Metodi e tecnologie di cementazione dei pozzi: come preparare e versare la miscela di tamponamento

Dopo la perforazione del pozzo in terreni sabbiosi sciolti, si arriva alla fase mirata al rafforzamento dei tubi della colonna di rivestimento. Allo stesso tempo, è necessario proteggere il fusto da danni, dall'aggressività delle acque sotterranee, dalla corrosione e da altri fenomeni negativi. Si tratta del processo di cementazione dei pozzi.

Eseguire il lavoro di cementazione da soli è abbastanza difficile, ma possibile, se si conoscono le tecnologie per svolgere l'operazione. Spiegheremo perché è necessario eseguire la cementazione e a cosa prestare attenzione durante i lavori. Per chiarezza, il materiale contiene foto e video tematici.

Perché cementare il pozzo?

Cementazione del pozzo – processo che segue immediatamente dopo la conclusione dei lavori di perforazione. La procedura di cementazione consiste nell'introduzione di una malta cementizia nello spazio anulare o intertubo (nel caso in cui il tubo di rivestimento sia inserito a sua volta in un tubo di polietilene più largo), che col tempo si solidifica, formando un tronco di pozzo monolitico.

In questo caso, la miscela cementizia viene chiamata “di tamponamento”, e il processo stesso “tamponamento”. Un complesso processo ingegneristico, denominato tecnologia di cementazione dei pozzi, richiede conoscenze specifiche e attrezzature speciali.

Nella maggior parte dei casi, le fonti d'acqua possono essere tamponate con le proprie mani, il che risulta molto più economico che assumere specialisti.

La cementazione dei pozzi è un insieme di misure volte a rafforzare lo spazio anulare e la colonna di rivestimento contro la pressione laterale distruttiva delle rocce e l'azione delle acque sotterranee

Un tamponamento eseguito correttamente dei pozzi d'acqua contribuisce a:

• garantire la resistenza della struttura del pozzo;
• proteggere il pozzo dalle acque sotterranee e superficiali;
• rafforzare il tubo di rivestimento e proteggerlo dalla corrosione;
• aumentare la durata di servizio della fonte d'acqua;
• eliminare grandi pori, vuoti, fessure attraverso i quali particelle indesiderate possono entrare nella falda acquifera;
• sostituire il fluido di perforazione con quello cementizio, se il primo è stato utilizzato durante la perforazione.

Dalla correttezza con cui viene eseguita la cementazione dipenderà la qualità dell'acqua estratta e le caratteristiche operative del pozzo. Inoltre, la cementazione viene eseguita per i pozzi in disuso che non saranno più sfruttati.

Fasi della cementazione della fonte d'acqua

L'intero processo di cementazione si compone di diverse fasi, ciascuna con le proprie particolarità:

1. Preparazione della miscela di tamponatura per il riempimento dello spazio anulare.
2. Trasporto del cemento preparato al pozzo.
3. Immissione della miscela di tamponatura nello spazio anulare.
4. Periodo di indurimento della miscela cementizia.
5. Verifica della qualità della cementazione.

Ogni fase richiede l'uso di strumenti specifici e attrezzature speciali. È meglio effettuare i calcoli dei materiali necessari prima di iniziare i lavori di tamponatura, poiché il processo deve essere continuo e, se ad esempio la miscela cementizia non fosse sufficiente, ciò influirebbe negativamente sulla qualità della cementazione. Le fasi più importanti verranno trattate in maggior dettaglio.

In rari casi, i pozzi acquiferi non necessitano di cementazione; si tratta di pozzi la cui intera profondità attraversa terreni argillosi compatti.

Fase n. 1 – preparazione dell'attrezzatura

Tutti i lavori di cementazione dei pozzi acquiferi devono essere eseguiti rigorosamente in conformità con i requisiti tecnici; la loro violazione porterà a una cementazione di scarsa qualità.

Nel procedere alla tamponatura del pozzo, bisogna sapere che si tratta di un processo irreversibile: non è possibile correggere nulla una volta iniziata l'immissione della miscela nello spazio anulare. Pertanto, è necessario affrontare con la massima responsabilità i lavori preparatori, in particolare la preparazione della miscela per la cementazione e la scelta delle attrezzature!

Il metodo più semplice ed efficace – è il noleggio di attrezzature su una piattaforma di automezzi. Questo complesso sarà in grado di preparare la miscela cementizia e pompala sotto pressione nel pozzo; la fonte di energia per il funzionamento dell'attrezzatura è il potente motore di un'automobile.

Se l'uso di unità su veicoli speciali non è possibile, allora avrà bisogno di:

• un miscelatore per la preparazione della malta cementizia;
• una pompa ad alta pressione che invia la malta al pozzo;
• una testa di cementazione per iniettare la malta all'interno del pozzo;
• tappi di iniezione (il numero dipende dal metodo di cementazione);
• vari piccoli attrezzi (tubi flessibili, contenitori graduati).

Come tubo flessibile, molti specialisti raccomandano di utilizzare un tubo antincendio flessibile invece dei tradizionali tubi in PEHD da 32 cm di diametro. È piatto e passa perfettamente nello spazio anulare, garantendo un'efficace erogazione della malta.

L'attrezzatura per la cementazione dei pozzi ha grandi dimensioni e richiede una potente fonte di energia, ad esempio un compressore, un generatore, un accesso ininterrotto alla rete elettrica.

Fase n. 2 – preparazione della miscela

La malta di cementazione per il pozzo deve soddisfare una serie di requisiti e possedere:

• elevate proprietà adesive con superfici di qualsiasi tipo;
• elevata resistenza dopo l'indurimento, resistenza alle sollecitazioni meccaniche;
• plasticità e buona fluidità per riempire tutte le fessure e i vuoti;
• neutralità chimica nei confronti degli strati di terreno da cementare;
• resistenza all'erosione delle acque sotterranee;
• assenza di ritiro durante l'indurimento.

Inoltre, la malta deve avere una consistenza tale da poter essere trasportata al pozzo e iniettata senza problemi. La malta deve potersi facilmente rimuovere dall'attrezzatura, non essere chimicamente aggressiva nei suoi confronti e avere un coefficiente di perdita minimo durante il trasporto al pozzo.

La malta di cementazione utilizzata deve avere una struttura sufficientemente fluida per essere pompata dall'attrezzatura di iniezione e allo stesso tempo possedere elevate caratteristiche di resistenza.

Il processo di preparazione della malta cementizia per la cementazione consiste nel mescolare uniformemente i componenti che la compongono, con successiva aggiunta di acqua in cui sono state precedentemente disciolte additivi speciali.

Le malte più semplici che si possono preparare da soli sono:

1. Cemento Portland + sabbia di quarzo (1:1) + additivi speciali e acqua fino ad ottenere la consistenza desiderata. Tale malta ha una bassa densità e la sua preparazione è complessa, poiché la sabbia contenuta spesso precipita e l'uso della malta diventa impossibile.
2. Cemento Portland + barite (1,1:1) + additivi speciali e acqua. Lo svantaggio di tale malta – è la bassa resistenza.
3. Cemento Portland + riempitivo. Come riempitivo viene utilizzato amianto (su terreni sabbiosi), materiali fibrosi.

Per preparare la miscela cementante, è meglio utilizzare il cemento Portland per cementazione, che è una varietà di cemento a base di silicati.

Questo cemento, ovviamente, costa di più del normale cemento Portland, tuttavia le sue caratteristiche di resistenza sono molto superiori a quelle del normale. La barite – un minerale pesante che aumenta la densità della malta. È possibile acquistare la barite in un negozio di materiali edili che vende materiali sfusi.

Per additivi speciali nei composti cementanti si intendono varie sostanze che conferiscono proprietà speciali alla malta.

Tra questi vi sono:

• acceleratori di presa del cemento (cloruro di calcio, carbonato di sodio, potassio), utilizzati se la cementazione avviene a temperature inferiori a +5 gradi;
• ritardanti di presa, utilizzati per prevenire un rapido indurimento (si tratta di cloruri di calcio o sodio, nitrito di sodio, ecc.);
• plastificanti per ottenere una viscosità ottimale (modificatori polimerici);
• additivi antigelo (composti organosilicici insieme a plastificanti);
• additivi assorbenti l'umidità (sostanze ottenute da composti appartenenti ai gruppi degli acidi zuccherino, citrico, tartarico e tetraossiadipinico) e altri.

Gli additivi speciali vengono mescolati in acqua, che viene successivamente utilizzata per preparare la malta cementante. La malta viene mescolata mediante apposite macchine – miscelatori. A volte è consentita la miscelazione manuale, ma richiede una certa abilità e un grande dispendio di lavoro.

La pietra cementizia che si forma durante l'indurimento del cemento Portland possiede elevate proprietà di resistenza, sopporta carichi, sollecitazioni meccaniche e fisiche.

Fase n. 3 – versamento della miscela nel pozzo

I principali metodi di cementazione dei pozzi sono:

• cementazione continua o a singolo stadio;
• a due stadi;
• a manicotto;
• inversa.

Tutti i metodi di cementazione dei pozzi di captazione dell'acqua si basano su un unico principio – l'iniezione della malta cementante nello spazio anulare. La scelta della tecnologia di cementazione dipende dalle condizioni specifiche: tipo di terreno, profondità del pozzo, materiale dei tubi di rivestimento, condizioni climatiche e idrogeologiche del sito.

La tecnologia di cementazione scelta per il pozzo d'acqua deve garantire:

• il riempimento dell'intero foro del pozzo per tutta la profondità con la malta;
• la completa espulsione del fluido di circolazione (se presente);
• la creazione di una pietra cementizia ad alta resistenza, stabile agli agenti fisici, meccanici e chimici;
• un elevato indice di adesione con le pareti del terreno del pozzo e con i tubi di rivestimento.

Per i pozzi profondi si utilizza la cementazione segmentata, cioè non viene cementato l'intero foro del pozzo in una volta, ma solo i suoi singoli segmenti.

Questo processo è molto complesso e la pratica dimostra che è praticamente impossibile eseguirlo da soli. Pertanto, esamineremo più in dettaglio la tecnologia di cementazione a uno e due stadi e a manicotto.

Cementazione a stadio singolo o continua

Questo metodo è il più comunemente utilizzato per la cementazione dei pozzi d'acqua domestici. Durante la sua esecuzione, la malta cementizia viene pompata nello spazio anulare.

La malta viene pompata sotto pressione utilizzando attrezzature montate su un veicolo speciale o posizionate permanentemente vicino al pozzo. La malta cementizia, sotto il proprio peso, si sposta verso la base “scarpa” della colonna di rivestimento, riempiendo tutte le cavità anulari.

I lavori di cementazione a stadio singolo vengono eseguiti in un unico ciclo senza interruzioni, quindi è necessario garantire una quantità sufficiente di malta di tamponamento.

Prima di iniziare i lavori di cementazione, si effettua il lavaggio del pozzo, quindi viene inserito il tappo inferiore, che fungerà da limitatore. Viene acceso il pompa per calcestruzzo e inizia l'iniezione della malta sigillante, sotto la cui azione il tappo scende fino a raggiungere il “calcagno” della colonna di rivestimento.

Dopo l'iniezione della malta, viene posizionato il tappo superiore e inizia la compattazione della miscela cementizia, fino a quando il tappo superiore non si ferma contro quello inferiore. Ciò significherà che la malta ha riempito tutto lo spazio anulare. La compattazione viene effettuata mediante una pressa vibrante pompando la malta con la pompa per calcestruzzo.

Il pozzo cementato viene lasciato in riposo per 36-48 ore per la completa solidificazione della malta. Questo metodo è adatto solo per pozzi poco profondi e di configurazione regolare. Lo svantaggio di questo metodo è l'impossibilità di monitorare il momento in cui la malta cementizia raggiunge il punto inferiore del pozzo.

Sistema di iniezione a due stadi

Questo metodo di cementazione è stato sviluppato per i pozzi dell'industria petrolifera. Poiché richiede l'uso di attrezzature industriali pesanti (una potente pompa per calcestruzzo), non viene utilizzato spesso nella costruzione di pozzi. La cementazione a due stadi viene utilizzata nei seguenti casi:

• la malta cementizia fa presa così rapidamente che non è possibile terminare la cementazione in un unico ciclo;
• quando è necessario isolare due sezioni nello spazio anulare separate da una distanza significativa;
• in caso di grande profondità del pozzo, quando non è possibile eseguire i lavori in un unico ciclo.

Negli altri casi, l'uso del metodo a due stadi non è consigliabile a causa della durata del processo e dei fattori economici.

La cementazione a due stadi è più lunga nel tempo, poiché la seconda fase inizia dopo la completa solidificazione della malta di tamponamento del primo stadio.

Il principio della cementazione a due stadi si basa sul fatto che l'iniezione del cemento nello spazio anulare avviene in due fasi.

La prima dose di malta di tamponamento viene caricata e pompata. Il tappo inferiore viene calato e, sotto l'azione della malta, scende sul fondo. La seconda dose di malta viene iniettata dopo 12-36 ore, dopo la completa solidificazione della prima dose.

Nella pratica della perforazione profonda di pozzi artesiani, in presenza di strati assorbenti nella parte superiore della sezione geologica e in altri casi, si applica la cementazione a due stadi.

Applicazione del metodo a manicotto

Questo metodo di cementazione viene utilizzato se è necessario rinforzare solo la parte superiore del pozzo. In questo caso, il compito iniziale sarà determinare il livello fino al quale verrà eseguita la cementazione.

Il livello viene segnato sul tubo di rivestimento installando un manicotto speciale. La parte inferiore del foro è così protetta in modo affidabile dal manicotto contro l'infiltrazione della malta di tamponamento.

La malta viene iniettata esattamente come nella cementazione a uno stadio. Il metodo a manicotto viene applicato nel caso in cui la parte superiore del pozzo si trovi su terreni sabbiosi e la parte inferiore – su terreni argillosi. Questo caso si verifica abbastanza raramente, quindi questo metodo non ha trovato ampia applicazione.

Processo di formazione della pietra cementizia

Il processo di formazione della pietra cementizia inizia immediatamente dopo l'iniezione della malta di tamponamento e dura dalle 12 alle 36 ore. I principali fattori che influenzano la durata della solidificazione della malta fino allo stato di pietra cementizia:

• le proprietà dei componenti che compongono la malta;
• il terreno, il materiale delle colonne di rivestimento;
• le condizioni idrogeologiche e climatiche del sito;
• la densità di iniezione, la corretta esecuzione del processo di tamponamento.

Durante il periodo di solidificazione, è necessario lasciare il pozzo in stato di quiete. È vietato utilizzare cavi, piedi di porco, fili metallici per valutare la qualità della cementazione, poiché ciò potrebbe compromettere l'integrità della pietra cementizia in formazione.

Se non sa quanto tempo è necessario per la completa presa della malta cementizia, attenda tre giorni e proceda con le misurazioni di controllo.

Valutazione della qualità della cementazione

Vale la pena notare: nonostante il fatto che la valutazione della qualità della cementazione dei pozzi acquiferi sia una fase molto importante, non è possibile eseguirla autonomamente.

Per la sua esecuzione è necessaria un'apparecchiatura di laboratorio speciale, che si trova molto raramente anche presso le organizzazioni che si occupano di perforazione.

Se ha comunque intenzione di effettuare una valutazione della cementazione eseguita, può ordinare il servizio di controllo qualità in uno dei tre modi seguenti:

• acustico, basato sulla percussione delle pareti della colonna di rivestimento, con successiva elaborazione dei dati ottenuti mediante programmi informatici;
• radiologico, quando la misurazione viene effettuata con strumenti radio;
• termico, basato sul principio della misurazione del calore sprigionato durante il raffreddamento della malta cementizia.

In condizioni “domestiche” è possibile utilizzare un metodo termico semplificato, misurando la temperatura alle pareti del pozzo. Quando questa eguaglia la temperatura ambiente e diventa inferiore di 0,5-1,5 gradi, allora si può parlare di completo indurimento. Tuttavia, anche dopo questo, si consiglia di attendere 2-3 giorni e solo allora mettere in funzione il pozzo.

Dopo aver completato la verifica, l’imboccatura del pozzo viene pulita dai residui di malta cementizia con l’aiuto di una cucchiaia. Quindi si effettua una prova di tenuta, per la quale viene pompata acqua ad alta pressione nel tubo del pozzo per 30 minuti. Il criterio di tenuta è una riduzione della pressione di circa 0,3-0,5 MPa. Ora il pozzo è completamente pronto per l'uso.

La tenuta della cementazione aumenta la portata del pozzo, prolunga la vita delle colonne di rivestimento, proteggendole dalla corrosione, nonché della stessa fonte d'acqua.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Nei video presentati di seguito si parla di pozzi nel settore petrolifero e del gas, ma il principio della tecnologia di esecuzione dei lavori è lo stesso dei pozzi d'acqua.

Procedura di cementazione a stadio singolo del pozzo:

Particolarità della cementazione con manicotto:

Caratteristiche tecnologiche della cementazione a due stadi:

La cementazione – è un processo complesso che richiede l'uso di attrezzature specializzate. Tuttavia, ciò non significa che non sia possibile eseguirla da soli. Scegliendo e preparando correttamente la malta per tappatura, utilizzando un set minimo di macchinari, è possibile gestire il lavoro in autonomia.

In ogni caso, l’utilizzo del pozzo senza il consolidamento del tronco con cemento non durerà a lungo, e i costi per la perforazione di una nuova fonte d'acqua non saranno affatto inferiori.

Se dopo aver studiato il materiale Le sono rimaste domande su come cementare correttamente il pozzo dopo la perforazione, o se possiede preziose conoscenze su questo argomento, lasci i suoi commenti nel blocco sottostante.