Metódy a technológie pre cementovanie vrtov: ako pripraviť a naliať injektážnu maltu

Po vŕtaní studne vo voľnej piesočnatej pôde sa začína fáza zameraná na posilnenie rúrky plášťa. Zároveň by mal byť kmeň chránený pred poškodením, agresívnymi podzemnými vodami, koróziou a inými negatívnymi javmi. Toto je proces, ako sú cementovacie vrty.

Vykonávanie cementovacích prác na vlastnú päsť je dosť ťažké, ale je to možné, ak máte vedomosti o technológii podujatia. Povieme vám, prečo je potrebné tmelenie a na čo musíte pri vykonávaní práce venovať pozornosť. V záujme prehľadnosti materiál obsahuje tematické fotografie a videá.

Prečo cement dobre?

Tmelenie vrtov je proces, ktorý nasleduje ihneď po dokončení. vŕtanie, Proces cementovania spočíva v tom, že cementová kaša sa zavádza do prstenca alebo prstenca (ak je kryt zasa umiestnený do širšej polyetylénovej rúrky), čo v priebehu času stvrdne a vytvára monolitický vrt.

Cementová malta sa v tomto prípade nazýva „injektáž“ a samotný proces „zasahuje“. Komplexný inžiniersky proces, ktorý sa nazýva dobre cementovacia technológia, si vyžaduje určité znalosti a špeciálne vybavenie.

Vo väčšine prípadov je možné vodné zdroje stlačiť vlastnými rukami, čo je omnoho lacnejšie ako prilákanie odborníkov.

Stmelenie vrtov je súbor opatrení zameraných na posilnenie medzikruží a plášťa z dôvodu deštruktívneho bočného tlaku hornín a vplyvu podzemných vôd.

Správne vykonané zapojenie studní do vody prispieva k:

• zabezpečenie pevnosti štruktúry vrtu;
• ochrana pred podzemnými a vysokými vodami;
• spevnenie krytu a jeho ochrana pred koróziou;
• predĺžiť životnosť zdroja vody;
• odstránenie veľkých pórov, dutín, medzier, cez ktoré môžu nežiaduce častice vstúpiť do zvodnenej vrstvy;
• premiestnenie vŕtacej kvapaliny cementom, ak bol prvý použitý počas vŕtania.

Kvalita vyrobenej vody a prevádzkové charakteristiky vrtu budú závisieť od toho, do akej miery sa cementovanie vykonáva. Cementovanie sa vykonáva aj pre opustené studne, ktoré sa už nebudú využívať.

Kroky cementovania zdroja vody

Celý cementovací proces pozostáva z niekoľkých fáz, z ktorých každá má svoje vlastné nuansy:

1. Príprava cementovej kaše na naplnenie prstence.
2. Dodávka pripraveného cementu do studne.
3. Vstrekovanie injektážnej malty do prstenca.
4. Doba tvrdnutia cementovej malty.
5. Kontrola kvality cementovania.

Každá fáza vyžaduje použitie určitých nástrojov a špeciálneho vybavenia. Výpočty potrebných materiálov sa najlepšie uskutočňujú pred začiatkom injektáže, pretože proces tesnenia by mal trvať nepretržite a ak napríklad nemáte dostatok cementovej malty, bude to mať negatívny vplyv na kvalitu cementovania. Podrobnejšie zvážime najdôležitejšie etapy.

V zriedkavých prípadoch vodonosné vrstvy nepotrebujú tmelenie, hovoríme o studniach, ktorých celá hĺbka zaberá v hustej ílovitej pôde.

Fáza číslo 1 - príprava zariadenia

Všetky práce na cementovaní zvodnených vrstiev musia byť vykonávané prísne v súlade s technickými požiadavkami, ktorých porušenie povedie k nedostatočnému cementovaniu.

Keď sa pustíte do upchatia, mali by ste vedieť, že ide o nezvratný proces, preto nie je možné nič opraviť po podaní roztoku do medzikruží, takže k prípravným prácam, konkrétne k príprave zálievky na cementovanie a výber zariadenia, sa musí pristupovať čo naj zodpovednejšie!

Najjednoduchším a najúčinnejším spôsobom je prenajať si vybavenie na platforme vozidla. Takýto komplex bude schopný pripraviť cementovú maltu a prečerpať ju do dobre pod tlakom, zatiaľ čo výkonný automobilový motor slúži ako zdroj energie pre zariadenie.

Ak nie je možné používať jednotky na základe špeciálneho vozidla, budete potrebovať:

• Miešač na prípravu cementovej malty;
• vysokotlakové čerpadlo, čerpanie roztoku do studne;
• cementová hlava na vstrekovanie roztoku do studne;
• plniace zátky (množstvo závisí od metódy cementovania);
• rôzne malé vybavenie (hadice, odmerné nádrže).

Ako hadicu mnohí odborníci odporúčajú používať flexibilnú požiarnu hadicu namiesto tradičných rúr z HDPE s priemerom 32 cm. Je plochý a dokonale prechádza do medzikruhu, čím poskytuje efektívny tok riešenia.

Zariadenia na cementovanie vrtov sú veľké a vyžadujú si silný zdroj energie, ako je kompresor, generátor, nepretržitý prístup k sieti

Fáza číslo 2 - príprava roztoku

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

• vysoké adhézne vlastnosti s povrchmi akéhokoľvek typu;
• vysoká pevnosť po stuhnutí, odolnosť proti mechanickému namáhaniu;
• ťažnosť a dobrá tekutosť na vyplnenie všetkých trhlín a dutín;
• chemická neutralita, pokiaľ ide o pôdne vrstvy s upchatím;
• odolnosť proti erózii podzemnou vodou;
• nedostatok zmršťovania počas kalenia.

Roztok musí mať tiež takú konzistenciu, že sa môže bez problémov dopraviť do studne a injikovať. Roztok musí byť dobre umytý zo zariadenia, nesmie byť proti nemu chemicky agresívny a musí mať minimálny stratový koeficient počas prepravy do studne.

Použitá cementová kaša musí mať dostatočne tekutú štruktúru na čerpanie vstrekovacím zariadením a zároveň musí mať charakteristiky vysokej pevnosti

Postup prípravy cementovej malty na zalepenie spočíva v rovnomernom premiešaní zložiek, ktoré ju tvoria, a následnom naliatí vody do nej, so špeciálnymi prísadami, ktoré sa v nej predtým rozpustili.

Najjednoduchšie riešenia, ktoré si môžete pripraviť sami, sú:

1. Portlandský cement + kremenný piesok (1: 1) + špeciálne prísady a voda, kým sa nedosiahne požadovaná konzistencia. Takéto riešenie má nízku hustotu a jeho príprava je obtiažna, pretože piesok obsiahnutý v zmesi sa často zráža a použitie roztoku sa stáva nemožným.
2. Portlandský cement + baryt (1,1: 1) + špeciálne prísady a voda. Nevýhodou tohto riešenia je nízka pevnosť.
3. Portlandský cement + plnivo. Ako plnivo sa používa azbest (na piesočnatých pôdach).

Na prípravu cementovej zmesi je najlepšie použiť injektážny portlandský cement, ktorý je typom cementu na báze silikátov.

Takýto cement je samozrejme drahší ako bežný portlandský cement, ale jeho pevnostné vlastnosti sú oveľa vyššie ako v prípade bežných cementov. Barit je ťažký minerál, ktorý zvyšuje hustotu roztoku. Barite je možné zakúpiť v železiarstve, kde sa predávajú sypké stavebné materiály.

Špeciálnymi prísadami, ktoré sú súčasťou cementových mált, rozumieme rôzne látky, ktoré dávajú roztoku zvláštne vlastnosti.

Tieto zahŕňajú:

• urýchľovače nastavenia cement (chlorid vápenatý, uhličitan sodný, potaš), ktorý sa používa, ak sa cementovanie vyskytuje pri teplote pod + 5 stupňov;
• nastavenie retardérovpoužíva sa na zabránenie rýchleho tvrdnutia (sú to chloridy vápnika alebo sodíka, dusitan sodný atď.);
• zmäkčovadlá pre optimálnu viskozitu (modifikátory polyméru);
• mrazuvzdorné prísady (organokremičité zlúčeniny spojené so zmäkčovadlami);
• prísady absorbujúce vlhkosť (látky získané zo zlúčenín patriacich do skupín cukru, kyseliny citrónovej, vínnej a tetraoxyadipovej) atď.

Špeciálne prísady sa miešajú vo vode, ktorá sa následne používa na prípravu injektážnej malty. Roztok zmiešajte pomocou špeciálnych strojov - miešačiek. Niekedy je povolené manuálne hnetenie, ale vyžaduje si to určité zručnosti a veľa práce.

Cementový kameň vytvorený počas tvrdenia portlandského cementu má vysoké pevnostné vlastnosti, vydrží zaťaženie, mechanické a fyzikálne účinky.

Stupeň 3 - nalievanie roztoku do jamky

Hlavné metódy cementovania vrtov sú:

• nepretržité alebo jednostupňové;
• dvojstupňové;
• peru;
• opak.

Všetky metódy stmelenia studní vody sú založené na jednom princípe - čerpanie zálievky do medzikruží. Výber technológie cementovania zároveň závisí od konkrétnych podmienok: od typu pôdy, hĺbky vrtu, materiálu plášťa, klimatických a hydrogeologických podmienok oblasti.

Vybraná technológia dobre zapojeného do vody by mala zabezpečiť:

• naplnenie roztoku celým vyrovnaním jamiek do celej hĺbky;
• úplne vyplachovacia preplachovacia kvapalina (ak existuje);
• vytvorenie vysokopevnostného cementového kameňa odolného voči fyzikálnym, mechanickým a chemickým vplyvom;
• vysoká miera priľnavosti k pôdnym stenám studne, rúrky puzdra.

Pre hlboké studne sa používa segmentové cementovanie, t.j. nie celý stonok vrtu je stmelený naraz, ale iba jeho jednotlivé segmenty.

Tento proces je veľmi zložitý a prax ukazuje, že je takmer nemožné to urobiť sami. Preto sa podrobnejšie zaoberáme technológiou jednostupňového a dvojstupňového a manžetového cementovania.

Jednostupňové alebo kontinuálne cementovanie

Táto metóda sa najčastejšie používa na cementovanie domácich zvodnených vrstiev. Počas jeho realizácie je cementové riešenie čerpané do prstenca.

Roztok sa čerpá pod tlakom pomocou zariadenia, ktoré je nainštalované na platforme špeciálneho vozidla alebo stojace blízko studne. Cementová malta sa svojou vlastnou hmotnosťou presúva na spodnú časť obuvi „topánky“ a vyplňuje všetky prstencové dutiny.

Práce na jednostupňovom cementovaní sa vykonávajú v jednom cykle bez prerušenia, preto je potrebné postarať sa o dostatočné množstvo injektážnej malty.

Pred začatím cementovania dobre sa spláchnea potom sa zavedie spodná zátka, ktorá bude pôsobiť ako obmedzovač. Čerpadlo na betón je zapnuté a uzatváracie riešenie sa začne čerpať, pod vplyvom ktorého sa korok spúšťa, až kým nedosiahne „topánku“ plášťa.

Po vstreknutí malty sa namontuje horná zátka a cementová zmes začne zhutňovať, kým horná zátka nedosiahne dolnú. To bude znamenať, že riešenie zaplnilo celý medzikružie. Zhutňovanie sa uskutočňuje pomocou vibračného lisu čerpaním malty betónovým čerpadlom.

Cementovaná jamka sa ponechá v pokoji 36-48 hodín, aby sa roztok úplne stuhol. Táto metóda je vhodná iba pre plytké, dobre tvarované jamky. Nevýhodou tohto spôsobu je neschopnosť sledovať okamih, keď cementová kaša dosiahne dno vrtu.

Dvojstupňový základný systém

Táto metóda cementovania bola vyvinutá pre ropné priemyselné vrty. Pretože si vyžaduje použitie seriózneho priemyselného vybavenia (výkonné čerpadlo na betón), často sa nepoužíva pri výstavbe studní. Dvojstupňové cementovanie sa používa v týchto prípadoch:

• cementové malty sú nastavené tak rýchlo, aby sa cementovanie nemohlo dokončiť v jednom cykle;
• keď chcete zvýrazniť dve časti prstenca, ktoré sú oddelené značnou vzdialenosťou;
• s veľkou hĺbkou studne, keď nie je možné vykonať prácu v jednom cykle.

V iných prípadoch je použitie dvojstupňovej metódy nepraktické vzhľadom na dĺžku postupu a ekonomické ukazovatele.

Dvojstupňové cementovanie je dlhšie v čase, keď sa druhý stupeň začína po stuhnutí cementovej kaše v prvom stupni

Princíp dvojstupňového cementovania je založený na skutočnosti, že cement je čerpaný do prstenca v dvoch stupňoch.

Prvá časť zálievky sa naplní a stlačí.Spodná zátka sa spustí, ktorá pôsobením roztoku zátka klesne na dno. Druhá časť roztoku sa čerpá za 12 až 36 hodín po konečnom vytvrdení prvej časti.

V praxi hlbokého vŕtania artézskych vrtov za prítomnosti absorpčných útvarov v hornej časti geologického úseku a v ostatných prípadoch sa používa dvojstupňové cementovanie.

Použitie metódy manžety

Táto metóda cementovania sa používa, ak je potrebné posilniť iba vrchnú časť vrtu. V tomto prípade bude prvou úlohou určiť úroveň, do akej sa cementovanie uskutoční.

Hladina je uvedená na obale inštaláciou špeciálnej manžety. Spodná časť vyrovnania je spoľahlivo chránená manžetou pred vniknutím do uzatváracieho roztoku.

Roztok sa čerpá presne rovnakým spôsobom ako pri jednostupňovom cementovaní. Metóda manžety sa používa, ak je horná časť studne umiestnená na piesočnatých pôdach a spodná časť je na hlinitých pôdach. Toto je dosť zriedkavé, takže táto metóda nenašla široké uplatnenie.

Proces formovania cementového kameňa

Proces tvorby cementového kameňa začína okamžite po vstreknutí uzatváracieho roztoku a trvá od 12 do 36 hodín. Hlavné faktory ovplyvňujúce trvanie tuhnutia malty do stavu cementového kameňa:

• vlastnosti komponentov, ktoré tvoria roztok;
• pôda, materiál plášťa;
• hydrogeologické a klimatické podmienky v lokalite;
• hustota vstrekovania, správna implementácia procesu upchatia.

Počas doby tuhnutia je potrebné ponechať studňu v pokoji. Na posudzovanie kvality cementácie je zakázané používať káble, páčidlá, drôty to môže narušiť integritu výsledného cementového kameňa.

Ak neviete, ako dlho trvá úplné zatvrdnutie cementovej malty, počkajte tri dni a pokračujte v kontrolných meraniach.

Posúdenie kvality cementu

Stojí za zmienku: napriek tomu, že hodnotenie kvality stmelenia zvodnených vrstiev je veľmi dôležitá etapa, nie je možné ju vykonať sami.

Na jeho implementáciu je potrebné špeciálne laboratórne vybavenie, čo je veľmi zriedkavé dokonca aj pre organizácie, ktoré sa zaoberajú vŕtaním.

Ak stále chcete vykonať vyhodnotenie vykonaného zapojenia, môžete si službu kontroly kvality objednať jedným z troch spôsobov:

• akustické, založené na poklepaní na steny plášťa, po ktorom nasleduje spracovanie údajov pomocou počítačových programov;
• rádiologické pri meraní rádiovými zariadeniami;
• tepelné, založené na princípe merania uvoľneného tepla počas tvrdenia cementovej malty.

Doma môžete použiť zjednodušenú tepelnú metódu meraním teploty na stenách studne. Keď dosiahne teplotu okolitého vzduchu a klesne o 0,5 - 1,5 stupňa, potom môžeme hovoriť o úplnom stuhnutí. Aj potom sa však odporúča počkať 2 až 3 dni a až potom sa vrt uvedie do prevádzky.

Po dokončení testu sa vrtná hlava vyčistí od cementovej kaše pomocou vkladateľ, Potom sa vykoná skúška tesnosti, pri ktorej sa vysokotlaková voda prečerpáva do potrubia vrtu po dobu 30 minút. Kritériom tesnosti bude tlaková strata asi 0,3 - 0,5 MPa. Jamka je teraz úplne pripravená na použitie.

Tesnosť upchatia zvyšuje odpis vrtu, zvyšuje životnosť reťazcov puzdra, chráni ich pred koróziou, ako aj samotný zdroj vody.

Závery a užitočné video na túto tému

V nižšie uvedených videách hovoríme o vrtoch v ropnom a plynárenskom priemysle, ale princíp výrobnej technológie je rovnaký ako pre vodonosné vrstvy.

Jednostupňový postup cementovania:

Špecifiká výroby cementovania manžety:

Technologické vlastnosti dvojstupňového cementovania:

Cementovanie je komplexný proces, ktorý si vyžaduje použitie špecializovaného zariadenia. To však neznamená, že je nemožné správať sa sami. Pri výbere a správnej príprave injektážnej malty s použitím minimálnej sady kameniva je celkom možné sa s prácou vyrovnať.

V každom prípade nebude prevádzka studne bez cementovania studne trvať dlho a cena vŕtanie nového zdroja vody nebude o nič menej.

Ak máte aj po preštudovaní materiálu stále otázky týkajúce sa správneho spevnenia vrtu po vŕtaní alebo ak máte cenné vedomosti o tomto probléme, zanechajte svoje poznámky v nižšie uvedenom bloku.