. Tsementeerimislahus liigub oma raskuse mõjul manteltoru “kinga” poole, täites kõik toru taga olevad õõnsused.

Üheastmelise tsementeerimise tööd tehakse ühe tsükliga ilma vaheajata, seetõttu tuleb hoolitseda piisava koguse tampoonlahuse eest.

Enne tsementeerimistööde alustamist tehakse kaevu loputus, seejärel sisestatakse alumine pistik, mis toimib piirajana. Lülitatakse sisse betoonipump ja alustatakse tampoonlahuse pumpamist, mille mõjul pistik laskub, kuni jõuab manteltoru “kingani”.

Pärast lahuse pumpamist paigaldatakse ülemine pistik ja alustatakse tsemendisegu tihendamist, kuni ülemine pistik toetub alumisele. See tähendab, et lahus on täitnud kogu toru taga oleva ruumi. Tihendamine toimub vibropressiga, kasutades lahuse lisapumpamist betoonipumbaga.

Tsementeeritud kaev jäetakse 36-48 tunniks seisma, et lahus täielikult kivistuks. See meetod sobib ainult madalate ja konfiguratsioonilt sirgete kaevude jaoks. Selle meetodi puuduseks on võimatus jälgida hetke, mil tsemendilahus jõudis kaevu ava alumisse punkti.

Kaheastmeline tsementeerimissüsteem

See tsementeerimismeetod töötati välja naftatööstuse kaevude jaoks. Kuna see nõuab tõsise tööstusseadme (võimsa betoonipumba) kasutamist, kasutatakse seda kaevude rajades harva. Kaheastmelist tsementeerimist kasutatakse järgmistel juhtudel:

• tsemendilahus tardub nii kiiresti, et tsementeerimist ei saa lõpetada ühe tsükliga;
• kui on vaja eraldada kaks lõiku toru taga olevas ruumis, mis on eraldatud olulise vahemaaga;
• suure kaevu sügavuse korral, kui töid ei saa teha ühe tsükliga.

Muudel juhtudel ei ole kaheastmelise meetodi kasutamine otstarbekas protsessi pikkuse ja majanduslike näitajate tõttu.

Kaheastmeline tsementeerimine on ajaliselt pikem, kuna teine etapp algab alles pärast esimese astme tampoonlahuse täielikku kivistumist.

Kaheastmelise tsementeerimise põhimõte seisneb selles, et tsemendi pumpamine toruvälisesse ruumi (rõngasruumi) toimub kahes etapis.

Esimene tampoonlahuse portsjon laaditakse ja surutakse alla. Langetatakse alumine pistik, mis lahuse toimel laskub põhja. Teine lahuse portsjon pumbatakse sisse 12–36 tunni pärast, pärast esimese portsjoni lõplikku kivistumist.

Sügavate arteesiapuuraukude puurimise praktikas kasutatakse kaheastmelist tsementeerimist, kui geoloogilise läbilõike ülemises osas on imavaid kihte ja muudel juhtudel.

Mansetimeetodi kasutamine

Seda tsementeerimismeetodit kasutatakse, kui on vaja tugevdada ainult puuraugu ülemist osa. Esialgne ülesanne on määrata tase, milleni tsementeerimine toimub.

Tase märgitakse kestvtorule spetsiaalse manseti paigaldamisega. Puuraugu alumine osa on sel juhul mansetiga kindlalt kaitstud tampoonlahuse sissetungimise eest.

Laht pumpatakse sisse täpselt samamoodi nagu üheastmelisel tsementeerimisel. Mansetimeetodit kasutatakse juhul, kui puuraugu ülemine osa asub liivastel pinnastel ja alumine osa – savistel. Seda esineb üsna harva, mistõttu see meetod pole laialdast kasutust leidnud.

Tsemendikivi moodustumise protsess

Tsementkivi moodustumise protsess algab kohe pärast tampoonlahuse pumpamist ja kestab 12–36 tundi. Peamised tegurid, mis mõjutavad lahuse kivistumise kestust tsementkivi olekusse:

• lahuse koostisosade omadused;
• pinnased, kestvtorude materjal;
• hüdrogeoloogilised ja kliimatingimused objektil;
• pumpamise tihedus, tamponimisprotsessi õige läbiviimine.

Kivistumise perioodil tuleb puurauk jätta rahule. Keelatud on kasutada trosse, kangisid, traati tsementeerimise kvaliteedi hindamiseks, kuna see võib rikkuda tekkiva tsementkivi terviklikkust.

Kui Teie ei tea, kui palju aega on vaja tsementeerimislahuse täielikuks tardumiseks, oodake kolm ööpäeva ja alustage kontrollmõõtmisi.

Tsementeerimise kvaliteedi hindamine

Tasub märkida: kuigi veekihi puuraukude tsementeerimise kvaliteedi hindamine on väga oluline etapp, pole seda võimalik iseseisvalt läbi viia.

Selle teostamiseks on vaja spetsiaalset laboriseadet, mida leidub väga harva isegi puurimisega tegelevatel organisatsioonidel.

Kui Te siiski kavatsete hinnata teostatud tamponeerimist, siis võite tellida kvaliteedikontrolli teenuse ühel kolmest viisist:

• akustiline, mis põhineb manteltoru seinte koputamisel, koos saadud andmete hilisema töötlemisega arvutiprogrammide abil;
• radioloogiline, kui mõõtmine toimub raadioseadmete abil;
• termaalne, mis põhineb tsemendimörti tahkumisel eralduva soojuse mõõtmise põhimõttel;

“Kodus” tingimustes võite kasutada lihtsustatud termaalset meetodit, mõõtes temperatuuri kaevu seinte juures. Kui see võrdsustub ümbritseva õhu temperatuuriga ja muutub 0,5-1,5 kraadi võrra madalamaks, siis võib rääkida täielikust kivistumisest. Kuid isegi pärast seda on soovitatav oodata 2-3 päeva ja alles siis kaev kasutusele võtta.

Pärast kontrolli lõpetamist puhastatakse kaevu suue tsemendimörti jääkidest purgi abil. Seejärel kontrollitakse tihedust, milleks pumbatakse kaevu torusse vett kõrge rõhu all 30 minuti jooksul. Tiheduse kriteeriumiks on rõhu langus umbes 0,3-0,5 MPa võrra. Nüüd on kaev täielikult kasutamiseks valmis.

Tamponeerimise tihedus suurendab kaevu debiteeritavust, pikendab manteltorude eluiga, kaitstes neid korrosiooni eest, ning ka veekogu enda eluiga.

Järeldused ja kasulik video teemal

Allpool esitatud videoklippides on juttu nafta- ja gaasitööstuse kaevudest, kuid tööde tehnoloogia põhimõte on sama, mis veekaevude puhul.

Kaevu üheastmelise tsementeerimise protseduur:

Mantsett-tsementeerimise tootmise spetsiifika:

Kaheastmelise tsementeerimise tehnoloogilised iseärasused:

Tsementeerimine – keeruline protsess, mis nõuab spetsialiseeritud tehnika kasutamist. Kuid see ei tähenda, et seda on võimatu iseseisvalt läbi viia. Valides ja õigesti valmistades tampoonimismörti, kasutades minimaalset seadmekomplekti, saab tööga täiesti ise hakkama.

Igal juhul ei ole kaevu ekspluateerimine ilma tüve tsemendiga tugevdamata pikaajaline ning kulutused uue veekogu puurimisele pole sugugi väiksemad.

Kui pärast materjali uurimist on Teil veel küsimusi selle kohta, kuidas kaevu pärast puurimist korralikult tsementeerida, või kui Teil on väärtuslikke teadmisi selle teema kohta, palun jätke oma kommentaarid allpool asuvasse blokki.