Methoden und Technologien zum Zementieren von Bohrlöchern: So bereiten Sie Zementschlamm vor und gießen ihn

Nach dem Bohren eines Brunnens in lockeren Sandböden beginnt eine Phase zur Verstärkung der Mantelrohre.Gleichzeitig soll der Stamm vor Beschädigungen, aggressiven Grundwassereinflüssen, Korrosion und anderen negativen Erscheinungen geschützt werden. Wir sprechen von einem Prozess wie dem Zementieren von Brunnen.

Zementierungsarbeiten alleine durchzuführen ist ziemlich schwierig, aber möglich, wenn Sie Kenntnisse über die Technologien zur Durchführung der Veranstaltung haben. Wir sagen Ihnen, warum Sie eine Zementierung durchführen müssen und worauf Sie bei der Durchführung der Arbeiten achten müssen. Der Übersichtlichkeit halber enthält das Material thematische Fotos und Videos.

Warum einen Brunnen zementieren?

Die Brunnenzementierung ist ein Prozess, der unmittelbar nach der Fertigstellung erfolgt Bohrarbeiten. Das Zementierungsverfahren besteht aus dem Einbringen einer Zementlösung in den Ring oder Ringraum (wenn das Mantelrohr in einem breiteren Polyethylenrohr platziert wird), die mit der Zeit aushärtet und ein monolithisches Bohrloch bildet.

Der Zementmörtel wird in diesem Fall als „Plugging“ bezeichnet, der Vorgang selbst als „Plugging“. Ein komplexer technischer Prozess namens Bohrlochzementierungstechnologie erfordert bestimmte Kenntnisse und spezielle Ausrüstung.

In den meisten Fällen können Wasserquellen mit eigenen Händen verschlossen werden, was viel günstiger ist als die Beauftragung von Spezialisten.

Bei der Brunnenzementierung handelt es sich um eine Reihe von Maßnahmen, die darauf abzielen, den Ringraum und die Ummantelung vor dem zerstörerischen seitlichen Druck von Gesteinen und den Auswirkungen des Grundwassers zu schützen

Das korrekt durchgeführte Verstopfen von Wasserbrunnen trägt dazu bei:

• Sicherstellung der Festigkeit der Bohrlochstruktur;
• Schutz des Brunnens vor Grund- und Oberflächenwasser;
• Verstärkung des Mantelrohrs und Schutz vor Korrosion;
• Erhöhung der Lebensdauer der Wasserquelle;
• Beseitigung großer Poren, Hohlräume und Lücken, durch die unerwünschte Partikel in den Grundwasserleiter gelangen können;
• Verdrängung von Bohrschlamm durch Zement, wenn ersterer beim Bohren verwendet wurde.

Die Qualität des geförderten Wassers und die Betriebseigenschaften des Brunnens hängen davon ab, wie gut die Zementierung durchgeführt wird. Auch stillgelegte Brunnen, die nicht mehr in Betrieb sein werden, werden zementiert.

Phasen der Zementierung einer Wasserquelle

Der gesamte Zementierungsprozess besteht aus mehreren Schritten, von denen jeder seine eigenen Nuancen hat:

1. Vorbereitung einer Zementschlämme zum Füllen des Ringraums.
2. Versorgung des Brunnens mit vorbereitetem Zement.
3. Einspritzen von Zementschlamm in den Ringraum.
4. Die Aushärtezeit des Zementmörtels.
5. Überprüfung der Qualität der Zementierung.

Jede Phase erfordert den Einsatz bestimmter Werkzeuge und Spezialausrüstung. Es ist besser, vor Beginn der Verfugungsarbeiten die benötigten Materialien zu berechnen, denn Der Stopfvorgang muss kontinuierlich andauern und wenn Sie beispielsweise nicht genügend Zementmörtel haben, wirkt sich dies äußerst negativ auf die Qualität der Zementierung aus. Schauen wir uns die wichtigsten Phasen genauer an.

In seltenen Fällen ist bei Grundwasserleiterbrunnen keine Zementierung erforderlich; es handelt sich um Brunnen, deren gesamte Tiefe in dichten Lehmböden verläuft

Stufe Nr. 1 – Vorbereitung der Ausrüstung

Alle Arbeiten zur Zementierung von Grundwasserleiterbrunnen müssen strikt nach den technischen Anforderungen durchgeführt werden, deren Verletzung zu einer mangelhaften Zementierung führt.

Wenn Sie mit dem Verstopfen eines Bohrlochs beginnen, sollten Sie wissen, dass es sich hierbei um einen irreversiblen Vorgang handelt; es ist unmöglich, irgendetwas zu korrigieren, nachdem begonnen wurde, die Lösung in den Ringraum des Bohrlochs zuzuführen, daher sind die vorbereitenden Arbeiten, nämlich die Vorbereitung einer Lösung für Zementierung und die Auswahl der Ausrüstung müssen so verantwortungsvoll wie möglich angegangen werden!

Der einfachste und effektivste Weg ist die Anmietung von Ausrüstung auf einer Fahrzeugplattform. Ein solcher Komplex wird in der Lage sein, eine Zementlösung herzustellen und sie unter Druck in ein Bohrloch zu pumpen, während die Energiequelle für den Betrieb der Ausrüstung ein leistungsstarker Automotor ist.

Wenn die Verwendung von Einheiten, die auf einem speziellen Fahrzeug basieren, nicht möglich ist, benötigen Sie:

• Mischer zur Herstellung von Zementmörtel;
• eine Hochdruckpumpe, die Lösung zum Brunnen pumpt;
• Zementierkopf zum Pumpen der Lösung in das Bohrloch;
• Füllstopfen (die Menge hängt von der Zementierungsmethode ab);
• diverse Kleingeräte (Schläuche, Messbehälter).

Als Schlauch empfehlen viele Experten die Verwendung eines flexiblen Feuerwehrschlauchs anstelle herkömmlicher HDPE-Rohre mit einem Durchmesser von 32 cm. Es ist flach und passt perfekt in den Rohrzwischenraum, wodurch eine effiziente Lösungszufuhr gewährleistet wird.

Die Ausrüstung zum Zementieren von Bohrlöchern ist groß und erfordert eine leistungsstarke Energiequelle wie einen Kompressor, einen Generator und einen unterbrechungsfreien Zugang zum Stromnetz.

Stufe Nr. 2 – Vorbereitung der Lösung

Die Zementschlämme zum Zementieren eines Bohrlochs muss eine Reihe von Anforderungen erfüllen und Folgendes aufweisen:

• hohe Hafteigenschaften auf Oberflächen jeglicher Art;
• hohe Festigkeit nach dem Aushärten, Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchung;
• Plastizität und gute Fließfähigkeit zum Füllen aller Risse und Hohlräume;
• chemische Neutralität gegenüber gestampften Bodenschichten;
• Widerstand gegen Erosion durch Grundwasser;
• kein Schrumpfen beim Aushärten.

Außerdem muss die Lösung eine solche Konsistenz haben, dass sie leicht in die Bohrung abgegeben und injiziert werden kann. Die Lösung muss sich leicht von der Ausrüstung abwaschen lassen, darf nicht chemisch aggressiv sein und beim Transport zum Bohrloch einen minimalen Verlustkoeffizienten aufweisen.

Die verwendete Vergusslösung muss eine ausreichend flüssige Struktur zum Pumpen mit Injektionsgeräten haben und gleichzeitig hohe Festigkeitseigenschaften aufweisen

Der Prozess der Vorbereitung von Zementmörtel zum Tamponieren besteht aus dem gleichmäßigen Mischen der in seiner Zusammensetzung enthaltenen Komponenten und dem anschließenden Eingießen von Wasser mit zuvor darin gelösten speziellen Zusätzen.

Die einfachsten Lösungen, die Sie selbst vorbereiten können, sind:

1. Portlandzement + Quarzsand (1:1) + Spezialzusätze und Wasser bis die gewünschte Konsistenz erreicht ist. Diese Lösung hat eine geringe Dichte und ihre Herstellung ist schwierig, weil Der in der Zusammensetzung enthaltene Sand fällt häufig aus und die Verwendung der Lösung wird unmöglich.
2. Portlandzement + Schwerspat (1,1:1) + Spezialzusätze und Wasser. Der Nachteil dieser Lösung ist ihre geringe Festigkeit.
3. Portlandzement + Füllstoff. Als Füllstoffe werden Asbest (auf sandigen Böden) und Faserstoffe verwendet.

Zur Herstellung der Zementmischung verwenden Sie am besten Portlandzementzement, eine Art Zement auf Silikatbasis.

Ein solcher Zement ist natürlich teurer als gewöhnlicher Portlandzement, aber seine Festigkeitseigenschaften sind viel höher als die von gewöhnlichem Zement. Baryt ist ein schweres Mineral, das die Dichte der Lösung erhöht. Sie können Baryt in einem Baumarkt kaufen, der lose Baumaterialien verkauft.

Unter speziellen Zusatzstoffen, die in zementären Lösungen enthalten sind, versteht man verschiedene Stoffe, die der Lösung besondere Eigenschaften verleihen.

Diese beinhalten:

• Beschleuniger setzen Zement (Kalziumchlorid, Soda, Kali), wird verwendet, wenn die Zementierung bei Temperaturen unter +5 Grad erfolgt;
• Verzögerer, zur Verhinderung einer schnellen Aushärtung (dies sind Calcium- oder Natriumchloride, Natriumnitrit usw.);
• Weichmacher um eine optimale Viskosität zu erhalten (Polymermodifikatoren);
• frostbeständige Zusätze (Organosiliciumverbindungen gekoppelt mit Weichmachern);
• Trockenmittelzusätze (Stoffe, die aus Verbindungen der Gruppen Zucker, Zitronen-, Wein- und Tetraoxyadipinsäure gewonnen werden) usw.

Dem Wasser werden spezielle Zusatzstoffe beigemischt, aus denen anschließend eine Zementschlämme hergestellt wird. Die Lösung wird mit speziellen Maschinen – Mischern – gemischt. Manchmal ist manuelles Kneten erlaubt, aber es erfordert etwas Geschick und viel Arbeit.

Der beim Aushärten von Portlandzement entstehende Zementstein weist hohe Festigkeitseigenschaften auf und hält Belastungen sowie mechanischen und physikalischen Belastungen stand.

Stufe Nr. 3 – Lösung in die Vertiefung gießen

Die wichtigsten Methoden zum Zementieren von Brunnen sind:

• kontinuierlich oder einstufig;
• zweistufig;
• Manschette;
• das Gegenteil.

Alle Methoden zur Zementierung von Wasserbrunnen basieren auf einem Prinzip: dem Pumpen von Zementschlamm in den Ringraum. Gleichzeitig hängt die Wahl der Zementierungstechnologie von bestimmten Bedingungen ab: Bodenart, Bohrlochtiefe, Mantelrohrmaterial, klimatische und hydrogeologische Bedingungen des Gebiets.

Die ausgewählte Brunnenstopfentechnologie sollte Folgendes gewährleisten:

• Füllen des gesamten Bohrlochabschnitts bis zur vollen Tiefe mit Lösung;
• Spülflüssigkeit (falls vorhanden) vollständig verdrängen;
• Herstellung von hochfestem Zementstein, beständig gegen physikalische, mechanische und chemische Einflüsse;
• hohe Adhäsionsrate an den Bodenwänden des Bohrlochs und der Mantelrohre.

Bei Tiefbrunnen kommt die Segmentzementierung zum Einsatz, d.h. Es wird nicht der gesamte Brunnenabschnitt auf einmal zementiert, sondern nur seine einzelnen Segmente.

Dieser Prozess ist sehr komplex und die Praxis zeigt, dass es fast unmöglich ist, ihn selbst durchzuführen. Daher werfen wir einen genaueren Blick auf die Technologie der ein- und zweizeitigen Zementierung sowie der Hülsenzementierung.

Einstufige oder kontinuierliche Zementierung

Diese Methode wird am häufigsten zum Zementieren häuslicher Grundwasserleiterbrunnen verwendet. Bei der Umsetzung wird die Zementierungslösung in den Ringraum gepumpt.

Die Lösung wird unter Druck mit Geräten gepumpt, die auf der Plattform eines Spezialfahrzeugs oder dauerhaft in der Nähe des Bohrlochs installiert sind. Die Zementierungslösung bewegt sich durch ihr Eigengewicht zum Basis-„Schuh“ des Gehäuses und füllt alle ringförmigen Hohlräume.

Einstufige Zementierungsarbeiten werden in einem Zyklus ohne Unterbrechungen durchgeführt, daher ist auf eine ausreichende Menge Zementschlämme zu achten

Vor Beginn der Zementierungsarbeiten werden diese durchgeführt gut reinigenAnschließend wird ein unterer Stopfen eingesetzt, der als Begrenzer fungiert. Die Betonpumpe wird eingeschaltet und das Pumpen der Stopfenlösung beginnt, unter deren Einfluss der Stopfen abgesenkt wird, bis er den „Schuh“ des Gehäuses erreicht.

Nach dem Pumpen der Lösung wird der obere Stopfen installiert und die Verdichtung der Zementmischung beginnt, bis der obere Stopfen am unteren anliegt. Dies bedeutet, dass die Lösung den gesamten Ring gefüllt hat. Die Verdichtung erfolgt mit einer Vibrationspresse und einer Betonpumpe zum Pumpen der Lösung.

Der zementierte Brunnen wird 36–48 Stunden lang in Ruhe gelassen, damit die Lösung vollständig aushärtet. Diese Methode eignet sich nur für flache, gleichmäßig geformte Brunnen. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass der Zeitpunkt, zu dem die Zementaufschlämmung den unteren Punkt der Bohrlochausrichtung erreicht hat, nicht verfolgt werden kann.

Zweistufiges Füllsystem

Diese Zementierungsmethode wurde für Bohrlöcher in der Ölindustrie entwickelt. Aufgrund der Tatsache, dass hierfür eine ernsthafte Industrieausrüstung (eine leistungsstarke Betonpumpe) erforderlich ist, wird sie im Brunnenbau nicht oft eingesetzt. In folgenden Fällen kommt die zweistufige Zementierung zum Einsatz:

• der Zementmörtel härtet so schnell aus, dass die Zementierung nicht in einem Zyklus abgeschlossen werden kann;
• wenn es notwendig ist, zwei Abschnitte im Ringraum auszuwählen, die durch einen erheblichen Abstand voneinander getrennt sind;
• in großer Tiefe des Bohrlochs, wenn es unmöglich ist, Arbeiten in einem Zyklus durchzuführen.

In anderen Fällen ist die Verwendung einer zweistufigen Methode aufgrund der Prozessdauer und der wirtschaftlichen Indikatoren unpraktisch.

Die zweistufige Zementierung dauert länger, da die zweite Stufe beginnt, nachdem die Zementschlämme der ersten Stufe vollständig ausgehärtet ist

Das Prinzip der zweistufigen Zementierung beruht darauf, dass Zement in zwei Stufen in den Ringraum gepumpt wird.

Die erste Portion Zementschlamm wird eingefüllt und gepresst. Der untere Stopfen wird abgesenkt, wodurch der Stopfen durch die Wirkung der Lösung auf den Boden sinkt. Die zweite Portion der Lösung wird 12–36 Stunden nach vollständiger Aushärtung der ersten Portion abgepumpt.

Bei der Praxis des Tiefbohrens artesischer Brunnen bei Vorhandensein absorbierender Schichten im oberen Teil des geologischen Abschnitts und in anderen Fällen wird eine zweistufige Zementierung verwendet

Anwendung der Manschettenmethode

Diese Zementierungsmethode wird verwendet, wenn nur der obere Teil des Brunnens verstärkt werden muss. In diesem Fall besteht die erste Aufgabe darin, den Grad der Zementierung festzulegen.

Der Füllstand wird entlang des Gehäuses durch Anbringen eines speziellen Kragens markiert. Der untere Teil des Ventils wird durch eine Manschette zuverlässig vor dem Eindringen der Stopfenlösung geschützt.

Die Lösung wird genauso gepumpt wie beim einstufigen Zementieren. Die Manschettenmethode wird verwendet, wenn sich der obere Teil des Brunnens auf sandigen Böden und der untere Teil auf lehmigen Böden befindet. Dies kommt recht selten vor, weshalb diese Methode nicht weit verbreitet ist.

Der Prozess der Bildung von Zementstein

Der Prozess der Zementsteinbildung beginnt unmittelbar nach dem Einpumpen der Verstopfungslösung und dauert 12 bis 36 Stunden. Die Hauptfaktoren, die die Dauer der Aushärtung der Lösung in den Zustand von Zementstein beeinflussen:

• Eigenschaften der in der Lösung enthaltenen Komponenten;
• Böden, Hüllenmaterial;
• hydrogeologische und klimatische Bedingungen am Standort;
• Injektionsdichte, korrekte Durchführung des Stopfenvorgangs.

Während der Aushärtungszeit muss das Bohrloch in Ruhe gelassen werden. Es ist verboten, Kabel, Brechstangen oder Drähte zur Beurteilung der Qualität der Zementierung zu verwenden, weil Dies kann die Integrität des resultierenden Zementsteins beeinträchtigen.

Wenn Sie nicht wissen, wie lange es dauert, bis der Zementmörtel vollständig ausgehärtet ist, warten Sie drei Tage und beginnen Sie mit Kontrollmessungen

Beurteilung der Zementqualität

Es ist erwähnenswert: Obwohl die Beurteilung der Qualität der Zementierung von Grundwasserleiterbrunnen ein sehr wichtiger Schritt ist, ist es unmöglich, sie unabhängig durchzuführen.

Für die Durchführung ist eine spezielle Laborausrüstung erforderlich, die selbst bei Bohrorganisationen sehr selten ist.

Wenn Sie dennoch beabsichtigen, die durchgeführte Tamponierung zu bewerten, können Sie auf drei Arten eine Qualitätskontrolle in Auftrag geben:

• akustisch, basierend auf Klopfen auf die Wände des Gehäuses, mit anschließender Verarbeitung der erhaltenen Daten durch Computerprogramme;
• radiologisch, bei Messung mit Funkgeräten;
• thermisch, basierend auf dem Prinzip der Messung der beim Aushärten des Zementmörtels entstehenden Wärme.

Zu Hause können Sie eine vereinfachte thermische Methode anwenden, indem Sie die Temperatur an den Wänden des Brunnens messen. Wenn sie der Umgebungslufttemperatur entspricht und um 0,5 bis 1,5 Grad niedriger wird, können wir von einer vollständigen Aushärtung sprechen. Es wird jedoch empfohlen, auch danach 2-3 Tage zu warten und den Brunnen erst dann in Betrieb zu nehmen.

Nach Abschluss der Inspektion wird der Bohrlochkopf mit Hilfe von Zementschlammresten befreit Bailer. Anschließend wird eine Dichtheitsprüfung durchgeführt, indem 30 Minuten lang Wasser unter hohem Druck in das Brunnenrohr gepumpt wird. Das Kriterium für die Dichtheit ist ein Druckabfall um ca. 0,3-0,5 MPa. Der Brunnen ist nun vollständig betriebsbereit.

Die Dichtheit der Verstopfung erhöht die Durchflussrate des Brunnens, erhöht die Lebensdauer der Gehäusesäulen und schützt sie sowie die Wasserquelle selbst vor Korrosion

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

In den folgenden Videos geht es um Brunnen in der Öl- und Gasindustrie, das Prinzip der Arbeitstechnik ist jedoch das gleiche wie bei wasserführenden Brunnen.

Vorgehensweise bei der einstufigen Brunnenzementierung:

Besonderheiten bei der Herstellung der Lippenzementierung:

Technologische Merkmale der zweistufigen Zementierung:

Das Zementieren ist ein komplexer Prozess, der den Einsatz spezieller Geräte erfordert. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es unmöglich ist, es selbst zu tun. Durch die Auswahl und die richtige Vorbereitung der Fugenmörtel mit einem Minimum an Einheiten können Sie die Arbeit problemlos selbst erledigen.

In jedem Fall wird der Betrieb eines Brunnens ohne Verstärkung des Fasses mit Zement nicht lange dauern und die Kosten sind hoch Bohren einer neuen Wasserquelle wird nicht weniger sein.

Wenn Sie nach dem Studium des Materials noch Fragen zur richtigen Zementierung eines Bohrlochs nach dem Bohren haben oder über wertvolle Kenntnisse zu diesem Thema verfügen, hinterlassen Sie bitte Ihre Kommentare im folgenden Block.