УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ ПУСТОТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕМОНТЕ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

для крепления скважин, но вместе с тем не являются универсальньми средствами при обнаружении и заполнении карстовых пустот.
Известны для этих целей различные устройства для исследования вод в скважинах (RU 2084006, 1994) для нагнетания (закачивания) под землю, нанример, в буровые скважины, смесей в виде растворов (в частности гелеобразный раствор, содержащий гидролизованный полиакриламид) (US 4730674, 1987). В частности такой гелеобразный раствор, содержащий нолиакриламид, закачивается в кольцевое пространство между колонной обсадной трубы и опущенной в буровую скважину трубой.
Все перечисленные выше средства (составы, способы и устройства для их использования) не обеспечивают проведения всего технологического процесса обнаружения и заполнения (ликвидации) карстовых пустот. Кроме того, заполнение различных полостей при проведении таких работ по известным указанным технологиям приводит к образованию водонепроницаемого бетона, вокруг которого за счет большого градиента гидродинамического сопротивления для грунтовых вод, происходит размывание близлежащих слоев грунта.
Наиболее близким по достигаемому результату и технической сущности к заявленному устройству является устройство для заполнения скважин, содержащее полую бурильную колонну (трубу), в которой размещен источник радиоактивного излучения и которая имеет на нижнем конце буровое долото с отверстием, соединяющим бурильную колонну с внешней областью, а также систему подачи заполняющей полимерцементой смеси. Циркулирующий через него бурильный раствор содержит глину, воду и полимерный материал (в частности, полиакриламид), образующий поперечные связи при использовании в этом устройстве источника радиоактивностью. Циркуляцию раствора производят вниз по бурильной колонне и в скважину через отверстие долота. На нижнем конце первой скважины обсадной колонны установлен башмак, и собирают колонну, последовательно вводя ее в скважину.
В обсадную колонну вводят пробку с круговыми скребками и перемещают ее вниз по обсадной колонне до входа в контакт с седлом башмака,,закачиёая в колонну вытесняющую жидкость. Затем перемещают по обсадной колонне источник радиоактивности для преобразования бурового раствора в затвердевший цемент (US 4768593, 1988).
Недостатком данного устройства является ограниченная область его использования, не обеспечивающая решения задач заявленной полезной модели в комплексе.
Задачей заявленной полезной модели является создание устройства, способного обеспечить возможность проведения всего технологического процесса обнаружения и заполнения (ликвидации) карстовых (или другого происхождения) пустот при проведении инженерно-геофизических и строительных работ в обводненных условиях. Технический результат достигается тем, что в устройстве для заполнения пустот, содержащем трубу с размещенным в ней источником радиоактивного излучения, последний установлен в зоне протекания полимерцементной заполняющей смеси, система подачи заполняющей смеси соединена с одним концом трубы, а другой конец трубы открыт для выхода потока заполняющей смеси.
Используемое устройство содержит управляемый генератор радиоактивного излучения, например, нейтронного или у - излучения.
В заявленном изобретении используются частично гидролизованный (содержание ионогенных групп 5-30 мол.%) редкосщитый (содержание поперечных сшивок 0,01-1,0 мол.%) водонабухающий (водонерастворимый, сильнонабухающий) полиакриламид, описанный в литературе (см., например, Савицкая М.Н., Холодова Ю.Д. Полиакриламид, Киев: Техника, 1969, с. 97-113).
Поперечные связи (сшивки) могут образовываться за счет связей самого полиакриамида, либо могут быть использованы специальные реагенты, вступающие в сополимеризацию (см. там же).
Описанный полимер обладает свойством многократного увеличения объема при набухании в воде без растворения в ней. Смесь полимера с цементом, а при необходимости и с наполнителем (песком или гравием) при смешивании ее с водой при затвердевании образует монолит, содержащий набухшие в воде полимерные сферические элементы, скрепленные по своим поверхностям цементом или цементнопесчаной смесью, и имеющий потребительские свойства. По сравнению с наиболее близким аналогом, в котором использован водорастворимый полиакриламид, заявленное изобретение обеспечивает многократный выигрыщ в объеме первоначальной смеси.
При внесении полимера в цемент последний приобретает способность твердения в водной среде благодаря тому, что полимер связывает большое количество воды с последующей отдачей избыточной влаги затвердевающему цементу, который требует (при отсутствии добавки) смачивания в процессе твердения. В результате исключено наличие локальных дефектов (в виде трещин и разуплотнений) в образовавшемся в результате химической реакции гидратации бетоне за счет более равномерного распределения в исходном объеме цемента молекул воды, аккумулируемых частицами
порошка полиакриламида. Количество полимера выбрано в диапазоне от 0,01 до 15% от массы цемента, поскольку введение его в меньшем количестве уже не обеспечивает заметного увеличения объема смеси, а введение его в количестве большее 15% приводит к потере прочности материала.
Полимерная композиция может быть  с использованием полиакриламида, уже подвергнутого предварительной химической сшивке путем радикальной полимеризации акриламида или сополимеризации его с дивинильным соединением, например, Ы,К-метилен-бис-акриламидом, как это описано в указанной выше книге. В этом случае проводится закачка в скважину или иную пустоту смеси редкосшитого полиакриламида с цементом, при необходимости с песком и с водой. При этом расширение начинается с момента смешивания с водой, и если это делать на поверхности, то до момента поступления смеси в пустоту часть эффекта от расширения будет потеряна. Поэтому область применения такой композиции - неглубокие пустоты небольшого объема. Поэтому радикальная химическая сшивка полиакриламида является более предпочтительной. Ее преимуш:ество заключается в том, что процесс сшивки полиакриамида и расширение композиции начинается в непосредственной близости от объекта заполнения и максимальное увеличение объема заполнителя происходит в самой пустоте. При этом способе использования порошка требуется разработка и изготовление скважинного прибора на трубах или каротажном кабеле, содержаш;его в себе импульсный генератор нейтронов.
При любом методе сшивания заявленная композиция при затвердевании образует цементный камень, содержаший в себе вкрапления разбухших частиц полимера. При разбухании с поглощением избыточной воды происходит увеличение объема массы заполнителя, что приводит к заполнению всех пор и  с некоторым избыточным давлением. Изменяя пропорции порошок - цемент и режимы работы генератора, возможно регулировать такие свойства заполнителя, как плотность, прочность, пористость и проницаемость, режимы затвердевания.
Технический результат изобретения заключается в максимальном заполнении пор и трешин, а также возможность работы в обводненных условиях, т.к. происходит поглощение полимером избыточной воды и, конечно, экономия цемента.
Сущность заявленного устройства поясняется с помощью чертежа, на котором изображено устройство для заполнения подземных трещин и пустот.
Устройство содержит систему подачи заполняющей полимерной смеси, включающую смеситель 1, соединенные с ним щнек 2, трубопровод 3.
Подземная часть устройства включает трубу 4, в качестве которой может использоваться бурильная колонна, на верхней части которой навинчена муфта 5 с отводом для каротажного кабеля 6, который герметизирован сальником, а нижний конец трубу 4 открыт. В трубе 4, в верхней ее части, на каротажном кабеле 6 подвешен скважинный прибор (СП) 7, содержащий управляемый генератор 8 излучения нейтронного или у-излучения, и приемник 9 излучения. СП 7 фиксирован в трубе 4 с помощью пакера 10.
В состав наземной части входит также система 11 автоматизированного управления я (SCADА), включающая мобильный компьютер 12 и управляемый коммутатор 13, связанный с приемником 10 излучения, дозиметром 14, контролирующим радиационную обстановку, манометром 15 и с расходомером 16, установленным на трубопроводе 3 для подачи смеси, и с расположенными в нижней части трубы и электрохимическими зондами контроля качества заполнения подземных пустот (на чертеже не показаны).
Заполнение пустот на примере подземных карстовых пустот с помощью описанного устройства осуществляется следующим образом.
С помощью мобильного компьютера 12 системы 11 SCAD А по результатам замеров электрохимическими зондами определяют весовое соотношение исходных компонентов полимерцементной композиции. В смесителе 1 раздельно подготовленные исходные ингредиенты смешивают с водой, при этом приготавливается недонасыщенная водой смесь полимера (исходный не сшитый полиакрил амид), реагента, цемента и песка (2% полимера по отношении к массе цемента, соотнощение цемента и песка 1:1;
реагент - например, окись гадолиния, может быть выполнен в виде безрасходного элемента конструкции прибора; и 50% количества воды, необходимого для полного набухания полимера.
Полученная смесь с помощью шнека 2 подается по трубопроводу 3 в трубу 4 и протекает через скважинный прибор. Прокачиваемая смесь, продвигаясь вблизи работающего генератора 8 излучения, облучается радиационным потоком нейтронов или у-частиц, полимер подвергается сшиванию и приобретает свойства повышенного поглошения воды с объемным расширением. Из-за недостатка воды в смеси происходит 10-20% -ное увеличение первоначального объема смеси при продвижении смеси по трубам, а при вдавливании в пласт, содержащий пластовую воду, в головной части заполнителя начинается активный процесс связывания больщого количества воды с одновременным максимальным (в 2-2,5 раза) объемным расширением и
избыточным давлением, способствующим проникновению заполнителя в пласт. По окончании закачки и стабилизации динамической обстановки начинается процесс твердения цемента и закупорка трещины.
В задней части заполнителя может оказаться недостаток воды и потребуется подкачка воды с поверхности до полного набухания.
Закачка заполняющей смеси осуществляется порциями до полного заполнения пустот, после чего проводят промывку затрубного пространства скважины.
Применение предложенного устройства с обтеканием источника радиоактивного излучения полимерцементной композицией не требует нахождения последнего непосредственно на глубине нахождения пустоты, что позволяет производить работы в невертикальных скважинах и других каналах, и в невозможных для прохождения скважинного прибора участках скважин.
Использование управляемого генератора излучения позволяет путем подбора дозы облучения (в диапазоне от 0,5 до 10 Мрад) синхронизировать скорости протекания двух химических реакций: реакции радиационного сщивания полиакриламида и реакции гидратации цемента. Доза облучения выбирается такой, чтобы скорость сщивания полимера и, следовательно, скорость его набухания и увеличение объема смеси были такими, чтобы затвердевание цемента не опережало этот процесс (при этом структура затвердевает, не достигнув нужного объема) и не отставало от него (при этом образуется рыхлая сыпучая структура).
Использование управляемого генератора излучения позволяет также обеспечить также абсолютную безопасность устройства в нерабочем состоянии, так как включение генератора происходит уже в трубе.
Управление процессом заполнения и режимом работы наземных технических средств осуществляется на основе анализа показаний расходомера 16, манометра 15 и дозиметра 14.
Электрохимические зонды позволяют косвенно оценить качество заполнения подземной полости по результатам замера параметров грунтовых вод.
Заявленное устройство позволяет проводить работы в следующих областях:
1.Нефтегазовые водные скважины
-Заполнение поглощающих горизонтов Цементирование обсадной колонны Изоляция пластов
Мониторинг и заполнение карстов Заполнение, консервация горных выработок 3. Строительство и ремонт инженерных сооружений
-Ремонтно-восстановительные работы в портах по заполнению пустот, образовавшихся в результате нарушения целостности причальных стенок
-Возведение ило-цементных свай при строительстве причалов на заилованных грунтах
Возведение и укрепление фундаментов и других инженерных сооружений
Большинство работ (кроме работ в скважинах) проводится без привлечения специального оборудования.
Экономический эффект от использования заявленной полезной модели возникает, в основном, за счет экономии объема, используемого тяжеловесного строительного материала (цемент, песок).
Например, при ремонте крупного объекта (морского порта) требуется 20000 м цементно-песчаной смеси. При введении добавки полимера в количестве 1% от веса смеси по новой технологии понадобится около 10000 м  смеси без потери несущей способности отвердевшего бетона.