Metody a technologie pro cementování vrtů: jak připravit a nalít injektážní maltu

Po vyvrtání studny ve volných písčitých půdách začíná fáze zaměřená na posílení trubek pláště. Zároveň by měl být kmen chráněn před poškozením, agresivní podzemní vodou, korozí a dalšími negativními jevy. Jedná se o proces, jako je cementování studen.

Provádění cementovacích prací na vlastní pěst je docela obtížné, ale možné, pokud máte znalosti o technologii akce. Řekneme vám, proč je nutné tmelení a co je třeba při provádění práce věnovat pozornost. Pro přehlednost materiál obsahuje tematické fotografie a videa.

Proč cement dobře?

Tmelení studní je proces, který následuje ihned po dokončení. vrtné operace. Proces cementování spočívá ve skutečnosti, že cementová kaše se zavádí do prstencového nebo prstencového prstence (je-li plášť zasazen do širšího polyethylenového potrubí), což v průběhu času ztvrdne a vytvoří monolitický vrt.

Cementová malta se v tomto případě nazývá „injektáž“ a samotný proces „zasahuje“. Složitý technologický proces, nazývaný dobře cementovací technologie, vyžaduje určité znalosti a speciální vybavení.

Ve většině případů mohou být vodní zdroje stlačeny vlastními rukama, což je mnohem levnější než přilákání odborníků.

Tmelení studny je soubor opatření zaměřených na posílení prstence a pláště před destruktivním bočním tlakem hornin a dopadem podzemních vod.

Správně provedené zapojení studní do vody přispívá k:

• zajištění pevnosti struktury vrtu;
• ochrana před podzemními a vysokými vodami;
• posílení pouzdra a jeho ochrana před korozí;
• prodloužit životnost zdroje vody;
• odstranění velkých pórů, dutin, mezer, kterými mohou nežádoucí částice proniknout do vodonosné vrstvy;
• přemístění vrtné kapaliny cementem, pokud byl první použit během vrtání.

Kvalita vyrobené vody a provozní charakteristiky studny budou záviset na tom, jak dobře se provádí cementování. Cementování se provádí také pro opuštěné studny, které již nebudou využívány.

Kroky cementování zdroje vody

Celý cementovací proces se skládá z několika fází, z nichž každá má své vlastní nuance:

1. Příprava cementové kaše k naplnění prstence.
2. Dodávka připraveného cementu do studny.
3. Vstřikování injektážní malty do prstence.
4. Doba kalení cementové malty.
5. Kontrola kvality cementování.

Každá fáze vyžaduje použití určitých nástrojů a speciálního vybavení. Výpočty potřebných materiálů se nejlépe provádějí před začátkem injektáže, protože proces ucpávání by měl trvat nepřetržitě a pokud například nemáte dostatek cementové malty, pak to negativně ovlivní kvalitu cementování. Nejdůležitější fáze budeme posuzovat podrobněji.

Ve vzácných případech aquifery nepotřebují cementování, mluvíme o studnách, jejichž celá hloubka probíhá v hustých jílovitých půdách

Fáze číslo 1 - příprava zařízení

Veškeré práce na cementovacích kolektorech musí být prováděny přísně v souladu s technickými požadavky, jejichž porušení povede ke špatnému cementování.

Když se pustíte do důkladného zasunutí, měli byste vědět, že se jedná o nevratný proces, protože po vložení roztoku do prstence studny nelze nic opravit, a proto je třeba k přípravným pracím, konkrétně k přípravě zálivky na cementování a výběru zařízení, přistupovat co nejzodpovědněji!

Nejjednodušší a nejúčinnější způsob je pronajmout si vybavení na platformě vozidla. Takový komplex bude schopen připravit cementovou maltu a čerpat ji do dobře pod tlakem, zatímco výkonný automobilový motor slouží jako zdroj energie pro zařízení.

Pokud není možné používat jednotky založené na speciálním vozidle, budete potřebovat:

• míchačka pro přípravu cementové malty;
• vysokotlaké čerpadlo, čerpání roztoku do studny;
• cementovací hlava pro vstřikování roztoku do studny;
• plnicí zátky (množství závisí na způsobu cementování);
• různá drobná zařízení (hadice, měřící nádrže).

Jako hadici mnozí odborníci doporučují použít ohebnou požární hadici místo tradičních HDPE trubek o průměru 32 cm. Je plochý a dokonale přechází do prstence, což zajišťuje efektivní tok řešení.

Zařízení pro cementování studní je velké a vyžaduje silný zdroj energie, jako je kompresor, generátor, nepřetržitý přístup k síti

Fáze číslo 2 - příprava roztoku

Cementová kaše pro cementování studny musí splňovat řadu požadavků a musí mít:

• vysoké adhezivní vlastnosti s povrchy jakéhokoli typu;
• vysoká pevnost po ztuhnutí, odolnost proti mechanickému namáhání;
• tažnost a dobrá tekutost pro vyplnění všech trhlin a dutin;
• chemická neutralita s ohledem na ucpané půdní vrstvy;
• odolnost proti erozi podzemní vodou;
• nedostatek smrštění během kalení

Také řešení musí mít takovou konzistenci, že může být dodáno bez problémů do studny a injikováno. Roztok musí být dobře vyplaven ze zařízení, nesmí být vůči němu chemicky agresivní a musí mít minimální transportní koeficient během přepravy do studny.

Použitá cementová kaše musí mít dostatečně tekutou strukturu pro čerpání vstřikovacím zařízením a zároveň musí mít vysoké pevnostní charakteristiky

Proces přípravy cementové malty pro ucpání spočívá v rovnoměrném smíchání složek, které ji tvoří, následném nalití vody do ní, se speciálními přísadami, které se v ní dříve rozpustily.

Nejjednodušší řešení, která si můžete připravit, jsou:

1. Portlandský cement + křemenný písek (1: 1) + speciální přísady a voda, dokud není dosaženo požadované konzistence. Takové řešení má nízkou hustotu a jeho příprava je obtížná, protože písek obsažený v kompozici se často vysráží a použití roztoku se stává nemožným.
2. Portlandský cement + baryt (1,1: 1) + speciální přísady a voda. Nevýhodou tohoto řešení je jeho nízká pevnost.
3. Portlandský cement + plnivo. Jako plnivo se používá azbest (na písčitých půdách).

Pro přípravu cementové směsi je nejlepší použít injektážní portlandský cement, což je druh cementu na bázi silikátů.

Takový cement je samozřejmě dražší než běžný portlandský cement, ale jeho pevnostní vlastnosti jsou mnohem vyšší než u běžných cementů. Barit je těžký minerál, který zvyšuje hustotu roztoku. Barite lze zakoupit v železářství prodávajícím hromadné stavební materiály.

Speciálními přísadami, které jsou součástí cementových malt, rozumíme různé látky, které dávají řešení zvláštní vlastnosti.

Mezi ně patří:

• nastavení urychlovačů cement (chlorid vápenatý, uhličitan sodný, potaš), který se používá, pokud k cementování dochází při teplotě pod + 5 stupňů;
• nastavení retardérůpoužívá se k zabránění rychlého ztuhnutí (jedná se o chloridy vápníku nebo sodíku, dusitan sodný atd.);
• změkčovadla pro optimální viskozitu (modifikátory polymeru);
• mrazuvzdorné přísady (organokřemičité sloučeniny ve spojení se změkčovadly);
• přísady absorbující vlhkost (látky získané ze sloučenin patřících do skupin cukru, kyseliny citrónové, vinné a tetraoxyadipové) atd.

Speciální přísady se mísí ve vodě, která se následně používá k přípravě cementové kaše. Roztok smíchejte pomocí speciálních strojů - míchaček. Někdy je ruční hnětení povoleno, ale vyžaduje to určité dovednosti a hodně práce.

Cementový kámen vytvořený při kalení portlandského cementu má vysoké pevnostní vlastnosti, vydrží zatížení, mechanické a fyzikální účinky.

Fáze číslo 3 - nalití roztoku do jamky

Hlavní metody cementování studen jsou:

• nepřetržitý nebo jednostupňový;
• dvoustupňový;
• manžeta;
• opak.

Všechny metody cementování studní vody jsou založeny na jednom principu - čerpání injektážní malty do prstence. Výběr cementovací technologie záleží na konkrétních podmínkách: typ půdy, hloubka vrtu, materiál pláště, klimatické a hydrogeologické podmínky oblasti.

Vybraná technologie dobře zapojeného do vody by měla poskytnout:

• naplnění roztoku celkovým vyrovnáním jamky do celé hloubky;
• zcela přemístit proplachovací tekutinu (pokud existuje);
• vytvoření vysokopevnostního cementového kamene odolného vůči fyzikálním, mechanickým a chemickým vlivům;
• vysoká míra přilnavosti k zemním stěnám studny, trubice pouzdra.

Pro hluboké studny se používá segmentové cementování, tj. ne celý dřík studny je cementován najednou, ale pouze jeho jednotlivé segmenty.

Tento proces je velmi složitý a praxe ukazuje, že je téměř nemožné to udělat sami. Proto se podrobněji zabýváme technologií jednostupňového a dvoustupňového a manžetového cementování.

Jednostupňové nebo kontinuální cementování

Tato metoda se nejčastěji používá pro cementování domácích vodonosných vrstev. Během jeho implementace je cementové řešení čerpáno do prstence.

Roztok je čerpán pod tlakem pomocí zařízení, které je instalováno na platformě speciálního vozidla nebo stojící poblíž studny. Cementová malta se svou vlastní hmotností posune na základnu obuvi „boty“ a vyplní všechny prstencové dutiny.

Práce na jednostupňovém cementování se provádějí v jednom cyklu bez přerušení, proto je nutné postarat se o dostatečné množství spárovací malty

Před zahájením cementování dobře se spláchnea poté se zavede spodní zástrčka, která bude fungovat jako omezovač. Čerpadlo na beton se zapne a uzavírací roztok začne čerpat, pod jehož vlivem se korek sníží, dokud nedosáhne „boty“ pouzdra.

Po vstřikování malty je nainstalována horní zátka a cementová směs začíná zhutňovat, dokud horní zátka nedosahuje spodní. To znamená, že řešení zaplnilo celý prstenec. Zhutňování se provádí pomocí vibračního lisu čerpáním malty betonovým čerpadlem.

Cementovaná jamka byla ponechána v klidu po dobu 36-48 hodin pro úplné ztuhnutí roztoku. Tato metoda je vhodná pouze pro mělké, dobře tvarované studny. Nevýhodou této metody je neschopnost sledovat okamžik, kdy cementová kaše dosáhla dna studny.

Dvoustupňový základní systém

Tato metoda cementování byla vyvinuta pro ropný průmysl. Vzhledem k tomu, že vyžaduje použití vážného průmyslového vybavení (výkonné čerpadlo na beton), není často používáno při stavbě studní. Dvoustupňové cementování se používá v následujících případech:

• cementová malta se nastaví tak rychle, že cementování nelze dokončit v jednom cyklu;
• když chcete zvýraznit dvě části prstence, které jsou odděleny významnou vzdáleností;
• s velkou hloubkou studny, pokud není možné provádět práci v jednom cyklu.

V ostatních případech je použití dvoustupňové metody nepraktické z důvodu délky procesu a ekonomických ukazatelů.

Dvoustupňové cementování je delší v čase, protože druhá fáze začíná po ztuhnutí cementové kaše v prvním stupni

Princip dvoustupňového cementování je založen na skutečnosti, že cement je čerpán do prstence ve dvou stupních.

První část injektážní malty je naložena a stlačena.Spodní zátka je spuštěna, což působením roztoku zátka klesne na dno. Druhá část roztoku se čerpá za 12 až 36 hodin po konečném ztuhnutí první části.

V praxi hlubokého vrtání artézských vrtů za přítomnosti absorpčních vrstev v horní části geologické sekce a v jiných případech se používá dvoustupňové cementování

Použití metody manžety

Tato metoda cementování se používá, pokud je třeba posílit pouze horní část vrtu. V tomto případě bude počátečním úkolem určit úroveň, na kterou bude cementování provedeno.

Hladina je uvedena na krytu instalací speciální manžety. Spodní část vyrovnání je spolehlivě chráněna manžetou před vniknutím do uzavíracího roztoku.

Roztok se čerpá přesně stejným způsobem jako u jednostupňového cementování. Metoda manžety se používá, pokud je horní část studny umístěna na písčitých půdách a spodní část na jílovitých půdách. To je dost vzácné, takže tato metoda nenašla široké uplatnění.

Proces formování cementového kamene

Proces tvorby cementového kamene začíná okamžitě po vstřikování uzavíracího roztoku a trvá od 12 do 36 hodin. Hlavní faktory ovlivňující dobu tuhnutí malty do stavu cementového kamene:

• vlastnosti složek, které tvoří řešení;
• půda, materiál pláště;
• hydrogeologické a klimatické podmínky na místě;
• hustota vstřikování, správná implementace procesu připojení.

Během doby tuhnutí je nutné ponechat studnu v klidu. Pro hodnocení kvality cementace je zakázáno používat kabely, páčidla, dráty to může narušit integritu výsledného cementového kamene.

Pokud nevíte, jak dlouho trvá úplné ztuhnutí cementové malty, počkejte tři dny a pokračujte v kontrolních měřeních.

Posouzení kvality cementu

Stojí za zmínku: i přes to, že hodnocení kvality cementování vodonosných vrstev je velmi důležitá fáze, je nemožné ji provést sami.

K jeho realizaci je zapotřebí speciální laboratorní vybavení, což je velmi vzácné i pro organizace zabývající se vrtáním.

Pokud stále hodláte provést provedené připojení, můžete službu kontroly kvality objednat jedním ze tří způsobů:

• akustická, založená na klepání na stěny pouzdra, následovaná zpracováním dat pomocí počítačových programů;
• radiologické při měření pomocí rádiových zařízení;
• tepelné, založené na principu měření uvolněného tepla během kalení cementové malty.

Doma můžete použít zjednodušenou tepelnou metodu měřením teploty na stěnách studny. Když dosáhne teploty okolního vzduchu a klesne o 0,5–1,5 °, můžeme hovořit o úplném ztuhnutí. I poté se však doporučuje počkat 2 až 3 dny a teprve pak se uvede do provozu.

Po dokončení zkoušky se vrtací hlava vyčistí pomocí cementové kaše parchanti. Poté se provede zkouška těsnosti, při které se vysokotlaká voda čerpá do potrubí studny po dobu 30 minut. Kritériem těsnosti bude pokles tlaku asi 0,3 až 0,5 MPa. Jamka je nyní plně připravena k použití.

Těsnost ucpávky zvyšuje odlehčení vrtu, prodlužuje životnost řetězců pláště, chrání je před korozí a také samotný zdroj vody.

Závěry a užitečné video na toto téma

Ve videích níže hovoříme o vrtech v ropném a plynárenském průmyslu, ale princip výrobní technologie je stejný jako u vodonosných vrstev.

Jednostupňový postup cementování:

Specifika výroby cementové manžety:

Technologické vlastnosti dvoustupňového cementování:

Cementování je komplexní proces, který vyžaduje použití specializovaného vybavení. To však neznamená, že je nemožné to provést sami. Při výběru a správné přípravě injektážní malty s použitím minimální sady kameniva je zcela možné se s prací vypořádat sami.

V každém případě nebude provoz studny bez cementování studny trvat dlouho a náklady na vrtání nového zdroje vody nebude o nic méně.

Pokud po prostudování materiálu stále máte otázky, jak správně vrtat vrt po vrtání, nebo máte cenné znalosti o tomto problému, zanechte prosím své komentáře v níže uvedeném bloku.