УДК 626/627

Метод герметизации водопритока затрубного пространства обсадной трубы при строительстве водозаборных скважин

Романов Андрей Александрович – инженер-гидрогеолог Общества с ограниченной ответственностью «АкваСтройМонтаж»

Аннотация: Приведены результаты практического применения бентонитовых шнуров для герметизации затрубного пространства водозаборных скважин. Исследования показали, что при использовании бентонитовых шнуров типа Икопал, Аквастоп, башмак обсадной колонны герметично изолируется от попадания вод верхнечетвертичных водоносных горизонтов. При разбухании бентонитового шнура, создается водонепроницаемая пробка, препятствующая проникновению верховодки по затрубному пространству.

Ключевые слова: скважина, бентонит, водоприток, двухколонная конструкция.

Введение

В настоящее время необходимы разработки эффективных методов проведения водоизоляционных работ. Чтобы удовлетворить высокие требования к экологии окружающей среды необходимо внедрение различных инноваций, в том числе к «технологическим приемам изоляции водопритоков, физико-механическим свойствам материалов, расчетам закачиваемых объемов и режимов закачки с целью формирования в пласте неподвижного и протяженного экрана» (Скородиевский В. Г.,2007). До сих пор не придавали особого внимания к водопритоку, к последствиям, к которому могут привести недостаточная герметизация затрубного пространства скважин. В связи с этим, необходимы комплексные исследования по изучению вопросов водоизоляции.

Существует большое количество разнообразного материала для проведения изоляционных работ. Тем не менее ведутся научно-исследовательские работы по созданию новых материалов, обеспечивающих экологичность и технологичность процесса, а также методик по снижению затрат на ремонтно-восстановительные работы [1].

В настоящее время используются композиции на основе цемента с различными полимерными добавками для улучшения схватываемости с поверхностью (адгезия), способностью материала восстанавливаться после деформации. Учитывая, что в зависимости от условий применения необходим подбор различных армирующих составов.

Одним из наиболее часто применяемых методов является цементация скважины. Это укрепляет обсадную колонну, снижает возможность деформации и возникновения нештатной ситуации, связанной со сдвигом и давлением грунтов. Предварительно нужно осуществить замер геометрии скважины и определение характеристики грунтов.

Это основной и очень важный этап. Необходимо учитывать, что ошибка в анализе и в расчетах при цементировании затрубного пространства может привести к ухудшению функциональности водозаборного сооружения [2].

Цель исследования – изолировать (отсечь) водоприток с затрубного пространства водозаборной скважины. При исследовании использовалась двухколонная конструкция скважины.

Материалы и методы

Бентонитовый шнур, виды, особенности применения. Бентонитовый шнур – это гидроизоляционный материал, который широко используется в строительстве. Его применение – один из самых качественных способов герметизации открытых и внутренних инженерных систем. Укладку шнура используют при гидроизоляции на вертикальных и горизонтальных поверхностях, если есть неровности, сколы и трещины.

Шнур изготовлен из вулканического материала с добавлением бентонитовой глины. Бентонит – это материал природного происхождения, отличительной чертой которого является способность поглощения влаги. При контакте с водой он разбухает и заполняет пустоты, обеспечивая надежную герметизацию объекта. Степень набухания зависит от взаимодействия с водой – может увеличиться в размере на 200% в течение первых 5 часов при непрерывном контакте с водой. Если работы проводились в воде, то шнур может увеличиваться в размерах до 400% в течение суток. Такие свойства позволяют использовать материал в промышленном строительстве [3].

Преимущества использования бентонитового шнура в строительстве:

  • экологически чистый материал;
  • долговечность – долгий период сохраняет свои свойства;
  • устойчив к агрессивной внешней среде – устойчив к химическим реагентам группы 5-11 рН;
  • работы по монтажу можно проводить в любое время года, выдерживает температурный режим от -15 до +50;
  • простота монтажных работ.

Бентонитовый шнур – это незаменимый материал при проведении строительных и инженерных работ.

Виды и особенности:

В строительной сфере можно встретить несколько названий бентонитового шнура – бентонитовая лента, гидропрокладка, гидроизоляционный жгут. Выглядят они в виде прямоугольной ленты разных цветов, диаметра и длины. Все бентонитовые шнуры можно классифицировать по внешнему виду и форме сечения.

По внешнему виду: плоские ленты, покрытые противоадгезионным материалом; водовпитывающий шнур, который набухает при контакте с влагой.

По форме сечения: круглое; квадратное; прямоугольное.

Данный материал изготавливается с применением бентонита натрия и применяется для изоляции технических швов между элементами конструкций и сооружений. При попадании воды в технический шов, проложенный бентонитовым шнуром происходит его набухание. В результате этого процесса происходит герметизация [4-7].

Бентонитовые глины дифференцируют на кальциевые и натриевые, которые отличаются друг от друга сложной структурой. Параметры порогового пространства для кальциевых бентонитов выше, чем для натриевых. Поэтому кальциевые бетониты набухают интенсивнее с более выраженной способностью. Естественные природные бетониты, содержащие двухвалентные катионов Са2+ обладают большей гидрофильностью и сорбционной активностью поверхности по сравнению с бетонитами, содержащими одновалентные Na-ионы. Также для кальциевых бетонитов характерна малая каталитическая активность и термическая устойчивость. Таким образом, учитывая особенности гидроизоляционных схем при использовании двухколонной конструкции скважины породы четвертичных отложений (песок), лучше подходят натриевые бентониты на полимерной нетканной основе и полимерной композиции на основе каучуков [8].

В настоящей работе приведены данные использования натриевых бентонитовых шнуров марки «ИКОПАЛ», «АКВАСТОП». На рисунке 1 представлен внешний вид бентонитового шнура.

 image001

Рисунок 1. Внешний вид бентонитового шнура.

Результаты исследования

На рисунке 2 предоставлена схема монтажа бентонитового шнура.

 image002

Рисунок 2. Схема монтажа бентонитового шнура.

При монтаже обсадной колонны, ее башмак обматывали бентонитовым шнуром длиной 0,7-1,5 метра. После монтажа обсадной трубы, шнур взаимодействовал с природной водой. В течение 5-7 часов он разбухал (увеличивался в объеме) до 5 раз, создавая плотную, гидроизолирующую пробку.

В таблице 1 предоставлены характеристики шнуров, которые использовались в исследовании

Таблица 1. Свойства бентонитовых шнуров.

Наименование

Бентонитовый шнур Икопал

Бентонитовый профиль Аквастоп ПНБ

Состав

бентонит и полимерная нетканая основа

полимерная композиция на основе каучуков

Длина, м

5

5

Плотность, г/см3, не менее

1,40

1,35

Объемное расширение, в % через 5 ч, не менее/ через 24 ч, не менее

200 / 400

до 200

Гибкость на брусе с закруглением радиусом 25 мм при температуре, °С, не выше

- 40

- 40

Исследования показали, что при использовании бентонитовых шнуров типа Икопал, Аквастоп, башмак обсадной колонны герметично изолируется от попадания вод верхнечетвертичных водоносных горизонтов. При разбухании бентонитового шнура, создается водонепроницаемая пробка, препятствующая проникновению верховодки по затрубному пространству.

Выводы

Однозначно можно утверждать, что использование бентонитовых шнуров марки Икопал и Аквастоп показало эффективность, простоту монтажа, экологичность.

Список литературы

  1. Romanov Andrey Aleksandrovich Use of unplasticized polyvinyl chloride (uPVC) casing pipes in water supply well construction // European science review. 2016. № 5-6.
  2. Романов А. А. Обсадные трубы из непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ) – эффективный путь снижения капитальных затрат при строительстве водозаборных скважин // Современные инновации. 2016. №8 (10). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obsadnye-truby-iz-neplastifitsirovannogo-polivinilhlorida-npvh-effektivnyy-put-snizheniya-kapitalnyh-zatrat-pri-stroitelstve (дата обращения: 29.05.2023).
  3. Бентонитовый шнур, виды, особенности, применения. – 2022 [Электронный ресурс]URL: https://rusdoor.ru/2022/02/09/bentonitovyj-shnurvidyosobennostiprimeneniya_1136941/ (дата обращения 9.06.2023).
  4. Ivashechkin, V. & Medvedeva, J. & Kondratovich, A. & Satsuta, E.. (2021). Basics of Calculation and Design of Two-Column Two-Filter Water Intake Wells. Science & Technique. 20. 410-419. 10.21122/2227-1031-2021-20-5-410-419.
  5. Водозаборная скважина: а. с. 1448002SU, МКИ Е О3В 3/18 / В. П. Ткаченко. Опубл. 30.12.1988.
  6. Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду 2-е издание Рецензент – д-р техн. наук А.С. Белицкий (Институт биофизики Минздрава СССР) г. Москва Недра, 1983 г.
  7. Ю.А. Основы технологии бурения скважин: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 216 с.
  8. Содикова Ш.А., Махкамова Д.Н., Усмонова З.Т. Бентонитовая глина, её физико-химическая характеристика и применение в народном хозяйстве // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2019. № 6.

Интересная статья? Поделись ей с другими: