Métodos e tecnologias de cimentação de poços: como preparar e verter a pasta de tamponamento

Após a perfuração do poço em solos arenosos soltos, chega uma etapa destinada a reforçar os tubos da coluna de revestimento. Ao mesmo tempo, deve-se proteger o furo de danos, da ação agressiva das águas subterrâneas, da corrosão e de outros fenômenos negativos. Trata-se de um processo chamado cimentação de poços.

Realizar o trabalho de cimentação por conta própria é bastante difícil, mas possível, desde que se tenha conhecimento sobre as tecnologias de execução. Diremos a você por que é necessário realizar a cimentação e no que prestar atenção ao executar os trabalhos. Para maior clareza, o material contém fotos e vídeos temáticos.

Por que cimentar o poço?

A cimentação do poço – é o processo que ocorre imediatamente após a conclusão dos trabalhos de perfuração. O procedimento de cimentação consiste em introduzir uma pasta de cimento no espaço anular ou entre tubos (caso o tubo de revestimento esteja inserido em um tubo de polietileno mais largo), que com o tempo endurece, formando um furo monolítico no poço.

A pasta de cimento, neste caso, é chamada de “pasta de tamponamento”, e o próprio processo de “tamponamento”. Um complexo processo de engenharia, denominado tecnologia de cimentação de poços, exige conhecimentos específicos e equipamentos especiais.

Na maioria dos casos, as fontes de água podem ser tamponadas com as próprias mãos, o que é muito mais barato do que contratar especialistas.

A cimentação de poços é um conjunto de medidas destinadas a reforçar o espaço anular e a coluna de revestimento contra a pressão lateral destrutiva das rochas e a ação das águas subterrâneas

O tamponamento corretamente realizado dos poços de água contribui para:

• garantir a resistência da estrutura do poço;
• proteger o poço das águas subterrâneas e de superfície;
• reforçar o tubo de revestimento e protegê-lo contra a corrosão;
• aumentar a vida útil da fonte de água;
• eliminar poros grandes, vazios, folgas, através dos quais partículas indesejadas podem entrar no aquífero;
• deslocar a lama de perfuração pela pasta de cimento, se a primeira foi usada durante a perfuração.

A qualidade da água extraída e as características operacionais do poço dependerão de quão corretamente a cimentação é realizada. A cimentação também é realizada para poços desativados que não serão mais operados.

Etapas da cimentação da fonte de água

Todo o processo de cimentação consiste em várias etapas, cada uma com suas particularidades:

1. Preparação da pasta de cimento para preenchimento do espaço anular.
2. Transporte do cimento preparado até o poço.
3. Injeção da pasta de cimento no espaço anular.
4. Período de endurecimento da pasta de cimento.
5. Verificação da qualidade da cimentação.

Cada etapa requer o uso de ferramentas e equipamentos específicos. É melhor calcular os materiais necessários antes de iniciar os trabalhos de tamponamento, pois o processo de tamponamento deve ser contínuo e, se, por exemplo, você não tiver pasta de cimento suficiente, isso afetará negativamente a qualidade da cimentação. Vamos analisar as etapas mais importantes com mais detalhes.

Em casos raros, os poços aquíferos não precisam de cimentação; trata-se de poços cuja profundidade total atravessa solos argilosos densos.

Etapa nº 1 – preparação do equipamento

Todos os trabalhos de cimentação de poços aquíferos devem ser realizados estritamente de acordo com os requisitos técnicos, cuja violação resultará em cimentação de má qualidade.

Ao iniciar o tamponamento do poço, você deve saber que se trata de um processo irreversível. Não é possível corrigir nada após o início da injeção da pasta no espaço anular do poço. Portanto, você deve abordar os trabalhos preparatórios, especificamente a preparação da pasta de cimento e a seleção do equipamento, com a máxima responsabilidade!

A maneira mais simples e eficaz – alugar equipamentos em uma plataforma de veículos automotores. Esse conjunto pode preparar a pasta de cimento e bombeá-la para o poço sob pressão, sendo que a fonte de energia para o funcionamento do equipamento é um potente motor automotivo.

Se o uso de unidades baseadas em veículos especiais não for possível, você precisará de:

• misturador para preparação da argamassa de cimento;
• bomba de alta pressão, que realiza o bombeamento da argamassa para o poço;
• cabeça de cimentação para injeção da argamassa dentro do poço;
• tampões de injeção (a quantidade depende do método de cimentação);
• vários pequenos equipamentos (mangueiras, recipientes de medição).

Como mangueira, muitos especialistas recomendam, em vez dos tradicionais tubos de PEAD com diâmetro de 32 cm, usar uma mangueira flexível de incêndio. Ela é plana e passa perfeitamente no espaço anular, garantindo uma alimentação eficiente da argamassa.

O equipamento para cimentação de poços tem grandes dimensões e requer também uma fonte de energia potente, como compressor, gerador, acesso ininterrupto à rede elétrica.

Etapa nº 2 – preparação da pasta

A argamassa de tamponamento para cimentação do poço deve atender a uma série de requisitos e possuir:

• altas propriedades adesivas com superfícies de qualquer tipo;
• alta resistência após o endurecimento, resistência a impactos mecânicos;
• plasticidade e boa fluidez, para preencher todas as fissuras e vazios;
• neutralidade química em relação às camadas de solo a serem tamponadas;
• resistência à erosão por águas subterrâneas;
• ausência de retração durante o endurecimento.

Além disso, a argamassa deve ter uma consistência que permita ser transportada até o poço e injetada sem problemas. A argamassa deve ser facilmente lavada dos equipamentos, não ser quimicamente agressiva em relação a eles e ter um coeficiente mínimo de perda durante o transporte até o poço.

A argamassa de tamponamento utilizada deve ter uma estrutura suficientemente fluida para realizar o bombeamento pelo equipamento de injeção e, ao mesmo tempo, ter altas características de resistência.

O processo de preparação da argamassa de cimento para tamponamento consiste em misturar uniformemente os componentes que entram em sua composição, com posterior adição de água, com aditivos especiais previamente dissolvidos nela.

As argamassas mais simples que podem ser preparadas por conta própria são:

1. Cimento Portland + areia de quartzo (1:1) + aditivos especiais e água até obter a consistência desejada. Essa argamassa tem baixa densidade, e sua preparação é complexa, pois a areia que entra na composição frequentemente sedimenta e o uso da argamassa torna-se impossível.
2. Cimento Portland + barita (1,1:1) + aditivos especiais e água. A desvantagem dessa argamassa é a baixa resistência.
3. Cimento Portland + enchimento. Como enchimento, utiliza-se amianto (em solos arenosos), materiais fibrosos.

Para preparar a mistura de cimentação, o melhor é usar cimento Portland para poços, que é um tipo de cimento à base de silicatos.

Esse cimento, claro, custa mais caro que o cimento Portland comum, mas suas características de resistência são muito superiores às do comum. Barita – é um mineral pesado que aumenta a densidade da solução. A barita pode ser adquirida em lojas de materiais de construção que vendem materiais de construção a granel.

Por aditivos especiais que compõem as soluções de cimentação, entende-se várias substâncias que conferem propriedades especiais à solução.

Entre eles estão:

• aceleradores de pega do cimento (cloreto de cálcio, soda calcinada, potassa), usados se a cimentação ocorrer a temperaturas abaixo de +5 graus Celsius;
• retardadores de pega, usados para evitar o endurecimento rápido (são cloretos de cálcio ou sódio, nitrito de sódio, etc.);
• plastificantes para obter viscosidade ideal (modificadores poliméricos);
• aditivos resistentes ao gelo (compostos organossilícicos juntamente com plastificantes);
• aditivos absorventes de umidade (substâncias obtidas a partir de compostos pertencentes aos grupos dos ácidos sacárico, cítrico, tartárico e tetraoxiadi pico) e outros.

Os aditivos especiais são misturados na água, que posteriormente é usada para preparar a solução de cimentação. A solução é misturada usando máquinas especiais – misturadores. Às vezes, é permitida a mistura manual, mas requer certa habilidade e grande dispêndio de mão de obra.

A pedra de cimento, formada durante o endurecimento do cimento Portland, possui altas propriedades de resistência, suporta cargas, impactos mecânicos e físicos

Etapa nº 3 – verter a pasta no poço

As principais formas de cimentação de poços são:

• contínua ou de uma etapa;
• de duas etapas;
• com manga;
• inversa.

Todos os métodos de cimentação de poços de captação de água baseiam-se em um mesmo princípio – a injeção da solução de cimentação no espaço anular. A escolha da tecnologia de cimentação depende das condições específicas: tipo de solo, profundidade do poço, material das tubulações de revestimento, condições climáticas e hidrogeológicas do local.

A tecnologia de cimentação escolhida para o poço de água deve garantir:

• preenchimento de todo o vão do poço com solução em toda a profundidade;
• deslocar completamente o fluido de lavagem (se houver);
• criação de uma pedra de cimento de alta resistência, resistente a impactos físicos, mecânicos e químicos;
• alto índice de adesão com as paredes do solo do poço, tubulações de revestimento.

Para poços profundos, utiliza-se cimentação segmentar, ou seja, não se cimenta todo o vão do poço de uma só vez, mas apenas seus segmentos individuais.

Este processo é muito complexo e a prática mostra que realizá-lo por conta própria é praticamente impossível. Portanto, vamos examinar mais detalhadamente a tecnologia de cimentação de uma e duas etapas e de luva.

Cimentação de uma etapa ou contínua

Este método é mais frequentemente usado para cimentar poços aquíferos domésticos. Na sua implementação, a argamassa de cimentação é injetada no espaço anular.

A argamassa é injetada sob pressão usando equipamento montado na plataforma de um veículo especial ou estacionariamente próximo ao poço. A argamassa de cimentação, sob seu próprio peso, move-se em direção à base - o “sapato” da coluna de revestimento, preenchendo todas as cavidades anulares.

Os trabalhos de cimentação de uma etapa são realizados em um único ciclo, sem interrupções, portanto, é necessário garantir uma quantidade suficiente de argamassa de tamponamento.

Antes de iniciar os trabalhos de cimentação, é realizada a lavagem do poço, e em seguida é introduzido o tampão inferior, que servirá como limitador. A bomba de concreto é ligada e começa a injeção da argamassa de tamponamento, sob cuja ação o tampão desce até atingir o “sapato” da coluna de revestimento.

Após a injeção da argamassa, o tampão superior é instalado e inicia-se a compactação da mistura de cimento, até que o tampão superior encoste no inferior. Isso significará que a argamassa preencheu todo o espaço anular. A compactação é realizada por vibrocompactador, com auxílio de bombeamento adicional da argamassa pela bomba de concreto.

O poço cimentado é deixado em repouso por 36-48 horas para a completa solidificação da argamassa. Este método é adequado apenas para poços rasos e de configuração reta. A desvantagem deste método é a impossibilidade de monitorar o momento em que a argamassa de cimento atinge o ponto inferior do furo do poço.

Sistema de injeção de duas etapas

Este método de cimentação foi desenvolvido para poços da indústria petrolífera. Devido ao fato de exigir o uso de equipamentos industriais pesados (bomba de concreto potente), não é frequentemente utilizado na construção de poços. A cimentação de duas etapas é usada nos seguintes casos:

• a argamassa de cimento pega tão rapidamente que não é possível terminar a cimentação em um único ciclo;
• quando é necessário isolar duas seções no espaço anular que estão separadas por uma distância significativa;
• quando a profundidade do poço é grande, impossibilitando a realização dos trabalhos em um único ciclo.

Nos demais casos, a aplicação do método de duas etapas é desaconselhável devido à duração do processo e aos indicadores econômicos.

A cimentação em dois estágios é mais demorada, pois a segunda etapa é iniciada após o endurecimento completo da argamassa de tamponamento da primeira etapa.

O princípio da cimentação em dois estágios baseia-se no fato de que a injeção de cimento no espaço anular é realizada em duas etapas.

A primeira porção da argamassa de tamponamento é carregada e bombeada. O tampão inferior é descido e, sob a ação da argamassa, o tampão desce até o fundo. A segunda porção de argamassa é injetada após 12 a 36 horas, após o endurecimento final da primeira porção.

Na prática de perfuração profunda de poços artesianos, na presença de camadas absorventes na parte superior da seção geológica e em outros casos, aplica-se a cimentação em dois estágios.

Aplicação do método de manga

Este método de cimentação é utilizado se for necessário reforçar apenas a parte superior do poço. Nesse caso, a tarefa inicial será determinar o nível até o qual a cimentação será realizada.

O nível é marcado na tubulação de revestimento instalando uma manga especial. A parte inferior do poço é assim protegida de forma confiável pela manga contra a penetração da argamassa de tamponamento.

A argamassa é injetada exatamente da mesma forma que na cimentação em um estágio. O método de manga é aplicado quando a parte superior do poço está em solos arenosos e a parte inferior – em solos argilosos. Isso ocorre com pouca frequência, portanto, este método não encontrou ampla aplicação.

Processo de formação da pedra de cimento

O processo de formação da pedra de cimento começa imediatamente após a injeção da argamassa de tamponamento e dura de 12 a 36 horas. Os principais fatores que influenciam a duração do endurecimento da argamassa até o estado de pedra de cimento:

• propriedades dos componentes que compõem a argamassa;
• solos, material das colunas de revestimento;
• condições hidrogeológicas e climáticas no local;
• densidade da injeção, correção da execução do processo de tamponamento.

Durante o período de endurecimento, o poço deve ser deixado em repouso. É proibido usar cabos, pés de cabra, arames para avaliar a qualidade da cimentação, pois isso pode comprometer a integridade da pedra de cimento em formação.

Se você não sabe quanto tempo é necessário para a pega completa da argamassa de cimentação, aguarde três dias e prossiga com as medições de controle.

Avaliação da qualidade da cimentação

Vale ressaltar: apesar de a avaliação da qualidade da cimentação de poços aquíferos ser uma etapa muito importante, é impossível realizá-la por conta própria.

Para sua realização, são necessários equipamentos laboratoriais especiais, que raramente são encontrados até mesmo em organizações que realizam perfuração.

Se você ainda pretende avaliar a cimentação realizada, pode solicitar o serviço de controle de qualidade de uma das três formas:

• acústico, baseado no batimento nas paredes da coluna de revestimento, com posterior processamento dos dados obtidos por programas de computador;
• radiológico, quando a medição é feita por meio de aparelhos de rádio;
• térmico, baseado no princípio da medição do calor liberado durante a pega da argamassa de cimento.

Em condições “caseiras”, você pode usar o método térmico simplificado, medindo a temperatura nas paredes do poço. Quando ela se igualar à temperatura ambiente e ficar 0,5-1,5 graus abaixo, pode-se considerar a pega completa. No entanto, mesmo depois disso, recomenda-se aguardar 2-3 dias e só então colocar o poço em operação.

Após a conclusão da verificação, a boca do poço é limpa dos restos de argamassa de cimento com o auxílio de uma colher de limpeza. Em seguida, é realizado o teste de estanqueidade, para o qual água é bombeada para o tubo do poço sob alta pressão durante 30 minutos. O critério de estanqueidade será uma queda de pressão de aproximadamente 0,3-0,5 MPa. Agora o poço está completamente pronto para uso.

A estanqueidade da cimentação aumenta a vazão do poço, prolonga a vida útil das colunas de revestimento, protegendo-as da corrosão, e também da própria fonte de água

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Nos vídeos abaixo, o assunto são poços na indústria de petróleo e gás, mas o princípio da tecnologia de execução dos trabalhos é o mesmo que para poços aquíferos.

Procedimento de cimentação de poço em uma única etapa:

Especificidades da cimentação com luva:

Características tecnológicas da cimentação em duas etapas:

A cimentação – é um processo complexo que requer o uso de equipamentos especializados. No entanto, isso não significa que seja impossível realizá-la por conta própria. Escolhendo e preparando corretamente a argamassa de cimentação, usando um conjunto mínimo de equipamentos, é perfeitamente possível realizar o trabalho por conta própria.

De qualquer forma, a operação do poço sem a consolidação da coluna com cimento não será longa, e os custos para perfurar uma nova fonte de água não serão menores.

Se após o estudo do material você ainda tiver dúvidas sobre como cimentar corretamente o poço após a perfuração, ou se possuir conhecimentos valiosos sobre o assunto, por favor, deixe seus comentários no bloco abaixo.