Контроль за процессом и качеством цементации
Качество цементации зависит главным образом от соблюде­ния заданной технологии процесса. В связи с этим при произ­водстве цементационных работ ведут непрерывные наблюдения  за ходом работ:  исследуют состав и качество исходных материалов, определяют и регулируют состав растворов, контроли­руют поглощение их породой, регулируют давление, поскольку в случае превышения им расчетного значения может произойти нарушени структуры породы и  дополнительное   раскрытие трещин. Контроль за этими параметрами осуществляют с помощью автоматической   контрольно-измерительной   аппаратуры, смон­тированной в схеме цементационной установки, что обеспечивает получение объективной  информации о процессе и облег­чает его регулирование в нужных пределах. В ходе инъекционных работ непрерывно проводят разведоч­ное бурение, при котором уточняют границы слоев различных пород и характер распространения раствора. В специализированной лаборатории осуществляют регуляр­ный контроль за качеством исходных материалов и приготовляемых растворов, а также различные исследования, связанные с производством работ.
 Установка непрерывного контроля за процессами цементации
Рис, 2.25. Установка непрерывного контроля за процессами цементации
а -общая схема установки: / - цех приготовления глинистого раствора; // - цех приготовлеввя цементных растворов;  /// - цех приготовления цементно-глинистых растворов; 1 - электронный блох; 2 -  вертикальный участок стальной трубы; 4 - радиоактив­ный источник; 4 - световая сигнализация; 5 - записывающий и показывающий прибор; 6 - система раствороподачи; 7 - расходный смеситель цементно-глинистых растворов; 8 - регистрирующий прибор; 9 - блок питания; 10 - датчик расходомера;  11 - датчик давления; б - блок регистрации расхода раствора: 1 - выносной индукционный датчик; 2 к 3 - соответственно показывающий и регистрирующий приборы; 4 - блок питания показывающего в записывающего прибора; в - блок регистрации плотности раствора: 1 -основной источник гамма-излучения; 2 - труба с контролируемым раствором; 3 - группа из трех счетчиков со стороны основного излучателя; 4 - реверсивный двига­тель; 5 - группа из трех счетчиков со стороны компенсационного излучателя; 6 -регу­лирующий клин; 7 - компенсационный источник гамма-излучения; 8 - показывающий прибор; 9 -записывающий прибор; 10 - усилитель; 11 - интегрирующая ячейка ком­пенсационного канала; 12 - соответствующий блок; 13 - интегрирующая ячейка основно­го канала
 

На технологических линиях всех исходных растворов орга­низуют контрольные группы. Так, у исходного раствора регулярно, через каждые 15-20 мин, определяют плотность, вязкость, содержание песка и других примесей, тонкость помола, гранулометрический состав и т. д. Контрольные замеры производят как в момент приготовления раствора, так и перед выдачей его на узел вторичного смешения. Регулярно, пример­но через каждые 30 мин, определяют параметры растворов, поступающих с базы и возвращающихся на узел с производст­венной площадки по закольцованной магистрали. У инъек­ционных цементно-глинистых растворов проверяют плотность, вязкость и водоотдачу, а у обойменных - дополнительно проч­ностные показатели.

Непрерывный контроль за цементационными работами и их автоматизацию можно осуществлять разработанной институтом Оргэнергострой установкой (рис. 2.25). Она состоит из блока ре­гистрации давления раствора в системе раствороподачи, блока регистрации расхода раствора и блока регистрации его состава (плотности).

Блок регистрации давления раствора, предназначенный для дистанционного замера и записи давления, состоит из маномет­ра с индукционным датчиком давления, регистрирующего и по­казывающего приборов, самописца, двухпозиционного регулято­ра и сигнального устройства. Регулирующее устройство блока поддерживает давление в системе раствороподачи в заданных пределах путем подачи импульса на автоматическую систему управления давлением, которая регулирует открытие крана, рас­положенного на трубе для возврата раствора из скважины. Сиг­нальное устройство блока предупреждает о возможных наруше­ниях режима.

Блок регистрации расхода раствора, предназначенный для непрерывной дистанционной регистрации и записи расхода, со­стоит из выносного индукционного датчика, регистрирующего и показывающего приборов, а также блока питания показывающе­го и записывающего прибора.

Индукционный датчик представляет собой отрезок трубы из изоляционного материала, вмонтированный в систему растворо­подачи и помещенный в магнитное поле. Принцип действия дат­чика основан на том, что в движущемся растворе индуцируется ЭДС, пропорциональная средней скорости его движения и, сле­довательно, пропорциональная расходу раствора. Величина ин­дуцируемой ЭДС замеряется регистрирующим прибором. Рас­ход раствора определяется по тарировочному графику.

Блок регистрации плотности раствора может осуществлять непрерывный дистанционный контроль за его плотностью в лю­бом месте системы раствороподачи и запись этих показаний. Он укомплектован радиоизотопным плотномером жидкости типа ПЖР-2м. Измерение плотности основано на зависимости степе­ни поглощения гамма-излучения от плотности среды.
Гамма-излучение основного источника (рис. 2.25, в) пропус­кает через вертикально расположенную трубу системы раство­роподачи с контролируемым раствором и регистрируют группой из трех счетчиков (приемником радиоактивного излучателя). При этом на интегрирующей ячейке основного канала создается постоянное напряжение, пропорциональное числу гамма-кван­тов, попадающих в единицу времени на счетчики. Одновременно с этим гамма-излучение от компенсационного источника, пройдя через регулирующий клин, попадает на другую группу из трех счетчиков и создает свое постоянное напряжение. Соответствующий блок сравнивает эти напряжения. Разность сигнала посту­пает в усилитель, а затем на одну из обмоток реверсивного дви­гателя, который связан с регулирующим клином и индукционной катушкой вторичного записывающего и показывающего приборов. Регулирующее устройство блока поддерживает плотность раствора в заданных пределах.

Контрольно-измерительная и регулирующая аппаратура мон­тируется в цементационной установке по схеме рис. 2.25, а. При циркуляционном способе инъекции для более детального контро­ля в схеме цементационной установки можно смонтировать два датчика давления и по два блока регистрации расхода и плотно­сти, расположив их как на трубе для подачи раствора, так и на трубе для его возврата.

Описанная установка контроля и регулирования давления, плотности и поглощения раствора скважиной позволяет в произ­водственных условиях непрерывно управлять процессом цемен­тации.

В отдельных случаях поглощение цементационного раствора при инъекции измеряют объемным способом путем систематиче­ского, через определенные интервалы времени, определения раз­ности объемов раствора в расходном смесителе по разности уровней раствора в баке. Контроль и анализ работ по цемента­ции можно вести, пользуясь графиком  записи хода цементации по каждой скважине (рис. 2.26).

Качество цементации пород оценивают по изменению их филь­трационных характеристик и физико-механических свойств, а также по степени гашения фильтрационного давления на цемен­тационной завесе при наполнении водохранилища.

С этой целью в зацементированном массиве пробуривают контрольные скважины, в которых проводят фильтрационные испытания, из которых извлекают керны для определения проч­ностных и других физико-механических свойств зацементирован­ной породы, по которым определяют зону распространения инъ­екционного раствора и т. д. При однорядной завесе контрольные скважины проходят по оси этого ряда между основными скважинами, а при многорядной завесе,  кроме того, между рядами скважин. Места расположения контрольных скважин обычно ус­танавливает - проектировщик или заказчик.
Число контрольных скважин зависит от вида цементации. Так, при укрепительной (площадной) цементации, цементации боковых и временных завес, а также бортов водохранилища чис­ло контрольных скважин составляет до 5% от числа основных скважин, а при глубоких завесах - до 10%.

Плотность и сплошность завесы определяют при фильтраци­онных испытаниях по удельному водопоглощению с  последующей цементацией контрольной скважины для определения погло­щения цемента на 1 м ее длины.

Качество работ считают удовлетворительным, если удельное водопоглощение пород в зоне контрольной скважины равно или меньше заданной проектом нормы для данного участка завесы. Если результаты испытаний контрольной скважины не отвечают требованиям проекта, ее цементируют как основную, а на прове­ряемом участке закладывают и испытывают новую контрольную скважину.

График записи хода цементации
Рис. 2.26. График записи хода цементации

Глубину контрольных скважин обычно принимают равной глубине основных скважин.
Испытания контрольных скважин проводят в присутствии представителя заказчика, и по окончании их составляют акт, где отмечают соответствие результатов испытаний требованиям про­екта, необходимость цементации или ликвидации контрольных скважин, необходимость бурения добавочных скважин, места их расположения и т. д.

При ответственных и возводимых в сложных геологических условиях сооружениях контроль за качеством цементации осуще­ствляют путем непосредственного осмотра закрепленной породы из вертикальных выработок, штреков и штолен большого сече­ния.

Качество цементационных завес можно проверять также с по­мощью геофизических методов, в частности методами радиоак­тивного каротажа, электрокаротажа и ультразвукового профи­лирования, которые позволяют оценить распределение цемента ционного раствора по глубине завесы.

При радиоактивном каротаже применяют методы гамма-ка­ротажа (ГГК), нейтронного гамма-каротажа (НГК) и нейтрон-нейтронного каротажа (ННК) (рис. 2.27, а-в).

Электрокаротаж заключается в измерении кажущегося удель­ного электросопротивления породы до и после инъекции. С уве­личением степени заполнения пор инъекционным раствором и вытеснения из них грунтовых вод удельное электросопротивление закрепленного

Схемы,  контроля за качест­вом цементации
Рис. 2.27.   Схемы,  контроля за качест­вом цементации
а-в - методами радиоактивного каротажа - гамма - каротаж; б - нейтронный гамма-каротаж; в - нейтрон-нейтронный гамма - каро­таж: 1 - контрольные скважины; 2 - цементационный сцинтилляционный зонд; 3 - регистратор; г - методом электрокаротажа: 1-со­противление грунта до инъекции; 2 - то же, после инъекции
 
массива уменьшается (рис. 2.27, г). По тарировочному графику связи удельного сопротивления массива и степени заполнения пор инъекционным раствором определяется качество цементации для любого момента, Каротаж производит­ся по автоматической схеме регистрации с помощью автомати­ческой каротажной станции.

Кажущееся удельное электросопротивление породы как неод­нородной и анизотропной среды определяют по формуле

 

где:    - отношение истинного значения плотности тока в данной среде к ее значению в однородной и изотропной среде;
       - разность потенциалов в контролируемых точках;
         - сила тока.
Электрокаротаж позволяет оперативно и без больших затрат осуществлять наблюдения за выполнением инъекционных работ.

Ультразвуковое профилирование дает возможность контроли­ровать качество цементационных работ по изменению скорости прохождения звука высокой частоты через контролируемый уча­сток до и после цементации.

Контроль за качеством укрепительной цементации осуществ­ляют испытанием зацементированной породы под нагрузкой в массиве, а также микросейсмическим методом или по вырублен­ным кернам.

Все разведочные и контрольные, выработки перед сдачей за­весы в эксплуатацию тампонируют.