Načini i tehnologije cementiranja bušotina: kako pripremiti i uliti tamponirnu otopinu

Nakon bušenja bušotine u rastresitim pješčanim tlima slijedi faza usmjerena na učvršćivanje cijevi zaštitne kolone. Istodobno treba zaštititi kanal od oštećenja, agresivnog djelovanja podzemnih voda, korozije i ostalih negativnih pojava. Riječ je o procesu cementiranja bušotina.

Izvesti radove cementiranja samostalno prilično je teško, ali moguće, uz poznavanje tehnologija provedbe postupka. Reći ćemo vam zašto je potrebno provesti cementiranje i na što treba obratiti pozornost pri izvođenju radova. Radi preglednosti, materijal sadrži tematske fotografije i videozapise.

Zašto cementirati bušotinu?

Cementiranje bušotine – proces koji slijedi odmah nakon završetka bušaćih radova. Postupak cementiranja sastoji se u tome da se u prostor između cijevi ili međucijevni prostor (u slučaju da je zaštitna cijev smještena u širu polietilensku cijev) uvede cementna otopina koja s vremenom očvrsne, stvarajući monolitni kanal bušotine.

Cementna otopina u ovom se slučaju naziva “tamponirna”, a sam proces “tamponiranje”. Složeni inženjerski proces, nazvan tehnologijom cementiranja bušotina, zahtijeva određena znanja i posebnu opremu.

U većini slučajeva izvore vode možete tamponirati vlastitim rukama, što je znatno jeftinije od angažiranja stručnjaka.

Cementiranje bušotina – skup mjera usmjerenih na učvršćivanje prostora između cijevi i zaštitne kolone od razornog bočnog pritiska stijena i djelovanja podzemnih voda

Pravilno izvedeno tamponiranje bušotina za vodu doprinosi:

• osiguranju čvrstoće konstrukcije bušotine;
• zaštiti bušotine od podzemnih i površinskih voda;
• učvršćivanju zaštitne cijevi i njezinoj zaštiti od korozije;
• povećanju vijeka trajanja izvora vode;
• uklanjanju velikih pora, šupljina, zazora kroz koje u vodonosni sloj mogu dospjeti neželjene čestice;
• istiskivanju bušaće isplake cementnom, ako je prva korištena pri bušenju.

Kvaliteta dobivene vode i radne karakteristike bušotine ovise o tome koliko je pravilno izvedeno cementiranje. Također se cementiranje provodi za bušotine koje se više neće koristiti.

Faze cementiranja izvora vode

Cijeli proces cementiranja sastoji se od nekoliko faza, od kojih svaka ima svoje nijanse:

1. Priprema tamponirne otopine za punjenje zatrubnog prostora.
2. Dovoz pripremljenog cementa do bušotine.
3. Ubrizgavanje tamponirne otopine u zatrubni prostor.
4. Razdoblje stvrdnjavanja cementne otopine.
5. Provjera kvalitete cementiranja.

Svaka faza zahtijeva upotrebu određenih alata i specijalne opreme. Proračun potrebnih materijala najbolje je napraviti prije početka tamponirnih radova, jer proces tamponiranja mora biti neprekidan, a ako Vam, na primjer, nedostaje cementne otopine, to će se vrlo negativno odraziti na kvalitetu cementiranja. Najvažnije faze razmotrit ćemo detaljnije.

U rijetkim slučajevima vodonosne bušotine ne trebaju cementiranje, riječ je o bušotinama čija cijela dubina prolazi kroz gusta glinena tla.

Faza br. 1 – priprema opreme

Svi radovi na cementiranju vodonosnih bušotina moraju se izvoditi strogo u skladu s tehničkim zahtjevima, čije će kršenje dovesti do nekvalitetnog cementiranja.

Kada pristupate tamponiranju bušotine, trebate znati da je to nepovratan proces; nemoguće je ispraviti bilo što nakon početka ubrizgavanja otopine u zatrubni prostor bušotine, stoga pripremnim radovima, odnosno pripremi otopine za cementiranje i odabiru opreme, treba pristupiti maksimalno odgovorno!

Najjednostavniji i najučinkovitiji način – najam opreme na platformi za auto-tehniku. Takav sklop moći će pripremiti cementnu otopinu i pod tlakom je prepumpati u bušotinu, pri čemu izvor energije za rad opreme služi snažan automobilski motor.

Ako uporaba agregata na bazi specijalnog vozila nije moguća, tada će Vam trebati:

• mikser za pripremu cementne otopine;
• visokotlačna pumpa koja potiskuje otopinu prema bušotini;
• cementirna glava za utiskivanje otopine unutar bušotine;
• cementni čepovi (količina ovisi o načinu cementiranja);
• razni sitni inventar (crijeva, mjerne posude).

Kao crijevo mnogi stručnjaci preporučuju umjesto tradicionalnih HDPE cijevi promjera 32 cm koristiti fleksibilno vatrogasno crijevo. Ono je ravno i odlično prolazi u međucijevni prostor, osiguravajući učinkovitu dostavu otopine.

Oprema za cementiranje bušotina ima velike dimenzije i zahtijeva snažan izvor energije, poput kompresora, generatora, neprekidnog pristupa električnoj mreži.

Faza br. 2 – priprema otopine

Tamponažni mort za cementiranje bušotine mora zadovoljavati niz zahtjeva i imati:

• visoka adhezivna svojstva na površinama bilo kojeg tipa;
• visoka čvrstoća nakon stvrdnjavanja, otpornost na mehaničke utjecaje;
• plastičnost i dobra tečnost kako bi ispunila sve pukotine i šupljine;
• kemijska neutralnost u odnosu na tamponirane slojeve tla;
• otpornost na ispiranje podzemnim vodama;
• odsutnost skupljanja pri stvrdnjavanju.

Također, otopina mora imati takvu konzistenciju da se može bez problema dostaviti do bušotine i utisnuti. Otopina se mora lako ispirati s opreme, ne smije biti kemijski agresivna prema njoj i mora imati minimalni koeficijent gubitka pri transportu do bušotine.

Korišteni tamponažni mort mora imati dovoljno tekuću strukturu za obavljanje pumpanja potisnom opremom, a istovremeno imati visoka čvrstoćna svojstva.

Proces pripreme cementne otopine za tamponiranje sastoji se od ravnomjernog miješanja komponenti koje ulaze u njen sastav, nakon čega slijedi dodavanje vode s prethodno otopljenim posebnim dodacima.

Najjednostavnije otopine koje se mogu samostalno pripremiti su:

1. Portland cement + kvarcni pijesak (1:1) + posebni dodaci i voda do postizanja potrebne konzistencije. Takva otopina ima nisku gustoću, a njena priprema je složena, jer pijesak koji ulazi u sastav često se taloži i primjena otopine postaje nemoguća.
2. Portland cement + barit (1,1:1) + posebni dodaci i voda. Nedostatak takve otopine – niska čvrstoća.
3. Portland cement + punilo. Kao punilo koristi se azbest (na pješčanim tlima), vlaknasti materijali.

Za pripremu cementne smjese najbolje je koristiti portland cement za bušotine, koji je vrsta cementa na bazi silikata.

Takav cement, naravno, košta više od običnog portland cementa, ali su njegova čvrstoća mnogo veća od običnog. Barit – teški mineral koji povećava gustoću otopine. Barit se može kupiti u građevinskoj trgovini koja prodaje sipke građevinske materijale.

Pod posebnim dodacima koji ulaze u sastav cementnih otopina podrazumijevaju se različite tvari koje otopini daju posebna svojstva.

Tu spadaju:

• ubrzivači vezivanja cementa (kalcijev klorid, kalcinirana soda, potaša), koji se koriste ako cementiranje odvija pri temperaturi nižoj od +5 stupnjeva;
• usporivači vezivanja, koji se koriste za sprječavanje brzog stvrdnjavanja (to su kalcijevi ili natrijevi kloridi, natrijev nitrit i dr.);
• plastifikatori za postizanje optimalne viskoznosti (polimerni modifikatori);
• dodaci otporni na smrzavanje (organosilicijevi spojevi zajedno s plastifikatorima);
• dodaci za upijanje vlage (tvari dobivene iz spojeva koji pripadaju skupinama šećerne, limunske, vinske i tetraoksiadipinske kiseline) i dr.

Posebni se dodaci miješaju u vodi koja se potom koristi za pripremu cementne otopine. Otopina se miješa pomoću posebnih strojeva – mješalica. Ponekad je dopušteno ručno miješanje, ali ono zahtijeva određenu vještinu i veliki utrošak rada.

Cementni kamen koji nastaje stvrdnjavanjem portland cementa ima visoka svojstva čvrstoće, podnosi opterećenja, mehanička i fizička djelovanja.

Faza br. 3 – ulijevanje otopine u bušotinu

Glavne metode cementiranja bušotina su:

• kontinuirano ili jednostupanjsko;
• dvostupanjsko;
• manžetno;
• obrnuto.

Sve metode cementiranja vodozahvatnih bušotina temelje se na jednom principu – utiskivanju cementne otopine u prostor između cijevi. Pritom izbor tehnologije cementiranja ovisi o konkretnim uvjetima: vrsti tla, dubini bušotine, materijalu zaštitnih cijevi, klimatskim i hidrogeološkim uvjetima područja.

Odabrana tehnologija cementiranja bušotine za vodu mora osigurati:

• ispunjavanje cijelog profila bušotine otopinom do pune dubine;
• potpuno istisnuti ispiračku tekućinu (ako postoji);
• stvaranje vrlo čvrstog cementnog kamena, otpornog na fizička, mehanička i kemijska djelovanja;
• visoka vrijednost adhezije sa zidovima tla bušotine i zaštitnim cijevima.

Za duboke bušotine primjenjuje se segmentno cementiranje, tj. ne cementira se cijeli profil bušotine odjednom, već samo njegovi pojedini segmenti.

Ovaj proces je vrlo složen i praksa pokazuje da ga je gotovo nemoguće izvesti samostalno. Stoga ćemo detaljnije razmotriti tehnologiju jednostupanjskog, dvostupanjskog i manšetnog cementiranja.

Jednostupanjsko ili kontinuirano cementiranje

Ova se metoda najčešće koristi za cementiranje kućanskih vodonosnih bušotina. Pri njezinoj provedbi cementna otopina se upumpava u prstenasti prostor.

Otopina se upumpava pod tlakom pomoću opreme koja je postavljena na platformu specijalnog vozila ili stacionarno u blizini bušotine. Cementna otopina pod vlastitom težinom kreće se prema “cipeli” zaštitne kolone, ispunjavajući sve prstenaste šupljine.

Radovi na jednostupanjskom cementiranju izvode se u jednom ciklusu bez prekida, stoga je potrebno pobrinuti se za dovoljnu količinu cementne otopine.

Prije početka radova na cementiranju provodi se ispiranje bušotine, a zatim se uvodi donji čep, koji će imati ulogu ograničivača. Uključuje se betonska pumpa i počinje upumpavanje cementne otopine, pod čijim utjecajem se čep spušta sve dok ne dosegne “cipelu” zaštitne kolone.

Nakon upumpavanja otopine postavlja se gornji čep i počinje zbijanje cementne smjese, sve dok se gornji čep ne nasloni na donji. To će značiti da je otopina ispunila cijeli prstenasti prostor. Zbijanje se izvodi vibracijskom prešom uz dodatno upumpavanje otopine betonskom pumpom.

Zacementirana bušotina ostavlja se na miru 36-48 sati radi potpunog stvrdnjavanja otopine. Ova metoda prikladna je samo za plitke bušotine ujednačene konfiguracije. Nedostatak ove metode je nemogućnost praćenja trenutka kada je cementna otopina dosegla najnižu točku bušotine.

Dvostupanjski sustav zalijevanja

Ova metoda cementiranja razvijena je za bušotine u naftnoj industriji. Zbog toga što zahtijeva korištenje ozbiljne industrijske opreme (snažne betonske pumpe), u opremanju bušotina ne koristi se često. Dvostupanjsko cementiranje koristi se u sljedećim slučajevima:

• cementna otopina veže se tako brzo da se cementiranje ne može završiti u jednom ciklusu;
• kada je potrebno izdvojiti dva područja u prstenastom prostoru koja su odvojena značajnom udaljenošću;
• kod velike dubine bušotine, kada radove nije moguće izvesti u jednom ciklusu.

U ostalim slučajevima primjena dvostupanjskog načina nije svrhovita zbog trajanja procesa i ekonomskih pokazatelja.

Dvostupanjsko cementiranje traje duže jer druga faza počinje nakon potpunog stvrdnjavanja cementne kaše prvog stupnja.

Princip dvostupanjskog cementiranja temelji se na tome što se ubrizgavanje cementa u prstenasti prostor obavlja u dva navrata.

Prva se količina cementne kaše ubacuje i potiskuje. Spušta se donji čep, koji se pod djelovanjem otopine spušta na dno. Druga količina kaše ubrizgava se nakon 12-36 sati, nakon konačnog stvrdnjavanja prve količine.

U praksi dubokog bušenja arteških bušotina, kada se u gornjem dijelu geološkog profila nalaze apsorpcijski slojevi i u drugim slučajevima, primjenjuje se dvostupanjsko cementiranje.

Primjena manžetnog načina

Ova metoda cementiranja koristi se ako je potrebno ojačati samo gornji dio bušotine. Pritom je prvotni zadatak odrediti razinu do koje će se cementiranje obaviti.

Razina se označava na zaštitnoj cijevi postavljanjem posebne manžete. Donji dio bušotine pritom je pouzdano zaštićen manžetom od prodiranja cementne kaše.

Kaša se ubrizgava na isti način kao i kod jednostupanjskog cementiranja. Manžetni se način primjenjuje u slučaju da se gornji dio bušotine nalazi u pješčanim tlima, a donji – u glinenim. To se pojavljuje dosta rijetko, stoga ovaj način nije našao širu primjenu.

Proces stvaranja cementnog kamena

Proces stvaranja cementnog kamena započinje odmah nakon ubrizgavanja cementne kaše i traje od 12 do 36 sati. Glavni čimbenici koji utječu na trajanje stvrdnjavanja kaše do stanja cementnog kamena:

• svojstva komponenata koje ulaze u sastav kaše;
• tla, materijal zaštitnih kolona;
• hidrogeološki i klimatski uvjeti na lokaciji;
• gustoća ubrizgavanja, pravilnost provođenja procesa cementiranja.

Tijekom razdoblja stvrdnjavanja potrebno je ostaviti bušotinu u stanju mirovanja. Zabranjeno je koristiti sajle, poluge, žicu za procjenu kvalitete cementiranja jer to može narušiti cjelovitost nastajućeg cementnog kamena.

Ako ne znate koliko je vremena potrebno za potpuno vezivanje cementne kaše, pričekajte tri dana i pristupite kontrolnim mjerenjima.

Ocjena kvalitete cementiranja

Valja napomenuti: unatoč tome što je ocjena kvalitete cementiranja vodonosnih bušotina vrlo važna faza, nije ju moguće provesti samostalno.

Za njezino provođenje potrebna je posebna laboratorijska oprema koja se vrlo rijetko nalazi čak ni u organizacijama koje se bave bušenjem.

Ako ste ipak namjeravali izvršiti procjenu provedenog tamponiranja, možete naručiti uslugu kontrole kvalitete na jedan od tri načina:

• akustički, koji se temelji na lupkanju stijenki zaštitne kolone, uz naknadnu obradu dobivenih podataka računalnim programima;
• radiološki, kod kojega se mjerenje obavlja pomoću radio-uređaja;
• termalni, koji se temelji na principu mjerenja oslobođene topline prilikom stvrdnjavanja cementne otopine.

U “kućnim” uvjetima možete koristiti pojednostavljeni termalni metod, mjereći temperaturu na stijenkama zdenca. Kada se izjednači s temperaturom okolnog zraka i postane niža za 0,5-1,5 stupnjeva, tada se može govoriti o potpunom stvrdnjavanju. Međutim, čak i nakon toga preporučuje se pričekati 2-3 dana i tek tada pustiti zdenac u rad.

Nakon završetka provjere ušće zdenca čisti se od ostataka cementne otopine pomoću željke. Zatim se provodi provjera nepropusnosti, za što se u cijev zdenca pumpa voda pod visokim tlakom tijekom 30 minuta. Kriterij nepropusnosti bit će pad tlaka za otprilike 0,3-0,5 MPa. Sada je zdenac potpuno spreman za uporabu.

Nepropusnost tamponiranja povećava debit zdenca, produžuje vijek trajanja zaštitnih kolona, štiteći ih od korozije, a također i samog izvora vode

Zaključci i koristan video na temu

U niže prikazanim videima riječ je o zdencima u naftno-plinskoj industriji, ali princip tehnologije izvođenja radova isti je kao za vodonosne zdence.

Postupak jednostupanjskog cementiranja zdenca:

Specifičnost izvođenja manžetnog cementiranja:

Tehnološke značajke dvostupanjskog cementiranja:

Cementiranje – složen proces koji zahtijeva primjenu specijalizirane opreme. Međutim, to ne znači da ga je nemoguće provesti samostalno. Odabravši i pravilno pripremivši tamponirajuću otopinu, koristeći minimalni set agregata, s poslom se sasvim može nositi samostalno.

U svakom slučaju eksploatacija zdenca bez ojačanja cijevi cementom neće biti duga, a troškovi za bušenje novog izvora vode neće biti ništa manji.

Ako su vam nakon proučavanja materijala ostala pitanja o tome kako pravilno cementirati zdenac nakon bušenja, ili posjedujete vrijedna znanja o tom pitanju, molimo ostavite svoje komentare u bloku koji se nalazi ispod.