Провели тампонирование канализации в частном секторе. А вы знаете, как проходит тампонирование скважин. Подготовка к ликвидации скважины на воду

Скважина для питьевой воды это во многих случаях неотъемлемая часть загородного дома. Однако у нее, как и у любого искусственного объекта есть срок службы и со временем она выходит из строя. Причины могут быть разные, но когда скважиной перестают пользоваться ее нужно правильно ликвидировать. Этот процесс называется тампонаж скважин.

Определение тампонажа скважин

Итак, тампонаж – что это такое? Фактически, это закупорка скважины, которая делается для предотвращения загрязнения водоносных слоев. Для этого она заливается цементным раствором либо жидким пластиком.

Различают два вида этих работ:

1. Ликвидация – делается в тех случаях, когда источник приходит в негодность, либо надобность в нем отпадает.
2. Укрепление – в этом случае, тампонаж скважины на воду проводится после буровых работ, во время ее обустройства. Он нужен для защиты водоносных слоев от проникновения грязных поверхностных вод.

Запечатанная скважина

Фактически, ликвидация скважины путем тампонажа, требуется для артезианских источников. Это должно быть указано в ее паспорте, ведь одна из основных сложностей при ее бурении – это оформление разрешения. Все из-за того, что артезианская вода относится к природным недрам страны и охраняется законом. Поэтому, в случае возникновения опасности загрязнения, владелец должен обратиться к работникам санэпидемстанции с соответствующим заявлением.

Защита от верховодки

Что касается скважин на песок и абиссинских колодцев – ликвидационный тампонаж скважин для них не делается. Они не настолько глубоки, чтобы предоставлять опасность для загрязнения артезианских водоносных слоев.

Для них применяется защитный тампонаж, который делается во время обустройства скважины. Основная его цель – это обезопасить источник от попадания верховодки. Для этого, герметизируется околотрубное пространство.

Существует несколько способов, как это сделать:

• цементирование бетонным раствором – этот способ применяется довольно редко, т.к. есть более легкие варианты изоляции источника. В этом случае, вначале в околорубное пространство нужно засыпать мелкий щебень, а затем залить верхние несколько метров бетоном;
• сделать подсыпку – в некоторых случаях можно ограничиться простейшей гидроизоляцией, для этого, на небольшой глубине вокруг скважины расстилается полиэтиленовая пленка. А сверху она засыпается грунтом;
• устроить глиняную прослойку – так же как и в случае с цементированием вначале делается засыпка из щебня, а верхние несколько метров засыпаются глиной. Это довольно эффективный способ, т.к. она образует водонепроницаемый слой.

Таким образом, тампонирование скважин на песок и абиссинских колодцев делается довольно быстро. Причем, такие работы без проблем проводятся самостоятельно.

Глиняная засыпка

Методы работ

В зависимости от глубины колонны, могут применяться разные технологии:

• поэтапная – используется для глубоких скважин, принцип заключается в том, что каждый участок обсадной трубы цементируется по мере бурения. Минус – существенное увеличение срока работ;
• простая заливка бетонного раствора – в этом случае, цементная смесь заливается в околотрубное пространство и сама по себе стекает вниз. Существенный недостаток – практически невозможно проконтролировать качество работ. Тем более, могут образовываться многочисленные пустоты. Для борьбы с этим явлением, к стенкам обсадной трубы подсоединяется вибрационный аппарат, таким образом, раствор усаживается гораздо лучше. Вообще, этим способом имеет смысл пользоваться только для неглубоких источников;

Один из самых эффективных методов – это обратное цементирование. Однако для него требуется специальное оборудование. Принцип технологии заключается в подаче раствора на дно обсадной трубы под высоким давлением. Для этого, в нее опускаются трубы со специальным наконечником. Он представляет собой уплотнительное кольцо, которое не дает смеси подниматься в обсадную колонну. Таким образом, раствор движется снизу вверх и хорошо заполняет все пространство за обсадной трубой.

Обсыпка щебнем

Когда делается тампонаж

Эта процедура может проводится для скважин в таких случаях:

• требуется изоляция отдельных водоносных слоев – делается в том случае, когда в отдельных горизонтах вода низкого качества;
• использовать скважину больше не планируется;
• производительность источника упала, а восстановление проводить нет возможности;
• у нее истек срок службы;
• источник пришел в негодность по техническим причинам, например, возникла сильная коррозия обсадных колон или водоносные горизонты сильно загрязняются.

Кроме того, ликвидационный тампонаж скважин применяется для разведывательных проходок, цель которых исследование водоносных горизонтов. Также, цементирование позволяет укрепить колонну и существенно продлить срок ее службы. Дополнительным плюсом становится защита от возможной деформации и проникновения верховодок.

Материалы для тампонирования

Тампонирование скважины это процесс довольно сложный и ответственный. Кроме того, исправить допущенные в процессе ошибки не получится. Поэтому, все работы должны проводиться после предварительных расчетов и делаться профессиональными организациями.

Что нужно учесть при расчетах:

• глубина источника;
• состав грунта;
• наличие технических загрязнений;
• существующие дефекты конструкции.

Для закупорки чаще всего применяются цементные растворы – они обеспечивают хороший результат. В основе должен использоваться цемент, не ниже марки М400, а лучше М500. В некоторых случаях в раствор домешиваются специальные добавки – это нужно для пористых почв. Благодаря этому, получается сэкономить на растворе.

Этапы работ по ликвидации источников

При возникновении необходимости закупорки источника, важно понимать, что этим должны заниматься специализированные организации. Во-первых, у них есть соответствующее оборудование, а во-вторых, соответствующий опыт.

Схема цементирования

Этапы ликвидации делятся на две группы:

1. Подготовка.
2. Консервация.

Они включают в себя:

• общий анализ местности;
• определение характеристик скважины – глубина, дебет, схема обустройства;
• анализ ее состояния и по необходимости поиск причин загрязнения источника;
• определяется перечень необходимых работ и технология их проведения;
• готовится и согласовывается проектная документация;
• возле обсадной трубы вырывается приямок размерами 1,5 на 1,5 метра, глубина делается 1-2 метра;
• верхняя часть колонны обрезается;
• на этом, подготовительные работы заканчиваются, и начинается процесс ликвидации;
• при помощи специального оборудования труба хорошо прочищается от естественных загрязнений, а затем проводится дезинфекция;

Для защиты глубинных источников, укрепления обсадной колонны, а также пространства за трубами от попадания грунтовых вод и негативного воздействия породы применяется целый комплекс мероприятий, называемый тампонирование скважин. Однако скважины бывают разного назначения. В связи с этим у частных домовладельцев возникает вопрос, нужен ли тампонаж водяных скважин, и как он правильно делается.

Для начала разберёмся, что такое тампонирование. Под тампонированием скважины подразумевают заполнение трещин в горных породах или самой скважины цементным раствором. Это необходимо для предотвращения просачивания грунтовых вод, нефтяных залежей и иных ископаемых в ствол конструкции, а также для герметизации пространства между обсадной колонной и стенками проходки. Тампонаж скважины выполняется посредством подачи вяжущих растворов за обсадную трубу или непосредственно в ствол водозабора.

Выделяют следующие виды тампонирования гидротехнических сооружений:

• для защиты источника и ствола скважины от проникновения грунтовых вод и верховодки применяется тампонирование пространства за обсадной колонной;
• ликвидационный тампонаж – это цементирование ствола водозаборного сооружения в целях его ликвидации.

Последний вид тампонирования может понадобиться в случае, если старое гидротехническое сооружение представляет угрозу заражения подземных водоносных горизонтов. В первую очередь ликвидация старых скважин нужна для защиты артезианских источников от заражения, ведь они являются стратегическими запасами питьевой воды для государства.

Перед принятием решения о тампонировании собираются анализы и проводятся экспертизы компетентными органами. Составляется акт. После этого выполняется проект работ. Когда проект будет утверждён, затампонировать гидротехническое сооружение поручают специалистам. При сооружении артезианской скважины решение о ликвидации принимает организация, осуществляющая процесс бурения.

Важно знать: методом эксплуатационного тампонирования можно защищать только гидротехнические сооружения значительной глубины. Также большое значение имеют характеристики грунта.

Когда нужно тампонирование?

Перед тем как делать проект, решение о тампонировании принимается на основании следующих признаков:

• Ухудшилось качество воды в водозаборном сооружении. При этом восстановительные мероприятия не дадут должного эффекта либо вообще нецелесообразны.
• Дебет скважины уменьшился до минимума, и она больше не эксплуатируется.
• Небольшие временные гидротехнические сооружения больше не нужны, поскольку воду теперь подают из другого источника.
• Согласно акту обнаружены неустранимые дефекты в конструкции, которые привели к ухудшению качества воды или снижению производительности водозабора. То же самое делают, если устранение дефектов не выгодно по экономическим соображениям.
• Иногда согласно проекту выполняются пробные геолого-разведывательные или поисковые скважины. После получения нужной информации они в обязательном порядке подлежат тампонированию.
• Фонтанирующая скважина больше не эксплуатируется.
• Если поглощающие скважины угрожают заразить другие водоносные горизонты, их тампонируют.

Преимущества тампонирования

Тампонирование скважин позволяет достичь разных целей:

• Если выполняется дополнительное крепление обсадной колонны, то тампонирование позволяет значительно снизить риск деформационных изменений конструкции и разгерметизации стыков.
• Иногда верховодка и грязные грунтовые воды могут попадать в артезианские водоносные горизонты вдоль наружной поверхности обсадной трубы. Процесс тампонирования позволяет герметизировать чистые водоносные пласты.
• Иногда работы по тампонированию выполняются с целью дополнительной гидроизоляции сооружения.

Используемые растворы и особенности метода

Перед тем как выполнить проект на цементирование скважины, проводится целый комплекс расчётов, который позволяет вычислить объём используемой смеси, её состав, способы подачи. В процессе выполнения предварительных анализов стоит учесть такие факторы:

1. Глубина гидротехнического сооружения.
2. Расстояние между наружной поверхностью обсадной колонны и стенками скважины.
3. Форма проходки. Нарушения и дефекты, которые были выявлены во время бурения.
4. Состав почвы и её характеристики.

Если в этом районе ранее уже выполнялись работы по бурению, то многие данные можно получить из старого проекта. При этом процесс цементирования скважины пройдёт успешно с минимальным расходом материалов только при грамотном расчёте и наличии проекта.

Внимание: тампонирование гидротехнического сооружения – необратимый процесс. Поэтому исправить ошибки не удастся. Это может привести к снижению эффективности гидротехнического сооружения. В связи с этим разработку проекта и сам процесс стоит доверить только профессионалам.

В зависимости от состава грунта могут использоваться разные растворы для тампонирования:

• Традиционный цементно-песчаный раствор подходит для цементирования скважины, расположенной в плотной глинистой породе.

Важно: в качестве основы для такого раствора выступает портландцемент. Он обеспечивает хорошую подвижность смеси, что облегчает перекачку насосом, быстро затвердевает и даёт высокую прочность сцепления.

• Если скважина на воду выполнена в пористой породе, то работы ведут с использованием наполнителей для смеси. Для этого используют асбест, бумагу и другие волокнистые материалы. Если попытаться выполнить работы обычным цементно-песчаным раствором, то это может привести к повышенному расходу смеси.
• Иногда для тампонирования используются вспенивающиеся составы, которые расширяются в процессе застывания. Благодаря им значительно повышается качество герметизации водозаборных сооружений.

В тампонажную смесь добавляется песок и гравий. Но консистенция раствора должна оставаться жидкой. Смесь готовится быстро для облегчения перекачивания насосом. Раствор подаётся через заливочную трубу на высоту до 3 м. Для дезинфекции в него добавляется хлорная известь.

Подготовительные работы

Подготовкой к ликвидации скважины является составление акта и выполнение проектных работ. Проект обязательно согласовывается в органах санэпидемстанции. В данном случае ответственным лицом является владелец скважины. Он должен следить за тем, чтобы все работы проводились только согласно проектным решениям и с соблюдением правил тампонирования.

Когда работы будут закончены, в санэпидемстанцию и коммунальные службы должны быть поданы технические отчёты и акты о проведении работ.

Технология

Процесс тампонирования водозаборных сооружений может выполняться несколькими способами:

1. Обычная закачка цементно-песчаного раствора в просвет между обсадной трубой и стенками сооружения. При этом продвижение смеси происходит под собственным весом в направлении от устья конструкции вниз. Главное преимущество способа – его простота, однако качество тампонирования получится не очень высоким.
2. Технология обратного цементирования считается более эффективной. Данный метод выполняется так: в нижней части сооружения устанавливается пробка, отгораживающая рабочую зону. Затем раствор поставляется прямо в обсадную трубу, откуда под давлением он попадает за колонну и поднимается вверх в просвете между ней и стенками сооружения. Для получения нужного давления в скважину подаётся специальная жидкость под высоким давлением.
3. Для тампонирования глубоких скважин используется многоэтапная технология. Процесс выполняется на отдельных участках поочерёдно.
4. Не менее эффективным способом тампонирования скважины является глиняный столбик. Он помещается в проходку при помощи колонкового снаряда. Затем этот столбик выдавливается из колонны под давлением, создаваемым насосом. Чтобы избыточное давление могло сбрасываться, в снаряде есть небольшие дырочки. Они позволяют лишней жидкости изливаться наружу.

Важно знать: тампонирование выполняется на глубину залегания самого нижнего водоносного горизонта.

При выборе метода стоит помнить, что целью мероприятий является следующее:

• При качественном тампонировании всё пространство за обсадной колонной должно быть плотно заполнено раствором. Никаких пустот быть не должно. Кроме этого раствор должен давать хорошую адгезию со всеми поверхностями.
• Затвердевший раствор должен не поддаваться разрушающему воздействию грунтовых вод, которые порой могут иметь довольно агрессивный состав.
• Помимо этого смесь для тампонирования должна обладать хорошей механической прочностью, чтобы выдерживать давление окружающей породы на неё.
• Если используется технология обратного цементирования, то промывочная жидкость должна быть полностью удалена из зоны тампонирования. В противном случае качество цементирования будет очень низким.

При тампонировании скважин используются приспособления для смешивания цементно-песчаного раствора, а также цементировочные машины.

Закрепление грунта инъекцией зак­лючается в нагнетании одного или двух растворов в грунт через систему инъекторов или специально пробуренные скважины. Тампонажный раствор, распространяясь в грунте, заполняет поры и, соприкасаясь с поверхностью частиц, вступает с ними в химическую реакцию. При этом каждая из частиц грунта покры­вается слоем цементирующего вещества, в результате чего близ­лежащие частицы скрепляются друг с другом, образуя жесткий «скелет», способный выдержать значительно большую нагрузку, чем незакрепленный грунт.

При этом необходимо учитывать:

1. с увеличением вязкости инъецируемых растворов и давления, под которым производится нагнетание, на распространение растворов в грунте все большее влияние оказывает проницае­мость песчаных грунтов. Растворы стремятся найти разрых­ленную зону, устремляются в нее и, играя роль клина, раска­лывают грунт. При этом растворы способны продвигаться по создаваемым им ходам на достаточно большие расстояния. Явления разрыва сплошности грунта жидкими растворами и проникновения их по трещинам и ходам проявляются тем резче, чем меньше крупность частиц и влажность грунта;

2. при нагнетании растворов в неоднородные грунты происхо­дит их неравномерное проникновение в различные по водо­проницаемости слои. Степень неравномерности проникнове­ния жидкости в различные слои зависит от их коэффициен­тов фильтрации;

3. характер распространения нагнетаемых в грунт растворов определяет форму и степень однородности массива, получае­мого в результате закрепления.

Форма закрепления грунта зависит от инженерно-геологи­ческого строения основания. В однородных грунтах фигуры, по­лучаемые при нагнетании тампоиажных растворов через перфо­рированный инъектор, имеют форму эллипсоида вращения. Это объясняется тем, что нагнетаемый раствор распространяется от перфорированной части инъектора не только в радиальном на­правлении, но и вертикально вверх и вниз от ее верхнего и нижнего концов.

Рис. 2.18. Схема инъекционного закрепления грунтов: а - для одиночной заходки; б- для сплошного массива: 1 - расчетный массив закрепленного грунта от одной заходки; 2 - действительный массив закрепленного фунта от одной заходки для однородной среды; 3 - инъекторы; 4 - перфориро­ванная часть инъектора; 5 - сплошной массив закрепленного грунта

Таблица 2.10. Радиусы закрепления при силикатизации и смолизации грунтов

На основании геометрических параметров закрепления, опре­деленных по вышеприведенным формулам, и заданной проектом конструктивной схемы закрепления, форм и размеров закрепля­емого грунтового массива производится пространственное раз­мещение инъекторов в плане и заходок по глубине.

Нагнетание растворов в однородные по водопроницаемости грунты производится снизу вверх или сверху вниз. В неоднород­ных по водопроницаемости грунтах в первую очередь закрепля­ют слои грунта с большей водопроницаемостью.

Расположение инъекторов и конфигурации массивов при инъекционном закреплении грунтов в основании зданий и соору­жений для защиты от осадок фундаментов, расположенных вбли­зи строящихся подземных объектов, приводятся на рис. 2.19.

Рис. 2.19. Примеры использования инъекционных методов при строительстве городских подземных сооружений и закреплении грунтов осно­вания зданий

При двухрастворной силикатизации раствор хлористого каль­ция необходимо нагнетать как можно скорее после раствора сили­ката натрия. Допустимые временные перерывы составляют: при скорости грунтовых вод 0 м/сут - 24 ч; 0,5 м/сут - 6 ч; 1,5 м/сут - 2 ч; 3 м/сут -1ч. Инъецирование производится через два насо­са - каждый раствор своим насосом. Не допускается смешение растворов в баках и шлангах. Использовать оборудование, кото­рым инъецировался один раствор, для нагнетания второго мож­но только после его тщательной промывки горячей водой.

При газовой силикатизации перерыв между нагнетанием ра­створа и газа не должен превышать 0,5-1 ч, а газа и раствора - 0,5 ч. Возможно одновременное нагнетание газа и раствора сразу в нескольких заходках при условии, что расстояние между инъекторами должно быть не меньше 6r.

Для установления радиуса и предельного нагнетания в конк­ретных инженерно-геологических условиях проводят пробные закачки в грунт. Само нагнетание ведется при давлениях, мень­ших предельного, во избежание разрывов закрепляемого грунта м прорывов растворов на поверхность или за пределы закрепляе­мого массива. Давление нагнетания не должно превышать: при двухрастворной силикатизации - 1,5 МПа, при однорастворной силикатизации и смолизации песчаных грунтов - 1,0 МПа, про-садочных грунтов - 0,5 МПа.

Если при нагнетании гелеобразующий раствор прорывается на поверхность, то это обычно бывает связано с превышением предельного давления или попаданием раствора в разрыхленную зону или пустоту. В этом случае нагнетание необходимо прекра­тить и затампонировать обнаруженные разрыхленные зоны, пус­тоты и прорывы цементными или цементно-глинистыми раство­рами. Давление нагнетания необходимо снижать медленно во избежание забивки инъектора грунтом.

Прорыв гелеобразующего раствора на поверхность можно предотвратить, если выполнить пригрузку закрепляемой облас­ти. При усилении фундаментов существующих зданий роль при-грузки играет само сооружение и залегающие над закрепляемой областью грунты. В остальных случаях с этой целью могут быть использованы специально уложенные бетонные плиты, подбира­емые таким образом, чтобы их вес и прочностные свойства пре­пятствовали прорыву растворов на поверхность.

Нагнетание растворов через каждую скважину производится до условного отказа, за который принимается:

а) поглощение скважиной расчетного количества раствора
при давлении нагнетания, не превышающем проектного;

б) снижение расхода раствора, нагнетаемого через скважину,
до 5-5-10 л/мин с одновременным повышением давления нагнета­ния выше проектного.

При выполнении тампонажных работ необходимо учитывать нижеследующее.

1. Закрепление грунтов всеми способами, кроме термического, выполняется только при положительной температуре грунта. Термическое закрепление всех видов грунтов, кроме многолетнемерзлых, возможно и при отрицательных температурах грунта.

2. При закреплении грунтов в условиях плотной городской зас­тройки нельзя допускать засорения отвердевшими реагента­ми и повреждения расположенных поблизости инженерных коммуникаций (коллекторов, кабельных и телефонных кана­лов, дренажей и пр.).

3. Все работы по инъекционному закреплению грунтов должны быть закончены до устройства дренажа.

4. Все инъекционные скважины после их использования по на­значению обязательно должны быть ликвидированы путем их заполнения цементным раствором.

Производство тампонажных работ всеми способами включа­ет в себя следующие последовательно выполняемые операции:

Подготовительные и вспомогательные работы, включая при­готовление тампонажных растворов;

Погружение в грунт инъекторов путем их забивки или уста­новки в предварительно пробуренные скважины, а также обо­рудование инъекционных скважин;

Нагнетание тампонажного раствора в грунт;

Извлечение инъекторов и ликвидация инъекционных скважин;

Контроль качества закрепления.

Для выполнения комплекса тампонажных работ используют следующее оборудование: погружаемые в грунт или забуривае­мые инъекторы, оборудование для приготовления и нагнетания раствора, разводящую сеть, контрольно-измерительную и запор­ную аппаратуру, вспомогательное оборудование.

Для приготовления тампонажного раствора устраивают растворосмесительные узлы.

Комплекс оборудования для ведения цементационных работ показан на рис. 2.20.

Рис. 2.21. Комплекс оборудования для нагнетания глиноцементных ра­створов: 1 - бункер-накопитель; 2 - насос; 3 - смесительная машина; 4 - емкость для жидкого стекла; 5 - насос; 6 - емкость для глиноцемен-тного раствора; 7 - цементационный агрегат

Глиноцементные растворы готовят непосредственно перед нагнетанием (рис. 2.21). Исходный глинистый раствор из бункера-накопителя 1 насосом 2 подается в гидромешалку цементо-смесительной машины 3, куда вводится цемент. Глиноцементный раствор сливается в емкость 6, из которой высасывается насосом цементационного агрегата 7. Жидкое стекло вводится в смесь глиноцементного раствора насосом 5 из емкости 4 непосред­ственно в коллектор насоса цементационного агрегата.

Химические растворы рабочих концентраций готовят путем разведения исходных растворов чистой водой до проектной плот­ности.

При приготовлении тамионажных, в особенности химичес­ких, растворов необходимо строго следить за соблюдением дози­ровки и плотности компонентов. Только в этом случае можно до­биться максимального эффекта от закрепления. С этой целью наиболее часто используются растворомешалки РМ и СБ, а так­же установки производства германской фирмы «Бауэр».

Конструкция инъектора и механизма для его погружения за­висит от инженерно-геологических условий площадки производ­ства работ и мощности зоны закрепления.

Для закрепления грунта на глубину до 10 м применяется инъектор, состоящий из наголовника, колонн глухих звеньев труб, перфорированного звена, наконечника и соединительных частей. Для уменьшения уплотнения грунта и облегчения введения ра­створов в грунт перфорированное звено изготавливается мень­шим диаметром, чем глухие звенья. Забивка инъектора в грунт может осуществляться отбойными молотками. При забивке наго­ловник временно устанавливают без деталей, предназначенных для подачи раствора, которые монтируются после погружения инъектора.

К работам по забивке инъекторов предъявляют следующие требования:

Инъектор должен быть забит строго в указанном в проекте направлении и с точностью угла наклона 2-3°;

Забивка должна быть произведена на заданную глубину за максимально короткий срок;

При забивке оборудование не должно подвергаться сильному износу.

Погружение инъекторов на глубину 10-15 м осуществляют пневмоударниками или пневматическими молотками, например бурильными станками с пневмоударником СБУ-100 или станком НКР-100М, смонтированным на ходовой тележке СБУ-2 или КБУ-50. Инъекторы изготавливаются из металлических труб диаметром 58+62 мм. Перфорированная часть инъектора имеет длину 0,5-1,0 м.

При закреплении грунта на глубину более 15 м используется погружение инъекторов в предварительно пробуренные скважи­ны того же диаметра. Скважина бурится на глубину первой заходки. Затем раствор нагнетается в грунт. После нагнетания в первую заходку инъектор погружается в следующую заходку и далее цикл повторяется на всю глубину закрепления.

Закрепление грунта на большую глубину (до 120 м) прово­дится через манжетные инъекторы, опускаемые в предваритель­но пробуренные скважины диаметром 120-150 мм. Скважина бурится под глинистым раствором на всю глубину зоны закреп­ления, в нее погружается труба с резиновыми манжетами, закры­вающими ее отверстия. После этого производится нагнетание закрепляющего раствора.

Применяемые буровые установки должны обеспечивать:

Заданное направление скважин;

Высокую скорость бурения при минимальной стоимости ра­бот;

Минимальное зашламовываиие трещин раздробленной поро­дой;

Ровную поверхность трещины для установки пакеров.
Обычно для бурения скважин диаметром 40-150 мм на глу­бину до 100 м используют самоходные и передвижные установки шнекового бурения.

Оборудование скважин зависит от способа закрепления, гид­рогеологических условий и схемы нагнетания раствора. При це­ментации скважина оборудуется кондуктором с цементационной головкой. Кондуктор предназначен для закрепления и гермети­зации устья скважины, обеспечения заданного направления при бурении, установки цементационной головки с запорной армату­рой и измерительными приборами.

Инъекторы для силикатизации и смолизации грунтов состо­ят из наголовника, колонны глухих звеньев труб и соединитель­ных частей.

Для газовой силикатизации применяется манжетный инъек­тор с тампоном, состоящий из наружной перфорированной и внутренней (передвижной) трубы с тампонами. Нижний конец инъектора выполнен в виде сопла с шариковым прижимным кла­паном. Внутренняя труба предназначается для подачи реагентов в закрепляемую зону.

Регулирующая сеть предназначена для подачи закрепляющих растворов в необходимом количестве и под требуемым давлением от насосной установки к работающим инъекторам.

В качестве проводящей системы используются металличес­кие трубопроводы диаметром 36-50 мм или толстостенные рези­новые шланги с внутренним диаметром, рассчитанным на давле­ние до 3 МПа.

Тампонирование обычно ведется в подготовительный период строительства и применяется при большой мощности водообильных пород, залегающих на достаточно небольшой глубине от по­верхности. Работы могут выполняться:

На всю проектную глубину сразу - тампонаж одной заходкой;

Отдельными нисходящими заходками в направлении сверху вниз;

Отдельными восходящими заходками в направлении снизу вверх.

По окончании тампонажа и набора раствором необходимой прочности разбуривают несколько контрольных скважин и опре­деляют удельное водопоглощение массива. Если его величина не превышает 0,05 л/мин, то тампонирование считают успешным. При большем значении удельного водопоглощения тампонирова­ние повторяют до тех пор, пока не получат требуемой величины.

К строительным работам приступают после завершения там­понирования всей толщи водоносных пород и выдержки массива в течение 4-6 дней.

Тампонированием скважины называется комплекс работ по изоляции отдельных ее интервалов. Тампонирование осущест­вляется с целью предотвращения обвалов скважины и размыва­ния пород в пространстве за обсадными трубами, разделения водоносных или других горизонтов для их исследования, пере­крытия трещин, пустот, каверн, для ликвидации водопроявлений, поглощения промывочной жидкости при бурении.

Рис. 8.1. Общая схема тампонажа:

1 – колонна обсадных труб; 2 – тампонажный материал; 3, 4, 5 - изолируемый, водонепроницаемый и водоносный пласты соответственно.

При бурении на жидкие и газообразные полезные ископае­мые, а также на минеральные соли необходимо изолировать пласт полезного ископаемого от вышележащих пластов. Изоля­ция отдельных горизонтов в скважине необходима для предот­вращения проникновения грунтовых и пластовых вод в пласт полезного ископаемого. При подходе к продуктивному пласту про­ходка скважины прекращается в водонепроницаемом вышерас­положенном пласте. Затем в скважину спускают колонну об­садных труб, а кольцевое пространство между низом колонны и стенами скважины заполняют водонепроницаемым материа­лом. Тампонированием затрубного пространства обсадная ко­лонна предохраняется от сжатия давлением и корродирующего воздействия минерализованных подземных вод.

Применяют постоянное и временное тампонирование. Посто­янное тампонирование проводят на длительное время. При по­стоянном тампонировании околоствольное пространство изоли­руется от ствола скважины. Временное тампонирование предна­значается для изоляции отдельных горизонтов и проводится на срок испытания скважины.

Тампонирование производят для разобщения и изоляции водо­носных пластов с разным химическим составом. Например, для изоляции горько-соленой воды от питьевой, изоляции водоносных пластов от нефтегазоносных, для производства опытных нагнетаний воды в пористый пласт, для защиты обсадных труб от коррозии минеральными водами, для устранения циркуляции подземных вод по стволу скважины при извлечении обсадных труб и ликвидации скважины.

В качестве тампонажных материалов используют глину, це­мент, глиноцементные смеси с наполнителями, быстросхватывающиеся смеси (БСС), битумы и смолы.

Тампонирование глиной применяют при бурении неглубоких разведочных или гидрогеологических скважин. Если в месте намечаемого тампонирования залегает пласт глины мощностью 2-3 м, то тампонирование осуществляют задавливанием башмака обсадной колонны в глину, предварительно пробурив этот лласт на 0,5-0,6 м.

При отсутствии на забое глины или при недостаточной мощ­ности ее пласта нижнюю часть скважины заполняют вязкой глиной, в башмак обсадной колонны вставляют конусную проб­ку, которой выдавливают глину в затрубное пространство. По окончании тампонирования пробки разбуривают.

Тампонирование с помощью цемента называется цементиро­ ванием скважин. Цементирование используют при бурении скважины на воду, нефть, газ и в случаях, когда необходимо получить прочный и плотный тампон на весьма продолжитель­ное время.

Для цементирования скважин используют тампонажный це­мент на основе портландцемента.

После смешивания с водой тампонажный цемент должен да­вать подвижный раствор, перекачиваемый насосами, который с течением времени загустевает и затем превращается в водо­непроницаемый цементный камень. Цементный раствор надо изготовлять как можно быстрее, чтобы предупредить его схва­тывание во время нагнетания в скважину. Готовят цементный раствор в цементомешалках или в специальных цементировоч­ных агрегатах, смонтированных на автомобиле.

Наиболее широко применяемый способ цементирования при разведочном бурении - погружение башмака обсадной колонны в цементный раствор, залитый на забой скважины. Забойное цементирование проводят для изоляции нижней призабойной части колонны обсадных труб. Цементный раствор заливают в скважину через заливочные трубы на высоту 2-3 м.

После извлечения из скважины заливочных труб на забой спускают колонну обсадных труб. После затвердения цементно­го раствора разбуривают пробку в обсадных трубах и продол­жают проходку скважины.

Временное тампонирование скважин производится на непро­должительный период проведения раздельного исследования во­доносных (нефте- и газоносных) горизонтов.

Для разобщения отдельных участков скважины, подвергае­мых исследованиям (откачки, нагнетания), используют специ­альные тампоны, называемые пакерами. По принципу действия различают пакеры простого и двойного действия. Пакеры про­стого действия разделяют скважину на два изолированных друг от друга участка, а двойного действия - на три.

Принцип действия пакера основан на том, что при расшире­нии резиновой манжеты или подушки надежно уплотняется за­зор между стенками скважины и колонной труб, на которой опускается тампон. Резиновая манжета (подушка) в скважине может уплотняться механически, с помощью воды или сжатого воздуха.

Гидравлический пакер (рис. 8.2.) с двумя резиновыми каме­рами 3 (двойного действия) спускают в скважину на колонне труб 1. Вода, подаваемая под давлением через трубки 2 в ка­меры 3, прижимает их к стенкам скважины. Таким образом скважина разделяется на три участка. Через фильтровую трубу 4 после установки пакера производят опытные откачки или наливы.

Рис. 8.2. Гидравлический пакер:

I – водоупор; II – пористый водоносный пласт; 1 – колонна обсадных труб; 2 – трубка для нагнетания воды; 3 – камера; 4 – соединительная трубка; 5 – фильтровая труба; 6 – глухая пробка

Тампонирование без обсадных труб. Для борьбы с погло­щением промывочной жидкости без уменьшения диаметра сква­жины применяют БСС различного состава. Дозировка смеси, содержащей портландцемент, глинистый раствор, жидкое стек­ло, каустическую соду и воду, зависит от качества цемента и глины. Изменением количества жидкого стекла и каустической соды регулируют свойства смеси и сроки ее схватывания. Че­рез 20-35 мин после приготовления БСС теряет подвижность, а через 1-1,5 ч заканчивается ее схватывание. Используют также тампонажные смеси на основе синтетических смол путем смешивания их с наполнителем и последующим введением в смесь отвердителя.

Тампонажные смеси должны быть доставлены к месту по­глощения промывочной жидкости до потери подвижности. Смесь, доставляют одним из следующих способов: 1) заливкой через устье неглубокой скважины; 2) закачиванием через бурильную колонну, 3) в колонковом наборе, закрытом снизу глиняной пробкой, с последующим выдавливанием промывочной жид­костью; 4) с использованием специальных тампонажных уст­ройств.

Доставленную в зону поглощения тампонажную смесь после выдержки в течение времени, необходимого для ее затвердева­ния, разбуривают.

Производство работ по цементированию скважины при помощи двух пробок

Если необходима большая высота подъема цемента в затрубном пространстве (на любое расстояние от забоя, вплоть до устья скважины), применяется цементирование под давлением с разделяющими пробками . При этом используют две разделяющие пробки и цементировочную головку. Разделяющие пробки снабжены уплотняющими резиновыми манжетами. Верх­няя пробка сплошная, а в нижней выполнен осевой канал, пе­рекрытый стеклянным диском или резиновой перепонкой.

Промывка затрубного пространства . Через отвод 1 (рис. 8.1, а) цементировочной головки нагнетают промывочную жидкость для промывки скважины. При этом колонна обсадных труб подвешена в устье скважины с помощью лафетного хомута и не касается забоя.

Введение в обсадные трубы нижней пробки . Для этого цементировочную головку отвинчивают от колонны и в устье обсадной ко­лонны вводят нижнюю пробку. После этого навинчивают цементировочную головку с закрепленной в ней верхней пробкой

Нагнетание цементного раствора в колонну обсадных труб. Освобождение верхней пробки и ее продавливание вдоль колонны. Вывинчивают выдвижные стопоры 6 цементировоч­ной головки, освобождая этим верхнюю пробку и через отвод нагнетают промывочную жидкость (глинистый раствор или воду) для продавливания пробок. Тогда система, состоящая из двух пробок и цементного раствора между ними, будет перемещаться вниз.

Продавливание цементного раствора в затрубное пространство . Когда нижняя пробка упрется в упорное (стопорное) кольцо, закрепленное между трубами и башмаком, тогда возросшим давлением насоса раздавливается стеклянная пластинка, перекрывающая отверстие в нижней пробке, и цементный раствор через это отверстие продавливается в кольцевое затрубное пространство (рис. 8.1, в). Окончание нагнетания цементного раствора в затрубное про­странство соответствует моменту схождения пробок (рис. 8.1, г), определяемому по резкому повышению давления на манометре.

Снятие колонны обсадных труб с лафетного хомута и спуск колонны до забоя .

Для этого колонну с помощью элеватора, крюка, талевой системы и лебедки бурового станка приподнимают, вынимают из корпуса лафетного хомута и спускают колонну до забоя.

Выдерживание колонны обсадных труб под давлением (при за­крытых отводах 1 и 2) в течение 12-24 ч до конца схватывания и затвердевания цемента.

Снятие цементировочной головки , разбуривание пробок и упорного кольца, очистка забоя.

Проверка результата тампонирования . Для этого понижают откачкой уровень жидкости в скважине ниже (не менее чем на 10 м) статического уровня тампонируемого водоносного горизонта. Если в течение суток уровень воды в скважине не поднялся (не учитывая поднятия уровня до 1м за счет стенания капель по стенкам труб), то считают, что тампонирование водоносного пласта произведено и об этом составляется акт.

Рис. 8.1. Схема тампонажа скважины цементом по способу «с двумя пробками»:

а – начало закачивания цемента; б – конец закачки цемента; в – начало подъема цемента в затрубное пространство; г – конец цементации

1 – запорный кран; 2 – манометр; 3 – головка для цементации; 4 – верхняя часть пробки; 5 - резиновые манжеты; 6 - нижняя часть пробки; 7 – обсадная труба; 8 - верхняя пробка; 9 - нижняя пробка

ТАМПОНИРОВАНИЕ скважин (а. well plugging, well grouting, well cementation; Н. Abdichtung der Воhrungen, Zementierung der Воhrungen; ф. bouchage des puits, tamponnage de sondages; и. tamponamiento de perforaciones, tamponamiento de agujeros) — нагнетание в специальных тампонажных растворов с целью ликвидации осложнений при в зонах поглощения, водопритоков, кавернозных и трещиноватых участках разреза .

Тампонирование производится в основном закачиванием раствора через бурильную колонну , спущенную на глубину изолируемого интервала. В случаях расположения проницаемых пластов на небольшой глубине (200-500 м) тампонажные растворы закачивают по стволу с продавливанием их буровым раствором в зоны поглощения. Когда при бурении встречаются проницаемые породы с крупной трещиноватостью, в этот интервал, как правило, закачиваются вязкопластичные составы на основе цемента, глинопорошка и полимерных добавок (1-5% гипана, метаса, полиакриламида). Наиболее широко применяются быстросхватывающиеся смеси, на основе цемента, в которые добавляют ускорители схватывания (например, 5-8% хлористого кальция).

Тампонирование карстовых полостей, сильно кавернозных проницаемых пород иногда производят с помощью глинолатексных смесей, состоящих из глинистого раствора , приготовленного из бентонитового порошка и латекса марки СКС-50 КГП или СКИ-3 (в объёмном соотношении 2:1), которые при контакте с пластовой водой превращаются в резиноподобную массу за счёт коагуляции латекса. При вскрытии нескольких зон поглощения изоляционные работы, как правило, ведут с использованием гидромеханического пакера, установленного на конце бурильной колонны. При тампонировании непоглощающих кавернозных интервалов обычно применяется цементный раствор. Для полного заполнения каверн цементным раствором в скважину спускаются бурильные трубы с открытым концом, установленным ниже кавернозного участка. Цементный раствор заполняет каверны от подошвы вверх. После заполнения каверн цементным раствором бурильные трубы поднимаются. Скважина оставляется в покое на время затвердения цементного раствора. Затем разбуривают образовавшийся столб цемента и ствол приобретает номинальный диаметр. Эффективность тампонирования проницаемых пластов, особенно трещиноватых, усиливают путём добавки в тампонажный раствор наполнителей (кордное волокно, резиновая крошка, опилки и т.д.). Размер частиц применяемых наполнителей колеблется от 1 до 7 мм при закачке тампонажного раствора через бурильную колонну с открытым концом и от 7 до 20 и более мм при закачке его по стволу скважины.

Тампонирование пород и нарушений в обсадных колоннах , спущенных в скважину, чаще всего производят с помощью смол, проникающая способность которых в малые каналы (менее 1 мм) намного выше, чем тампонажных растворов на основе цемента. Широко используются составы на основе органических материалов (феноло- и резорцино-формальдегидные термореактивные смолы ТСД-9, ТСД-10 и производных полиакриловых кислот — гипан и т.д.). Для тампонирования водопритоков, разобщения водоносных и нефтяных пластов применяется алкилрезорциновая эпоксифенольная смола (ГТМ — гидрофобный тампонажный материал). При тампонировании цементным или другим тампонажным раствором обычно используется цементировочный агрегат (ЦА) с 2 поршневыми насосами и смесительная машина (СМ) с бункером , заполненным сухим цементом. Для приготовления цемента один насос ЦА подаёт воду к специальному перемешивающему устройству в СМ. К нему же подаётся с помощью шнеков цемент из бункера СМ. В скважину цементный раствор закачивается вторым насосом ЦА. Иногда для ликвидации поглощений используют тампоны , устанавливаемые непосредственно в интервале зоны поглощения.

Тампоны представляют собой контейнеры, наполненные сухим тампонажным веществом (цемент, гипс , глинопорошок и т.д.). При разбуривании эта смесь смачивается буровым раствором и образует вязкопластичную перемычку в проницаемом интервале приствольной части скважины. Тампонирование проницаемых пластов специальными тампонажными растворами в бурящихся скважинах позволяет эффективно ликвидировать поглощения, сокращать в 2-3 раза затраты времени и материалов на борьбу с поглощениями буровых растворов при бурении скважин. Тампонирование водопритоков в эксплуатирующихся нефтяных месторождениях обеспечивает добычу безводной нефти и увеличивает сроки эксплуатации скважин.