Технология тампонирования. Тампонирование трубопроводов и скважин

Тампонирование скважины - комплекс работ по гидроизоляции отдельных ее интервалов.

Цели тампонажа:

• 1) разделение и изоляция водоносных и других горизонтов;
• 2) укрепление стенок скв;
• 3) ликвидация водопроявлений;
• 4) устранение поглощения промывочной жидкости;
• 5) защита подземных вод от загрязнения.

Проектом предусматривается затрубный цементный тампонаж.

Цементом называется вяжущее вещество, которое, будучи замешано с пресной водой в тесто, твердеет как в воздухе, так и в воде. Цемент изготавливают путем тонкого измельчения клинкера (обожженной до спекания смеси известняка и глины) совместно с гипсом в количестве, необходимом для регулирования сроков схватывания и твердения. (Воздвиженский,1979)

Тампонаж производится в интервалах зоны поглощения и самого нижнего слоя представленного песком, т.е. где установлены обсадные трубы с целью гидроизоляции:

устья скважины в интервале 0,0 - 5,0м;

зоны поглощения в интервале 90 - 130м.

Схема тампонирования скважины

Проектом выбрана схема тампонирования двумя пробками. Тампонаж по способу «с двумя пробками» наиболее надежный, но и наиболее сложный способ, при котором процесс цементации распадается на два этапа.

Первый этап.

Подготовка забоя скв, заключающаяся в его очистке, а в некоторых случаях - и расширении. Для очистки скв обсадные трубы поднимаются с забоя на 0,5-1,0м. На верх колонны обсадных труб навинчивают специальную головку для цементации и присоединяют шланг промывочного насоса, при помощи которого промывочную жидкость нагнетают в обсадные трубы. Под давлением насоса промывочная жидкость вытесняется из обсадных труб в затрубное пространство и поднимается до устья скв. Такую промывку затрубного пространства производят для того, чтобы облегчить проникновение в него цементного раствора.

Второй этап.

После промывки затрубного пространства колонна обсадных труб остается подвешенной над забоем, головку для цементации свинчивают с обсадных труб, а в трубы опускают нижнюю пробку, которую при помощи штанг подталкивают на некоторое расстояние. Сверху этой пробки наливают (специальным насосом) цементный раствор, поверх которого вновь вставляют верхнюю пробку. Таким образом, цементный раствор становится зажатым меду двумя пробками. На верхнюю пробку нагнетают промывочную жидкость, которая проталкивает обе пробки и раствор между ними к забою скв. Закачку промывочной жидкости продолжают до тех пор, пока верхняя пробка не встретится с нижней, которая по выходе из труб останавливается на забое, а цемент выжимается в затрубное пространство. Как только прекратится заталкивание пробки, немедленно прекращается подача промывочной жидкости, освобождаются хомуты простых труб и колонна под действием собственного веса или при применении добавочного давления опускается на забой. СКВ в таком состоянии оставляют в течение 1-3 суток, что зависит от качества цемента и др. условий. Для тампонажных работ при бурении скв используют специальный сорт цемента - тампонажный. Техническими условиями предусматриваются сроки начала и окончания схватывания цементного раствора. (Рис. 1.2.)

Рис. 1.2.

а - начало закачки 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 проб ка, 9 - нижняя пробка

Расчет количества тампонирующего раствора

D - диаметр скв;

d- наружный диаметр обсадных труб;

H - высота зоны тампонажа.

Интервал 0,0 - 5,0м

D = 93мм = 0,093м;

d = 89мм = 0089м;

V цр =0,002 м 3 для одной скв

2* V ц.р. = 2*0,006 = 0,0047 м 3 для двух скв

Интервал 90 - 130м

D = 76мм = 0,076м;

d = 73мм = 0,073м;

V цр =0,0314 для одной скв

2* V ц.р. = 2*0,0314 = 0,0628 м 3 для двух скв

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;

Скважине, как и реке и любому другому естественному водоему, свойственно пересыхать или же замуляться. Поэтому когда срок её эксплуатации подходит к концу, и с каждым днём вы всё больше замечаете ухудшения подачи воды — вам необходимо выполнить её ликвидационный тампонаж.

Основные же его этапы и способы проведения мы рассмотри на примере , которая является основным источником чистой, кристальной воды. Главное при этом помнить, что тампонирование – процесс сложный, не требующий спешки.

1 Когда необходимо применение ликвидационного тампонажа скважин?

Что касается назначения - ликвидационный тампонаж скважин предназначен для непосредственного предотвращения попадания загрязняющих поверхностных вод в чистый водоносный слой. Это зачастую происходит после окончания эксплуатации водозаборного колодца.

Помимо всего прочего ликвидация скважины может происходит и в следствии других причин, таких как:

• неисправность (по геологическим или же техническим причинам) питьевой ;
• максимальная выработка колодцем ресурса водоносного слоя;
• предотвращение опасного загрязнения колодцем водоносного слоя вследствие неправильной эксплуатации или же его бурения;
• предотвращение слияния вод разных горизонтов (как, к примеру, пресных и минеральных).

Кроме этого, применение тампонажа артезианской скважины в последних двух случаях может проводиться по той причине, что в течение эксплуатационного срока скважины были разрушены её . Также при обустройстве колодца могло быть плохо заизолировано устье. Как видим, бурение, и дальнейшее обустройство артезианской скважины играет огромную роль в продлении срока её эксплуатации.

Но не менее важным для артезианки является и сам процесс тампонирования. Благодаря нему в будущем вы сможете пробурить ещё одну скважину недалеко от предыдущей.

1.1 Способы проведения работ

В большинстве случаев на практике используются 2 способы тампонирования, о которых мы упомянем ниже. Главное при этом разобраться с их особенностями и технологией.

Итак, первым (временным) является способ применения различных тампонов и глины.

Для этого требуется использовать жирную глину, в которой не будет содержаться посторонних примесей — для чего его требуется тщательно перемешать с использованием мешалки.

Из получившейся породы требуется скатать (можно вручную) шарики. Размер каждого — примерно с кулак величиной. Скатанные шарики требуется высушить — просто оставить на солнце — после чего забросить их в выработку (порционно — штук по 12-15 за раз).

Как вариант — шарики можно опустить на дно выработки с помощью желонки, на конце которой устанавливается открывающийся наружу клапан (в случае применения желонки шарики можно и не высушивать). Каждую из порций желательно трамбовать, одновременно с этим поднимая трубы. Всего высота «пробки» из глины должна составлять примерно полтора метра — не более.

Второй же тип относится уже к постоянным, так как скважину заливают бетонном специальным раствором. Многие думают, что первый способ является не актуальным. Но это не так. Ведь, когда нужно испытать скважину, с целью изолирования водоносных слоев или же их отдельных интервалов, необходимо произвести временное тампонирование. В случае, когда скважина уже изжила свое, вам необходимо выбрать второй тип – непосредственно её ликвидацию.

Если же скважины на некоторое время разделяют на определенные отрезки, то в данном случае необходимо применять специальные тампоны – пакеры. Они также используются в процессе исследования горных пород, разнящихся наличием трещин и пористостью. Благодаря ним также можно проверить качество цементирования скальных пород.

1.2 Какое требуется оборудование для ликвидационного тампонажа скважин?

В отличие от бурения, для проведения ликвидационного тампонажа вам потребуется гораздо техники и материалов.

Прежде всего, нам понадобится пластичная жирная глина. В случае, когда произошло с использованием специального глинистого раствора, которая в последующем тампонируется цементом, перед началом ликвидации её нужно промыть водой. Это осуществляется с целью её разглинизации.

Что же касается самого непосредственно оборудования, то вам понадобится специальный насос, металлическая трамбовка и бурильные трубы.

2 Этапы и особенности проведения работ

1. На самом начальном этапе ликвидационного тампонажа необходимо с помощью насоса нагнетать цементный раствор посредством бурильных труб, опущенных до забоя.
2. После чего постепенно поднимают. Делается это по мере заполнения колодца цементным раствором.
3. Как только бурильные трубы и насос будут подняты на поверхность, их сразу же необходимо промыть водой, с целью очистки от остатков цементного раствора.

Если же тампонирование осуществляется глиняным способом, глину нужно замочить, готовя при этом густое «тесто». После этого с применением глинопресса (можно также и вручную) готовятся цилиндры. Затем сформированные глиняные цилиндры нужно поместить в забой скважины с помощью применения длинной колонковой трубы.

Зачастую её немного приподнимают (примерно до 1,5 м над забоем), после чего посредством насоса и высокого давления воды (до 1,5 МПа) выпрессовывают. Для обеспечения высокой надежности конструкции каждая порция полученной тампонажной глины дополнительно прессуется специальной металлической трамбовкой.

Но бывают и случаи, когда в процессе разведки некоторых районов, к растворам тампонажа добавляют песок. Если же присутствует полное поглощение промывочной жидкости на промежутке колодца, находящегося выше зоны поглощения, специалистами зачастую устанавливаются специальные деревянные пробки.

В конце ликвидационной процедуры в устье скважины оставляют сформированную обсадную трубу на верхнем конце которой находится цементная пробка. Дополнительно нужно пометить на трубе глубину и номер колодца (скважины), который затампонировали.

Важно также помнить и о том, что осуществляя работы по ликвидационному тампонажу скважин, необходимо руководствоваться утвержденными на законодательном уровне правилами и инструкциями, созданными специально для этого вида работ.

Если же ликвидационное тампонирование выполняет специальная подрядная организация, по окончанию работ нужно потребовать от неё составления акта. Форма его предусмотрена специальными инструкциями.

Также при таком процессе, как тампонирование вы должны учитывать тип грунта. Потому как в процессе выполнения вышеуказанных работ, очень важно, чтобы применяемый для этого раствор надежно законсервировал скважину.

И если всё будет произведено по правилам, водоносный слой избежит загрязнения, а в будущем вы сможете повторно и наслаждаться чистой питьевой артезианской водой. Главное при этом правильно обустроить и пробурить колодец. Так как от этого напрямую и будет зависеть, как долго можно избегать ликвидационного тампонажа.

Для этого вы можете использовать как собственные силы, так и нанять квалифицированных специалистов. Так как, проводя тампонирование, важно знать пропорции материалов, используемых для приготовления самого непосредственно ликвидационного раствора. Ведь именно от его качества (а именно плотности) и будет зависеть надежность вашей тампонажной конструкции в будущем.

2.1 Выполнение ликвидационного тампонажа (видео)

Причины тампонажа артезианских скважин и способы его выполнения. Как выбрать материал, последовательность работ при цементировании шахты.

Что такое тампонаж артезианской скважины?

Артезианские скважины считаются ценными источниками питьевой воды и являются стратегическим запасом страны. Сооружения такого типа подлежат обязательному цементированию для сохранения чистоты глубинного водоносного слоя, которое проводится согласно проекту тампонажа скважины. Толстый санитарный пласт снижает скорость проникновения грязной воды под землю, и пока она достигнет водоносного слоя, все патогенные микроорганизмы погибнут.

Доработке подлежат шахты, имеющие типовое устройство: это выработка небольшого диаметра, стенки которой укреплены обсадной трубой. Соседние элементы ствола соединяются резьбовым соединением, сваркой или хомутами. В нижней части источника расположен фильтр. Различают колодцы, у которых пьезометрический уровень (напор) воды поднимается более чем 1,5 м над поверхностью и менее 1,5 м.

Тампонаж проводится в двух случаях: для ликвидации скважины или для предотвращения попадания грязи в подземные слои через зазор между обсадной трубой и грунтом.

Процедура в обоих случаях похожа - пустоты заполняются специальными смесями. Только для ликвидации раствор заливают в обсадную трубу, а для укрепления - вокруг нее.

С помощью тампонажа выводят из эксплуатации только артезианские скважины. Источники другого типа закрывают подобным образом только в особых случаях.

Укрепляющее тампонирование также проводится для защиты стыков между частями обсадной трубы. В артезианских скважинах на ствол действует большая механическая нагрузка, которая может повредить шахту или стыки ствола. В этом случае через щели начнет поступать жидкость из верхних водоносных слоев или плохо очищенная дождевая вода. Чтобы избежать неприятностей, все пространство возле стыков заполняется цементным или глиняным раствором. Образовавшаяся оболочка, кроме того, надежно защищает искусственный ствол от агрессивных подземных вод.

Укрепляющее тампонирование можно выполнить различными способами:

• Прямой . Смесь выливается между обсадной трубой и грунтом. Она самостоятельно опускается и заполняет все пустоты.
• Обратный . Раствор выливается в скважину, а затем в ней создается давление, выдавливающее его в пространство между трубой и грунтом.
• Многоэтапный . Пустоты заполняются одновременно с бурением ствола, каждый участок обрабатывается отдельно.

Достоинства и недостатки каждого способа приведены в таблице:

Метод	Достоинства	Недостатки
Прямой	Не требуется специального оборудования, простота выполнения	Невозможно контролировать процесс заливки, смесь не просачивается на большую глубину
Обратный	Пустоты надежно закупориваются, но не на всей глубине шахты	Требуется специальное дорогостоящее оборудование
Многоэтапный	Пустоты закрываются на всей глубине шахты	Сроки работы значительно увеличиваются

Причины и схема тампонажа скважины

Ликвидационное тампонирование скважин выполняется с помощью специальных растворов, которые подаются в шахту по трубам. Оно проводится по следующим причинам:

1. Дебет источника снизился, и его эксплуатация невозможна.
2. Появились другие источники водоснабжения.
3. Выявлены дефекты ствола, которые невозможно устранить.
4. Ухудшение качества воды.

Водоносный слой может быть загрязнен бактериями и химическими веществами, которые проникают глубоко под землю с дождевой водой. В большинстве случаев они остаются в верховодке, которая ограничена сверху и снизу водонепроницаемыми глиняными пластами. Сама почва также задерживает грязь. Но если в данной местности водоносный слой один, к нему может проникнуть грязная вода, даже если он находится далеко от поверхности. Поэтому артезианскую скважину рекомендуется бурить на возможно большую глубину. При обнаружении химических элементов или вредоносных бактерий источник придется ликвидировать с помощью тампонажа.

В некоторых случаях проводят временный тампонаж. Он применяется, если артезианская скважина проходит испытания или ремонт, при котором необходимо освободить часть ствола от воды. Ставится он на ограниченный промежуток времени. Приспособления для временного тампонажа могут быть гидравлические, пневматические и механические. Самая простая конструкция - механическая, состоящая из резиновой насадки и жесткой штанги. При вращении центральной части размеры насадки увеличиваются, и она плотно закупоривает проем.

Иногда необходимо уменьшить глубину выработки, чтобы начать выкачивать жидкость с другого водоносного слоя. В этом случае проводится частичное цементирование, отсекающее нижнюю часть шахты.

Принципиальная схема ликвидации артезианской скважины выглядит следующим образом:

1. Подача заявления владельца источника или предписания соответствующих служб в местные органы власти.
2. Согласование процедуры с санитарно-эпидемиологической службой.
3. Разработка проекта работы.
4. Цементирование шахты согласно основному правилу ликвидационного тампонажа скважин, которое заключается в частичном или полном заполнении ствола над водоносным слоем специальным раствором.
5. Составление акта о выполнении работ и передача его в государственные структуры после окончания работы.
6. На законсервированном источнике оставляют табличку с указанием ее глубины и номера артезианского колодца.

Как сделать тампонаж скважины

Тампонаж относится к сложным работам, выполняемым с помощью специального оборудования. Однако существуют простые способы цементирования, которые способны сделать хозяева источника при наличии минимального опыта бурения и обустройства шахт. Рассмотрим последовательность проведения тампонажа при ликвидации артезианской скважины и укреплении стенок ствола.

Выбор материалов для проведения тампонажа

Тампонаж скважины на воду начинается с определения материала для создания рабочей смеси и расчета его количества. Выбор компонентов зависит от состава почвы, а количество определяется по объему заполняемого пространства.

Обращайте внимание на такие моменты:

• Раствор из песка и цемента годится только для скважин, выполненных в глинистых слоях. Основой должен быть цемент марки 400 или выше. Он позволяет приготовить жидкую смесь, которая легко перекачивается по шлангам. Для повышения прочности пробки можно добавить в нее щебень или гравий. Цемент не применяют в шахтах, выполненных в рыхлых почвах, т.к. расход будет очень большим.
• При тампонировании в пористых грунтах используют асбест, бумагу и волокнистые вещества.
• Для работы с рыхлыми грунтами в цемент добавляют различные наполнители и вспенивающие средства для повышения герметичности.
• При определенных условиях для этих целей используют глину, которую подготавливают особым образом.

Пошаговая инструкция при ликвидации скважин

В артезианских скважинах вода выходит на поверхность под давлением грунта. Перед началом работы устраните самоизливание воды, приварив к оголовку колено длиной 1 м. Если увеличение высоты ствола не помогает, для тампонирования используйте специальные приспособления для глушения шахт - фонтанную аппаратуру, насос для закачивания жидких растворов, желонку. Все оборудование можно взять в аренду, однако необходимо еще иметь опыт работы с ним.

Тампонаж выполняется следующим образом:

1. Закрепите на торце обсадной трубы фонтанную аппаратуру.
2. Соедините ее шлангом с нагнетающим насосом. Мощность устройства должна превышать давление водяного столба.
3. Приготовьте утяжеленный глиняный раствор.
4. Включите насос и закачайте смесь в скважину. Она перекроет поступление воды на поверхность.
5. Демонтируйте фонтанную аппаратуру.
6. Приготовьте цементную смесь.
7. Опустите в ствол колонную трубу и закачайте в него подготовленный раствор. Вместо цемента скважину можно тампонировать глиной, которую опускают желонкой.
8. Если фонтанная аппаратура отсутствует, вытекание воды можно прекратить с помощью грязевого насоса. Установите колонну труб в шахту на 1-1,5 м выше дна и через нее закачайте утяжеленный глиняный раствор.

Если давление воды в колодце небольшое и жидкость не выходит наружу, выполните следующие операции:

• Очистите скважину от мусора с помощью специальных приспособлений, например, желонки. Промойте шахту дезинфицирующим составом. Для этой цели понадобится хлорированная вода, объем которой равен тройному объему ствола.
• Насыпьте в скважину песок выше уровня фильтра.
• Приготовьте глину или цементный раствор для тампонажа с помощью бетономешалки. Для процедуры используйте вязкую глину с содержанием песка 5-6%.
• Изготовьте из нее шарики, которые на несколько миллиметров меньше диаметра скважины.
• Высушите заготовки.
• Бросайте шарики в ствол по одному с интервалом 2-3 секунды.
• Глину периодически трамбуйте специальным инструментом. Для получения хорошего результата создайте слой, который будет выше фильтра на 1,5-2 м.
• Заполните все пространство скважины до верху цементным раствором.

Для ликвидационного тампонажа скважин можно использовать глиняные цилиндры, изготавливаемые на прессе. Глину на дно колодца опускают желонкой с поршнем. Вместо нее допускается применять специальную трубу, которая устанавливается в скважину и крепится посредине проема.

Процесс выполняется следующим образом:

1. Опустите снаряд с глиняным цилиндром на высоту 1,5 м от дна.
2. Выдавите поршнем грунт из желонки.
3. Поднимите инструмент на поверхность.
4. Утрамбуйте глину специальным приспособлением.
5. Повторите операцию, чтобы над фильтром образовался слой грунта заданной высоты.

При необходимости перейти на другой водоносный слой артезианскую скважину допускается тампонировать частично. Для этого опустите в ствол трубу меньшего диаметра и создайте цементную пробку высотой 7-10 м.

Укрепление стен скважины

Для укрепления стенок артезианской скважины зазоры между обсадной трубой и грунтом цементируется по специальной технологии, которую называют обратным заполнением.

Работа выполняется в такой последовательности:

• Подготовьте насос, который способен закачивать жидкие смеси под большим давлением на дно колодца.
• Установите в обсадную трубу специальный башмак, обеспечивающий подачу раствора в зазор между ней и грунтом. Он не пустит раствор внутрь скважины. Приспособление соедините с насосом с помощью специальных труб.
• Приготовьте раствор для тампонажа. Для этой цели используется гипсоглиноземистый расширяющийся цемент, который отличается от традиционного портландцемента способностью расширяться и заполнять все пустоты и трещины.
• Включите насос. Полужидкая смесь начнет поступать в затрубное пространство снизу, выдавливая на поверхность остатки грунта и заполняя все щели.
• После заполнения всего пространства демонтируйте башмак из ствола.

Что такое тампонаж скважины - смотрите на видео:

Тампонаж позволяет сохранить чистоту воды в источнике. Однако процедура укрепления стенок шахты или ее ликвидации очень сложная и трудоемкая, поэтому необходимо серьезно относиться к ней и не отклоняться от проекта ликвидационного тампонажа скважин. Работа ответственная, т.к. ошибки при ее проведении исправить невозможно.

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

Способ закрепления	Вид грунта	Коэффициент фильтрации, м/сут	Радиус закрепления грунта, м
Силикатизация двухрастворная	Пески разной крупности	5-10 10-20 20-50 50-80	0,3-0,4 0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0
Силикатизация однорастворная двухкомпонентная	Пески разной крупности	0,5-1,0 1-2 2-5	0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0
Газовая силикатизация	Пески разной крупности	0,5-1,0 1-5 5-20	0,3-0,5 0,5-0,8 0,8-1,0
Силикатизация однорастворная од покомпонентная	Просадочный лесовый грунт	0,2-0,3 0,3-0,5 0,5-2	0,4-0,7 0,7-0,8 0,8-1,0
Смолизация однорастворная однокомпонентная	Пески разной крупности	0,5-1 1-5 5-10 10-20 20-50	0,3-0,5 0,5-0,65 0,65-0,85 0,85-0,95 0,95-1,0

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.