Urbu aku cementēšanas veidi un tehnoloģijas: kā sagatavot un ieliet tamponāžas šķīdumu

Pēc urbšanas irdenās smilšainās augsnēs seko posms, kas vērsts uz urbuma cauruļu nostiprināšanu. Vienlaikus jāaizsargā urbums no bojājumiem, gruntsūdeņu agresīvas iedarbības, korozijas un citām negatīvām parādībām. Runa ir par tādu procesu kā urbu aku cementēšana.

Cementēšanas darbu veikt patstāvīgi ir diezgan sarežģīti, taču iespējams, ja ir zināšanas par pasākuma tehnoloģijām. Mēs jums pastāstīsim, kāpēc jāveic cementēšana un kam jāpievērš uzmanība darbu veikšanas laikā. Skaidrības labad materiāls satur tematiskas fotogrāfijas un videoierakstus.

Kāpēc cementēt urbu aku?

Urbu akas cementēšana – process, kas seko uzreiz pēc urbšanas darbu pabeigšanas. Cementēšanas procedūra sastāv no tā, ka gredzenveida telpā vai starpcaurules telpā (ja apvalkcaurule ir ievietota platākā polietilēna caurulē) tiek ievadīts cementa šķīdums, kas ar laiku sacietē, veidojot monolītu urbuma stobru.

Cementa šķīdums šajā gadījumā tiek saukts par “tamponāžas”, bet pats process par “tamponēšanu”. Sarežģīts inženierprocess, kas tiek dēvēts par urbu aku cementēšanas tehnoloģiju, prasa noteiktas zināšanas un īpašu aprīkojumu.

Vairumā gadījumu ūdens avotus var tamponēt pašu spēkiem, kas izmaksā daudz lētāk nekā speciālistu piesaiste.

Urbu aku cementēšana – pasākumu kopums, kas vērsts uz gredzenveida telpas un apvalkcaurules nostiprināšanu pret iežu destruktīvo sānu spiedienu un gruntsūdeņu iedarbību

Pareizi veikta urbu aku tamponēšana veicina:

• urbuma konstrukcijas izturības nodrošināšanu;
• urbuma aizsardzību pret gruntsūdeņiem un virszemes ūdeņiem;
• apvalkcaurules nostiprināšanu un tās aizsardzību pret koroziju;
• ūdens avota ekspluatācijas termiņa palielināšanu;
• lielu poru, tukšumu, spraugu novēršanu, caur kurām ūdens nesējslānī var nokļūt nevēlamas daļiņas;
• urbšanas šķīduma izspiešanu ar cementa šķīdumu, ja pirmais tika izmantots urbšanas laikā.

No tā, cik prasmīgi veikta cementēšana, būs atkarīga iegūstamā ūdens kvalitāte un urbuma ekspluatācijas raksturlielumi. Cementēšana tiek veikta arī likvidējamiem urbumiem, kuri vairs netiks izmantoti.

Ūdens avota cementēšanas posmi

Viss cementēšanas process sastāv no vairākiem posmiem, katram no kuriem ir savas nianses:

1. Tamponēšanas šķīduma sagatavošana aiztulpu telpas aizpildīšanai.
2. Sagatavotā cementa piegāde pie urbuma.
3. Tamponēšanas šķīduma iesūknēšana aiztulpu telpā.
4. Cementa šķīduma sacietēšanas periods.
5. Cementēšanas kvalitātes pārbaude.

Katrs posms prasa noteiktu instrumentu un speciālā aprīkojuma izmantošanu. Nepieciešamo materiālu aprēķinus labāk veikt pirms tamponēšanas darbu sākuma, jo tamponēšanas procesam jānotiek nepārtraukti un, ja jums, piemēram, nepietiek cementa šķīduma, tas vissliktākajā veidā ietekmēs cementēšanas kvalitāti. Svarīgākos posmus aplūkosim sīkāk.

Retos gadījumos ūdens nesējurbumi neprasa cementēšanu – runa ir par urbumiem, kuru viss dziļums atrodas blīvos mālainos gruntos.

1. posms – aprīkojuma sagatavošana

Visi ūdens nesējurbumu cementēšanas darbi jāveic stingri saskaņā ar tehniskajām prasībām, kuru pārkāpšana novedīs pie nekvalitatīvas cementēšanas.

Uzsākot urbuma tamponēšanu, jums jāzina, ka tas ir neatgriezenisks process – neko nevar labot pēc šķīduma iesūknēšanas uzsākšanas urbuma aiztulpu telpā, tāpēc sagatavošanas darbiem, proti, cementēšanas šķīduma pagatavošanai un aprīkojuma izvēlei, jāpieiet maksimāli atbildīgi!

Vienkāršākais un efektīvākais veids – aprīkojuma noma autotehnikas platformā. Šāds komplekss spēs sagatavot cementa šķīdumu un ar spiedienu to pārsūknēt urbumā, un enerģijas avots aprīkojuma darbībai ir jaudīgs automašīnas dzinējs.

Ja nav iespējams izmantot agregātus uz speciālā automobiļa bāzes, tad Jums būs nepieciešams:

• miksers cementa šķīduma pagatavošanai;
• augstspiediena sūknis, kas veic šķīduma pievadīšanu akai;
• cementēšanas galva šķīduma iesūknēšanai akas iekšienē;
• pildīšanas aizbāžņi (daudzums atkarīgs no cementēšanas metodes);
• dažādi mazi instrumenti (šļūtenes, mērtrauki).

Kā šļūteni daudzi speciālisti iesaka tradicionālo PND cauruļu ar diametru 32 cm vietā izmantot elastīgu ugunsdzēsības šļūteni. Tā ir plakana un lieliski iekļaujas starpcauruļu telpā, nodrošinot efektīvu šķīduma padevi.

Iekārtas aku cementēšanai ir lieli izmēri un tās prasa arī jaudīgu enerģijas avotu, piemēram, kompresoru, ģeneratoru, nepārtrauktu piekļuvi elektrotīklam.

2. posms – šķīduma sagatavošana

Tamponāžas šķīdums akas cementēšanai jāatbilst veselai prasību rindai un jāpiemīt:

• augstām adhezīvām īpašībām ar jebkura veida virsmām;
• augstu izturību pēc sacietēšanas, izturību pret mehānisku iedarbību;
• plastiskumu un labu plūstamību, lai aizpildītu visas plaisas un tukšumus;
• ķīmisko neitralitāti attiecībā uz tamponējamiem grunts slāņiem;
• izturību pret gruntsūdeņu izskalošanu;
• sarukuma neesamību sacietēšanas laikā.

Tāpat šķīdumam jābūt ar tādu konsistenci, lai to bez problēmām varētu piegādāt akai un veikt iesūknēšanu. Šķīdumam labi jānomazgājas no iekārtām, tam nedrīkst būt ķīmiski agresīvs pret tām un tam jābūt ar minimālu zudumu koeficientu transportēšanas laikā uz aku.

Izmantotajam tamponāžas šķīdumam jābūt ar pietiekami šķidru struktūru, lai to varētu pārsūknēt ar spiediena iekārtām, un tajā pašā laikā tam jābūt ar augstām stiprības īpašībām.

Cementa šķīduma pagatavošanas process tamponāžai sastāv no vienmērīgas tā sastāvā esošo komponentu sajaukšanas, kam seko ūdens ieliešana, kurā iepriekš izšķīdinātas speciālas piedevas.

Vienkāršākie šķīdumi, kurus var pagatavot patstāvīgi, ir:

1. Portlandcements + kvarca smiltis (1:1) + speciālas piedevas un ūdens līdz vajadzīgās konsistences iegūšanai. Šādam šķīdumam ir zems blīvums, un tā pagatavošana ir sarežģīta, jo sastāvā esošās smiltis bieži izgulsnējas un šķīduma lietošana kļūst neiespējama.
2. Portlandcements + barīts (1,1:1) + speciālas piedevas un ūdens. Šāda šķīduma trūkums – zema izturība.
3. Portlandcements + pildviela. Par pildvielu izmanto azbestu (uz smilšainām gruntīm), šķiedrainus materiālus.

Cementējošā maisījuma pagatavošanai vislabāk izmantot tamponāžas portlandcementu, kas ir silikātu bāzes cementa veids.

Šāds cements, protams, ir dārgāks nekā parastais portlandcements, taču tā stiprības raksturlielumi ir ievērojami augstāki nekā parastajam. Barīts – smags minerāls, kas paaugstina šķīduma blīvumu. Barītu var iegādāties būvmateriālu veikalā, kas tirgo beramos būvmateriālus.

Ar speciālām piedevām, kas ietilpst cementējošo šķīdumu sastāvā, saprot dažādas vielas, kas piešķir šķīdumam īpašas īpašības.

Pie tiem pieder:

• sacietēšanas paātrinātāji cementam (kalcija hlorīds, kalcinētā soda, potašs), ko izmanto, ja cementēšana notiek temperatūrā zem +5 grādiem;
• sacietēšanas palēninātāji, ko izmanto, lai novērstu ātru sacietēšanu (tie ir kalcija vai nātrija hlorīdi, nātrija nitrīts u.c.);
• plastifikatori optimālas viskozitātes iegūšanai (polimēru modifikatori);
• sals izturīgas piedevas (silīciorganiskie savienojumi kopā ar plastifikatoriem);
• mitrumu absorbējošas piedevas (vielas, kas iegūtas no savienojumiem, kas pieder pie cukura, citronskābes, vīnskābes un tetraoksiadipīnskābes grupām) u.c.

Speciālās piedevas sajauc ūdenī, ko pēc tam izmanto tamponāžas šķīduma pagatavošanai. Šķīdumu sajauc ar speciālu mašīnu – maisītāju palīdzību. Dažreiz ir atļauta manuāla sajaukšana, bet tā prasa noteiktu veiklību un lielas darbaspēka izmaksas.

Cementa akmens, kas veidojas portlandcementa sacietēšanas laikā, piemīt augstas stiprības īpašības, iztur slodzes, mehānisku un fizisku iedarbību.

3. posms – šķīduma ieliešana urbu akā

Galvenie urbumu cementēšanas veidi ir:

• nepārtraukta jeb vienpakāpju;
• divpakāpju;
• mangeta;
• apgrieztā.

Visi ūdens ņemšanas urbumu cementēšanas veidi balstās uz vienu principu – tamponāžas šķīduma iesūknēšanu aizcaurules telpā. Turklāt cementēšanas tehnoloģijas izvēle ir atkarīga no konkrētiem apstākļiem: grunts veida, urbuma dziļuma, apvalkcauruļu materiāla, klimatiskajiem un hidroģeoloģiskajiem apvidus apstākļiem.

Izvēlētā ūdens urbuma tamponēšanas tehnoloģija jānodrošina:

• šķīduma aizpildīšana visā urbuma stobrā visā dziļumā;
• mazgāšanas šķidruma pilnīga izspiešana (ja tāds ir);
• augstas stiprības cementa akmens izveide, kas ir izturīgs pret fizisku, mehānisku un ķīmisku iedarbību;
• augsts adhēzijas rādītājs ar urbuma grunts sienām, apvalkcaurulēm.

Dziļiem urbumiem izmanto segmentāru cementēšanu, t.i., cementē ne visu urbuma stobru uzreiz, bet tikai atsevišķus tā segmentus.

Šis process ir ļoti sarežģīts, un prakse rāda, ka to veikt patstāvīgi ir praktiski neiespējami. Tāpēc sīkāk apskatīsim vienpakāpes, divpakāpju un aproču cementēšanas tehnoloģiju.

Vienpakāpes jeb nepārtrauktā cementēšana

Šo metodi visbiežāk izmanto mājsaimniecības ūdens urbumu cementēšanai. Tās īstenošanas laikā cementējošo šķīdumu iesūknē aizcaurules telpā.

Šķīdumu iesūknē zem spiediena, izmantojot aprīkojumu, kas uzstādīts uz speciālā transportlīdzekļa platformas vai stacionāri netālu no urbuma. Cementējošais šķīdums sava svara ietekmē virzās uz apvalkkolonnas pamatni-“kurpi”, aizpildot visas aizcaurules dobumus.

Darbi pie vienpakāpes cementēšanas tiek veikti vienā ciklā bez pārtraukumiem, tāpēc jāparūpējas par pietiekamu daudzumu tamponējošā šķīduma.

Pirms cementēšanas darbu uzsākšanas tiek veikta urbuma skalošana, un pēc tam tiek ievietota apakšējā aizbāžņa, kas pildīs ierobežotāja lomu. Tiek ieslēgts betonsūknis un sākta tamponējošā šķīduma iesūknēšana, kura ietekmē aizbāžņa nolaižas, līdz sasniedz apvalkkolonnas “kurpi”.

Pēc šķīduma iesūknēšanas tiek uzstādīts augšējais aizbāznis un sākta cementa maisījuma sablīvēšana, līdz augšējais aizbāznis atduras pret apakšējo. Tas nozīmēs, ka šķīdums ir aizpildījis visu aizcaurules telpu. Sablīvēšana tiek veikta ar vibropresi, piesūknējot šķīdumu ar betonsūkni.

Cementētais urbums tiek atstāts mierā uz 36-48 stundām, lai šķīdums pilnībā sacietētu. Šī metode ir piemērota tikai seklajiem, pēc konfigurācijas līdzeniem urbumiem. Šīs metodes trūkums ir nespēja izsekot brīdim, kad cementa šķīdums sasniedz urbuma stobra apakšējo punktu.

Divpakāpju iepildes sistēma

Šī cementēšanas metode tika izstrādāta naftas rūpniecības urbumiem. Tā kā tā prasa nopietna rūpnieciskā aprīkojuma (jaudīga betonsūkņa) izmantošanu, urbumu ierīkošanā to izmanto reti. Divpakāpju cementēšanu izmanto šādos gadījumos:

• cementa šķīdums sastingst tik ātri, ka cementēšanu nevar pabeigt vienā ciklā;
• kad nepieciešams izdalīt divus posmus aizcaurules telpā, kas ir atdalīti ar ievērojamu attālumu;
• ja urbums ir ļoti dziļš, kad darbus nav iespējams veikt vienā ciklā.

Pārējos gadījumos divpakāpju metodes izmantošana nav lietderīga procesa ilguma un ekonomisko rādītāju dēļ.

Divpakāpju cementēšana ir ilgāka laika ziņā, jo otro posmu sāk pēc pirmās pakāpes tamponēšanas šķīduma pilnīgas sacietēšanas.

Divpakāpju cementēšanas princips balstās uz to, ka cementa iesūknēšana aizcaurules telpā tiek veikta divos posmos.

Pirmā tamponēšanas šķīduma porcija tiek ievadīta un izspiesta. Nolaižas apakšējais aizbāznis, kas šķīduma iedarbībā nolaižas līdz dibenam. Otrā šķīduma porcija tiek iesūknēta pēc 12-36 stundām, pēc pirmās porcijas pilnīgas sacietēšanas.

Dziļās urbšanas praksē artēzisko urbumu gadījumā, ja ģeoloģiskā griezuma augšdaļā ir absorbējošie slāņi un citos gadījumos, tiek izmantota divpakāpju cementēšana.

Manžetes metodes pielietojums

Šo cementēšanas metodi izmanto, ja nepieciešams nostiprināt tikai urbuma augšējo daļu. Šajā gadījumā sākotnējais uzdevums ir noteikt līmeni, līdz kuram tiks veikta cementēšana.

Līmenis tiek atzīmēts uz apvalkcaurules, uzstādot speciālu manžeti. Apakšējā stobra daļa šajā gadījumā ir droši aizsargāta ar manžeti no tamponēšanas šķīduma iekļūšanas.

Šķīdums tiek iesūknēts tieši tāpat kā vienpakāpju cementēšanā. Manžetes metodi izmanto, ja urbuma augšējā daļa atrodas smilšainās gruntīs, bet apakšējā – mālainās. Tas notiek diezgan reti, tāpēc šī metode nav guvusi plašu pielietojumu.

Cementa akmens veidošanās process

Cementa akmens veidošanās process sākas uzreiz pēc tamponēšanas šķīduma iesūknēšanas un ilgst no 12 līdz 36 stundām. Galvenie faktori, kas ietekmē šķīduma sacietēšanas ilgumu līdz cementa akmens stāvoklim:

• šķīduma sastāvā esošo komponentu īpašības;
• gruntis, apvalkcauruļu materiāls;
• hidroģeoloģiskie un klimatiskie apstākļi objektā;
• iesūknēšanas blīvums, tamponēšanas procesa pareizība.

Sacietēšanas periodā urbums ir jāatstāj miera stāvoklī. Aizliegts izmantot troses, lauzņus, stieples, lai novērtētu cementēšanas kvalitāti, jo tas var traucēt veidojošā cementa akmens integritāti.

Ja jūs nezināt, cik ilgi nepieciešams, lai cementēšanas šķīdums pilnībā sastingtu, pagaidiet trīs diennaktis un sāciet veikt kontroles mērījumus.

Cementēšanas kvalitātes novērtējums

Jāatzīmē: neskatoties uz to, ka ūdensurbumu cementēšanas kvalitātes novērtēšana ir ļoti svarīgs posms, to nav iespējams veikt patstāvīgi.

Tās veikšanai ir nepieciešams speciāls laboratorijas aprīkojums, kas ir ļoti reti sastopams pat organizācijās, kas nodarbojas ar urbšanu.

Ja jūs tomēr esat nolēmis veikt veiktās tamponēšanas novērtējumu, tad varat pasūtīt kvalitātes kontroles pakalpojumu vienā no trim veidiem:

• akustiskā, kas balstīta uz apvalka kolonnas sienu uzklausīšanu, ar sekojošu iegūto datu apstrādi ar datorprogrammām;
• radioloģiskā, kad mērījums tiek veikts ar radioaparātu palīdzību;
• termālā, kas balstīta uz izdalītā siltuma mērīšanas principu cementa javas sacietēšanas laikā.

Mājas apstākļos jūs varat izmantot vienkāršotu termālo metodi, izmērot temperatūru pie urbuma sienām. Kad tā izlīdzināsies ar apkārtējā gaisa temperatūru un kļūs par 0,5‑1,5 grādiem zemāka, tad var runāt par pilnīgu sacietēšanu. Tomēr pat pēc tam ieteicams nogaidīt 2‑3 dienas un tikai tad veikt urbuma nodošanu ekspluatācijā.

Pēc pārbaudes pabeigšanas urbuma ieteka tiek iztīrīta no cementa javas atliekām, izmantojot želonu. Pēc tam tiek veikta hermētiskuma pārbaude, kam urbuma caurulē 30 minūšu laikā tiek iesūknēts ūdens zem augsta spiediena. Hermētiskuma kritērijs būs spiediena samazināšanās par aptuveni 0,3‑0,5 MPa. Tagad urbums ir pilnībā gatavs lietošanai.

Tamponēšanas hermētiskums palielina urbuma debetu, pagarina apvalka kolonnu kalpošanas laiku, aizsargājot tās no korozijas, kā arī pašu ūdens avotu.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Zemāk redzamajos video stāstīts par urbumiem naftas un gāzes nozarē, bet darbu veikšanas tehnoloģijas princips ir tāds pats kā ūdens nesējurbumiem.

Vienpakāpju urbuma cementēšanas procedūra:

Manžetes cementēšanas veikšanas specifika:

Divpakāpju cementēšanas tehnoloģiskās īpatnības:

Cementēšana – sarežģīts process, kas prasa specializētas tehnikas izmantošanu. Tomēr tas nenozīmē, ka to nav iespējams veikt patstāvīgi. Izvēloties un pareizi sagatavojot tamponēšanas javu, izmantojot minimālu agregātu komplektu, ar darbu var tikt galā patstāvīgi.

Jebkurā gadījumā urbuma ekspluatācija bez stumbra nostiprināšanas ar cementu nebūs ilga, un izmaksas par jauna ūdens avota urbšanu nebūs ne mazākas.

Ja pēc materiāla izpētes jums ir palikuši jautājumi par to, kā pareizi nocementēt urbumu pēc urbšanas, vai arī jums ir vērtīgas zināšanas par šo jautājumu, lūdzu, atstājiet savus komentārus zemāk esošajā blokā.