Metódy a technológie na cementovanie studní: ako pripraviť a naliať cementovú kašu

Po vyvŕtaní studne vo voľných piesočnatých pôdach začína etapa zameraná na spevnenie plášťových rúr.Zároveň by mal byť kmeň chránený pred poškodením, agresívnymi účinkami podzemnej vody, koróziou a inými negatívnymi javmi. Hovoríme o procese, akým je cementovanie studní.

Vlastné vykonávanie cementovacích prác je dosť ťažké, ale je to možné, ak máte znalosti o technológiách na realizáciu akcie. Povieme vám, prečo je potrebné cementovanie vykonávať a na čo si treba dať pozor pri vykonávaní prác. Pre prehľadnosť materiál obsahuje tematické fotografie a videá.

Prečo cementovať studňu?

Cementovanie studní je proces, ktorý nasleduje hneď po dokončení vrtné operácie. Postup cementovania spočíva v zavedení roztoku cementu do medzikružia alebo medzikružia (ak je plášťová rúra umiestnená v širšej polyetylénovej rúre), ktorý časom stvrdne a vytvorí monolitický vrt.

Cementová malta sa v tomto prípade nazýva „upchávanie“ a samotný proces sa nazýva „upchávanie“. Komplexný inžiniersky proces nazývaný technológia cementovania studní si vyžaduje určité znalosti a špeciálne vybavenie.

Vo väčšine prípadov môžu byť zdroje vody zapojené vlastnými rukami, čo je oveľa lacnejšie ako prenájom špecialistov.

Cementovanie studní je súbor opatrení zameraných na spevnenie medzikružia a plášťa pred deštruktívnym bočným tlakom hornín a účinkami podzemnej vody.

Správne vykonané upchávanie studní prispieva k:

• zabezpečenie pevnosti konštrukcie studne;
• ochrana studne pred podzemnými a povrchovými vodami;
• posilnenie plášťovej rúrky a jej ochrana pred koróziou;
• zvýšenie životnosti vodného zdroja;
• odstránenie veľkých pórov, dutín, medzier, cez ktoré môžu nežiaduce častice vstúpiť do vodonosnej vrstvy;
• vytesnenie vrtného kalu cementom, ak sa prvý použil pri vŕtaní.

Kvalita vyrobenej vody a prevádzkové vlastnosti studne budú závisieť od toho, ako dobre sa vykoná cementovanie. Cementovanie sa vykonáva aj pri opustených studniach, ktoré už nebudú v prevádzke.

Etapy cementovania vodného zdroja

Celý proces cementovania pozostáva z niekoľkých etáp, z ktorých každá má svoje vlastné nuansy:

1. Príprava cementovej kaše na vyplnenie medzikružia.
2. Dodávka pripraveného cementu do studne.
3. Vstrekovanie cementovej kaše do medzikružia.
4. Obdobie tvrdnutia cementovej malty.
5. Kontrola kvality tmelenia.

Každá fáza vyžaduje použitie určitých nástrojov a špeciálneho vybavenia. Pred začatím injektážnych prác je lepšie vykonať výpočty požadovaných materiálov, pretože Proces upchávania musí trvať nepretržite a ak napríklad nemáte dostatok cementovej malty, najviac to negatívne ovplyvní kvalitu cementovania. Pozrime sa na najdôležitejšie etapy podrobnejšie.

V zriedkavých prípadoch vodonosné studne nevyžadujú cementáciu, hovoríme o studniach, ktorých celá hĺbka prebieha v hustých ílovitých pôdach

Etapa č.1 - príprava zariadenia

Všetky práce na cementovaní vrtov zvodnenej vrstvy sa musia vykonávať prísne v súlade s technickými požiadavkami, ktorých porušenie povedie k nekvalitnému cementovaniu.

Pri začatí upchávania studne by ste mali vedieť, že ide o nevratný proces, po začatí privádzania roztoku do medzikružia studne nie je možné nič opraviť, preto prípravné práce, a to príprava roztoku pre tmeleniu a výberu zariadenia je potrebné pristupovať čo najzodpovednejšie!

Najjednoduchším a najefektívnejším spôsobom je prenájom vybavenia na platforme vozidla. Takýto komplex bude schopný pripraviť cementový roztok a načerpať ho do studne pod tlakom, pričom zdrojom energie na prevádzku zariadenia je výkonný automobilový motor.

Ak nie je možné použiť jednotky založené na špeciálnom vozidle, budete potrebovať:

• miešačka na prípravu cementovej malty;
• vysokotlakové čerpadlo, ktoré čerpá roztok do studne;
• cementovacia hlava na čerpanie roztoku do studne;
• plniace zátky (množstvo závisí od spôsobu cementovania);
• rôzne drobné zariadenia (hadice, odmerné nádoby).

Ako hadicu mnohí odborníci odporúčajú použiť namiesto tradičných HDPE rúrok s priemerom 32 cm flexibilnú požiarnu hadicu. Je plochý a perfektne zapadá do medzipriestoru, čím zabezpečuje efektívne zásobovanie roztokom.

Zariadenia na cementovanie studní sú veľké a vyžadujú si výkonný zdroj energie, ako je kompresor, generátor a nepretržitý prístup k elektrickej sieti.

Etapa č. 2 - príprava roztoku

Cementová kaša na cementovanie studne musí spĺňať množstvo požiadaviek a mať:

• vysoké adhézne vlastnosti s povrchmi akéhokoľvek typu;
• vysoká pevnosť po vytvrdnutí, odolnosť voči mechanickému namáhaniu;
• plasticita a dobrá tekutosť na vyplnenie všetkých trhlín a dutín;
• chemická neutralita vo vzťahu k tampónovým vrstvám pôdy;
• odolnosť proti erózii podzemnou vodou;
• žiadne zmršťovanie počas tvrdnutia.

Tiež roztok musí mať takú konzistenciu, aby sa dal ľahko dopraviť do studne a vstreknúť. Roztok sa musí zo zariadenia ľahko zmyť, nesmie byť voči nemu chemicky agresívny a musí mať minimálny stratový koeficient pri doprave do vrtu.

Použitý injektážny roztok musí mať dostatočne tekutú štruktúru pre čerpanie injektážnym zariadením a zároveň musí mať vysoké pevnostné charakteristiky

Proces prípravy cementovej malty na tampónovanie pozostáva z rovnomerného zmiešania zložiek obsiahnutých v jej zložení, po ktorom nasleduje naliatie vody so špeciálnymi prísadami, ktoré sú v nej predtým rozpustené.

Najjednoduchšie riešenia, ktoré si môžete pripraviť sami, sú:

1. Portlandský cement + kremenný piesok (1:1) + špeciálne prísady a voda, kým sa nedosiahne požadovaná konzistencia. Tento roztok má nízku hustotu a jeho príprava je náročná, pretože piesok obsiahnutý v kompozícii sa často vyzráža a použitie roztoku je nemožné.
2. Portlandský cement + baryt (1,1:1) + špeciálne prísady a voda. Nevýhodou tohto riešenia je jeho nízka pevnosť.
3. Portlandský cement + plnivo. Ako plnivo sa používa azbest (na piesočnatých pôdach) a vláknité materiály.

Na prípravu cementovej zmesi je najlepšie použiť portlandský cementový cement, čo je druh cementu na silikátovej báze.

Takýto cement je samozrejme drahší ako bežný portlandský cement, ale jeho pevnostné charakteristiky sú oveľa vyššie ako u bežného cementu. Baryt je ťažký minerál, ktorý zvyšuje hustotu roztoku. Baryt si môžete kúpiť v železiarstve, ktoré predáva sypké stavebné materiály.

Špeciálne prísady obsiahnuté v cementových roztokoch znamenajú rôzne látky, ktoré dávajú roztoku špeciálne vlastnosti.

Tie obsahujú:

• urýchľovače nastavenia cement (chlorid vápenatý, sóda, potaš), ktorý sa používa, ak k cementovaniu dochádza pri teplotách pod +5 stupňov;
• retardéry, používané na zabránenie rýchleho vytvrdzovania (sú to chloridy vápenaté alebo sodné, dusitan sodný atď.);
• zmäkčovadlá na získanie optimálnej viskozity (modifikátory polymérov);
• mrazuvzdorné prísady (organokremičité zlúčeniny spojené so zmäkčovadlami);
• sušiace prísady (látky získané zo zlúčenín patriacich do skupiny cukrov, citrónovej, vínnej a tetraoxyadipovej kyseliny) atď.

Špeciálne prísady sa miešajú vo vode, ktorá sa následne používa na prípravu cementovej kaše. Roztok sa mieša pomocou špeciálnych strojov - mixérov. Niekedy je povolené ručné miesenie, ale vyžaduje si to určitú zručnosť a veľa práce.

Cementový kameň vznikajúci pri tuhnutí portlandského cementu má vysokú pevnosť a odoláva zaťaženiu, mechanickému a fyzickému namáhaniu.

Etapa č. 3 - nalievanie roztoku do studne

Hlavné metódy cementovania studní sú:

• kontinuálne alebo jednostupňové;
• dvojstupňový;
• manžeta;
• opak.

Všetky spôsoby cementovania studní sú založené na jednom princípe - čerpaní cementovej kaše do medzikružia. Výber technológie cementovania zároveň závisí od konkrétnych podmienok: druhu pôdy, hĺbky vrtu, materiálu pažnicovej rúry, klimatických a hydrogeologických podmienok územia.

Zvolená technológia upchávania studní by mala zabezpečiť:

• naplnenie celej časti studne roztokom do celej hĺbky;
• úplne vytlačte preplachovaciu kvapalinu (ak existuje);
• vytvorenie vysokopevnostného cementového kameňa, odolného voči fyzikálnym, mechanickým a chemickým vplyvom;
• vysoká miera priľnavosti k pôdnym stenám studne a plášťových rúr.

Pri hlbinných vrtoch sa používa segmentové cementovanie, t.j. Cementuje sa nie celý úsek studne naraz, ale len jeho jednotlivé segmenty.

Tento proces je veľmi zložitý a prax ukazuje, že je takmer nemožné to urobiť sami. Preto sa bližšie pozrieme na technológiu jedno- a dvojstupňového a rukávového cementovania.

Jednostupňové alebo kontinuálne cementovanie

Táto metóda sa najčastejšie používa na cementovanie domácich vodonosných vrtov. Pri jeho realizácii sa cementovací roztok čerpá do medzikružia.

Roztok sa čerpá pod tlakom pomocou zariadenia, ktoré je inštalované na plošine špeciálneho vozidla alebo trvalo v blízkosti studne. Cementovací roztok sa svojou vlastnou hmotnosťou presunie do základnej „topánky“ puzdra a vyplní všetky prstencové dutiny.

Jednostupňové cementovacie práce prebiehajú v jednom cykle bez prerušenia, preto je potrebné dbať na dostatočné množstvo cementovej kaše

Pred začatím cementačných prác sa vykoná čistenie studnea potom sa vloží spodná zátka, ktorá bude fungovať ako obmedzovač. Čerpadlo na betón sa zapne a začne sa čerpanie upchávacieho roztoku, pod vplyvom ktorého sa zátka spustí, až kým nedosiahne „topánka“ puzdra.

Po prečerpaní roztoku sa namontuje horná zátka a začne sa zhutňovanie cementovej zmesi, kým horná zátka nedosadne na spodnú. To bude znamenať, že roztok naplnil celý prstenec. Zhutnenie sa vykonáva pomocou vibračného lisu pomocou čerpadla na betón na čerpanie roztoku.

Cementovaná jamka sa nechá stáť 36-48 hodín, aby roztok úplne vytvrdol. Táto metóda je vhodná len pre plytké, rovnomerne tvarované studne. Nevýhodou tejto metódy je nemožnosť sledovania momentu, kedy cementová kaša dosiahla spodný bod zarovnania vrtu.

Dvojstupňový plniaci systém

Táto metóda cementovania bola vyvinutá pre vrty v ropnom priemysle. Vzhľadom na to, že vyžaduje použitie seriózneho priemyselného zariadenia (výkonné čerpadlo na betón), pri stavbe studní sa často nepoužíva. Dvojstupňové cementovanie sa používa v nasledujúcich prípadoch:

• cementová malta tuhne tak rýchlo, že cementovanie nemožno dokončiť v jednom cykle;
• keď je potrebné vybrať dve časti v medzikruží, ktoré sú oddelené významnou vzdialenosťou;
• vo veľkej hĺbke studne, keď nie je možné vykonať prácu v jednom cykle.

V ostatných prípadoch je použitie dvojstupňovej metódy nepraktické vzhľadom na trvanie procesu a ekonomické ukazovatele.

Dvojstupňové cementovanie trvá dlhšie, pretože druhý stupeň začína po úplnom vytvrdnutí cementovej kaše prvého stupňa

Princíp dvojstupňového cementovania je založený na tom, že cement sa čerpá do medzikružia v dvoch stupňoch.

Prvá časť cementovej kaše sa naplní a stlačí. Spodná zátka sa spustí, čo pôsobením roztoku zátka klesne na dno. Druhá časť roztoku sa čerpá 12-36 hodín po úplnom vytvrdnutí prvej časti.

V praxi hĺbkového vŕtania artézskych vrtov za prítomnosti absorbujúcich vrstiev v hornej časti geologického rezu a v iných prípadoch sa používa dvojstupňové cementovanie.

Aplikácia metódy manžety

Táto metóda cementovania sa používa, ak je potrebné spevniť iba hornú časť studne. V tomto prípade bude počiatočnou úlohou určiť úroveň, do ktorej sa bude cementovanie vykonávať.

Úroveň je označená pozdĺž plášťa inštaláciou špeciálneho goliera. Spodná časť ventilu je spoľahlivo chránená manžetou pred vniknutím upchávacieho roztoku.

Roztok sa čerpá presne rovnakým spôsobom ako pri jednostupňovom cementovaní. Metóda manžety sa používa, ak je horná časť studne umiestnená na piesčitých pôdach a spodná časť je umiestnená na ílovitých pôdach. Je to dosť zriedkavé, takže táto metóda nie je široko používaná.

Proces tvorby cementového kameňa

Proces tvorby cementového kameňa začína ihneď po načerpaní upchávacieho roztoku a trvá od 12 do 36 hodín. Hlavné faktory ovplyvňujúce trvanie tvrdnutia roztoku do stavu cementového kameňa:

• vlastnosti zložiek obsiahnutých v roztoku;
• zeminy, obalový materiál;
• hydrogeologické a klimatické podmienky v lokalite;
• hustota vstrekovania, správna implementácia procesu upchávania.

Počas obdobia tvrdnutia je potrebné nechať studňu v pokoji. Na posúdenie kvality cementácie je zakázané používať káble, páčidlá alebo drôty, pretože to môže narušiť integritu výsledného cementového kameňa.

Ak neviete, ako dlho trvá, kým cementová malta úplne stuhne, počkajte tri dni a začnite vykonávať kontrolné merania

Hodnotenie kvality cementácie

Stojí za zmienku: napriek tomu, že hodnotenie kvality cementácie vrtov zvodnenej vrstvy je veľmi dôležitým krokom, nie je možné ho vykonať nezávisle.

Na jeho vykonanie je potrebné špeciálne laboratórne vybavenie, ktoré je veľmi zriedkavé aj medzi organizáciami zaoberajúcimi sa vŕtaním.

Ak stále máte v úmysle zhodnotiť vykonanú tampóniu, môžete si objednať službu kontroly kvality jedným z troch spôsobov:

• akustické, založené na poklepaní na steny plášťa, s následným spracovaním získaných údajov počítačovými programami;
• rádiologické, pri meraní pomocou rádiových zariadení;
• tepelný, založený na princípe merania tepla vznikajúceho pri tuhnutí cementovej malty.

Doma môžete použiť zjednodušenú tepelnú metódu meraním teploty na stenách studne. Keď sa vyrovná teplote okolitého vzduchu a zníži sa o 0,5 až 1,5 stupňa, môžeme hovoriť o úplnom vytvrdnutí. Aj po tomto sa však odporúča počkať 2-3 dni a až potom uviesť studňu do prevádzky.

Po ukončení kontroly sa ústie vrtu očistí od zvyškov cementového kalu baileri. Potom sa vykoná skúška tesnosti čerpaním vody pod vysokým tlakom do potrubia studne počas 30 minút. Kritériom tesnosti bude pokles tlaku o cca 0,3-0,5 MPa. Studňa je teraz úplne pripravená na použitie.

Tesnosť upchávky zvyšuje prietok studňou, zvyšuje životnosť pažnicových stĺpov, chráni ich pred koróziou, ako aj samotný zdroj vody

Závery a užitočné video na túto tému

Nižšie uvedené videá sú o vrtoch v ropnom a plynárenskom priemysle, ale princíp technológie práce je rovnaký ako pri vodonosných vrtoch.

Postup jednostupňového cementovania studne:

Špecifiká výroby cementácie pier:

Technologické vlastnosti dvojstupňového cementovania:

Cementovanie je zložitý proces, ktorý si vyžaduje použitie špecializovaného zariadenia. To však neznamená, že je nemožné to urobiť sami. Výberom a správnou prípravou injektážneho roztoku s použitím minimálnej sady jednotiek môžete túto prácu ľahko zvládnuť sami.

V každom prípade prevádzka studne bez spevnenia suda cementom nebude trvať dlho a náklady vŕtanie nového vodného zdroja nebude o nič menej.

Ak máte po preštudovaní materiálu stále otázky o tom, ako správne cementovať studňu po vŕtaní, alebo máte cenné poznatky o tejto problematike, zanechajte svoje pripomienky v bloku nižšie.