Metody a technologie pro cementování studní: jak připravit a nalít cementovou kaši

Po vyvrtání studny v sypkých písčitých půdách začíná etapa zaměřená na zpevnění pažnicových trubek.Zároveň by měl být kmen chráněn před poškozením, agresivním působením spodní vody, korozí a dalšími negativními jevy. Mluvíme o procesu, jakým je cementování vrtů.

Provádění cementačních prací svépomocí je poměrně obtížné, ale je možné, pokud máte znalosti o technologiích pro provedení akce. Prozradíme vám, proč je nutné cementování provádět a na co si dát při provádění prací pozor. Pro přehlednost materiál obsahuje tematické fotografie a videa.

Proč cementovat studnu?

Tmelení studní je proces, který následuje bezprostředně po dokončení vrtací operace. Postup cementování spočívá v zavedení cementového roztoku do mezikruží nebo mezikruží (pokud je plášťová trubka umístěna v širší polyetylenové trubce), který časem ztvrdne a vytvoří monolitický vrt.

Cementová malta se v tomto případě nazývá „ucpávání“ a samotný proces se nazývá „ucpávání“. Složitý inženýrský proces nazývaný technologie tmelení studní vyžaduje určité znalosti a speciální vybavení.

Ve většině případů lze vodní zdroje zapojit vlastními rukama, což je mnohem levnější než najímání specialistů.

Cementování studní je soubor opatření zaměřených na zpevnění mezikruží a pláště před destruktivním bočním tlakem hornin a účinky podzemní vody

Správně provedené ucpání studní přispívá k:

• zajištění pevnosti konstrukce studny;
• ochrana studny před podzemními a povrchovými vodami;
• zesílení plášťové trubky a její ochrana před korozí;
• zvýšení životnosti vodního zdroje;
• odstranění velkých pórů, dutin, mezer, kterými mohou nežádoucí částice vstupovat do vodonosné vrstvy;
• vytlačení vrtného kalu cementem, pokud byl první použit při vrtání.

Kvalita vyrobené vody a provozní vlastnosti studny budou záviset na tom, jak dobře je cementování provedeno. Cementování se provádí i u opuštěných studní, které již nebudou v provozu.

Etapy cementování vodního zdroje

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

1. Příprava cementové kaše k vyplnění mezikruží.
2. Dodávka připraveného cementu do studny.
3. Vstřikování cementové kaše do mezikruží.
4. Doba tvrdnutí cementové malty.
5. Kontrola kvality cementování.

Každá fáze vyžaduje použití určitých nástrojů a speciálního vybavení. Před zahájením injektážních prací je lepší provést výpočty požadovaných materiálů, protože Proces ucpávání musí trvat nepřetržitě a pokud například nemáte dostatek cementové malty, nejvíce to negativně ovlivní kvalitu cementování. Podívejme se na nejdůležitější fáze podrobněji.

Ve vzácných případech vodonosné vrty nevyžadují cementaci, mluvíme o vrtech, jejichž celá hloubka probíhá v hustých jílovitých půdách

Etapa č. 1 - příprava zařízení

Veškeré práce na cementování zvodnělých vrtů musí být prováděny přísně v souladu s technickými požadavky, jejichž porušení povede k nekvalitnímu cementování.

Když začínáte ucpávat studnu, měli byste vědět, že se jedná o nevratný proces, po zahájení přívodu roztoku do anuloidu studny nelze cokoli opravit, proto přípravné práce, konkrétně příprava roztoku pro k cementování a výběru zařízení je třeba přistupovat co nejzodpovědněji!

Nejjednodušší a nejefektivnější způsob je zapůjčení vybavení na platformě vozidla. Takový komplex bude schopen připravit cementový roztok a pod tlakem jej načerpat do vrtu, přičemž zdrojem energie pro provoz zařízení je výkonný automobilový motor.

Pokud použití jednotek založených na speciálním vozidle není možné, budete potřebovat:

• míchačka pro přípravu cementové malty;
• vysokotlaké čerpadlo, které čerpá roztok do studny;
• cementační hlavice pro čerpání roztoku do vrtu;
• plnicí zátky (množství závisí na způsobu cementování);
• různé drobné vybavení (hadice, odměrné nádoby).

Mnoho odborníků doporučuje jako hadici místo tradičních HDPE trubek o průměru 32 cm použít ohebnou požární hadici. Je plochý a dokonale zapadá do prostoru mezi trubkami a zajišťuje efektivní zásobování roztokem.

Zařízení pro cementování vrtů má velké rozměry a vyžaduje výkonný zdroj energie, jako je kompresor, generátor a nepřetržitý přístup k elektrické síti.

Fáze č. 2 - příprava roztoku

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

• vysoké adhezní vlastnosti s povrchy jakéhokoli typu;
• vysoká pevnost po vytvrzení, odolnost proti mechanickému namáhání;
• plasticita a dobrá tekutost pro vyplnění všech trhlin a dutin;
• chemická neutralita ve vztahu k tamponovaným vrstvám půdy;
• odolnost proti erozi podzemní vodou;
• žádné smršťování během vytvrzování.

Také roztok musí mít takovou konzistenci, aby mohl být snadno dodán do studny a injektován. Roztok musí být ze zařízení snadno smyvatelný, nesmí být vůči němu chemicky agresivní a musí mít minimální ztrátový koeficient při dopravě do vrtu.

Použitý injektážní roztok musí mít dostatečně tekutou strukturu pro čerpání injektážním zařízením a zároveň mít vysoké pevnostní charakteristiky

Proces přípravy cementové malty pro tamponování spočívá v rovnoměrném promíchání složek obsažených v jejím složení, po kterém se do ní nalije voda se speciálními přísadami, které jsou v ní dříve rozpuštěny.

Nejjednodušší řešení, která si můžete sami připravit, jsou:

1. Portlandský cement + křemičitý písek (1:1) + speciální přísady a voda až do dosažení požadované konzistence. Tento roztok má nízkou hustotu a jeho příprava je obtížná, protože písek obsažený ve směsi se často vysráží a použití roztoku je nemožné.
2. Portlandský cement + baryt (1,1:1) + speciální přísady a voda. Nevýhodou tohoto řešení je jeho nízká pevnost.
3. Portlandský cement + plnivo. Jako plniva se používá azbest (na písčitých půdách) a vláknité materiály.

K přípravě cementové směsi je nejlepší použít cement portlandský, což je druh cementu na silikátové bázi.

Takový cement je samozřejmě dražší než běžný portlandský cement, ale jeho pevnostní charakteristiky jsou mnohem vyšší než u běžného cementu. Baryt je těžký minerál, který zvyšuje hustotu roztoku. Baryt si můžete koupit v železářství, které prodává sypké stavební materiály.

Speciální přísady obsažené v cementových roztocích znamenají různé látky, které dodávají roztoku speciální vlastnosti.

Tyto zahrnují:

• urychlovače nastavení cement (chlorid vápenatý, soda, potaš), používaný, pokud k cementování dochází při teplotách pod +5 stupňů;
• retardéry, používané k zabránění rychlého tvrdnutí (jedná se o chloridy vápenaté nebo sodné, dusitan sodný atd.);
• změkčovadla pro získání optimální viskozity (polymerní modifikátory);
• mrazuvzdorné přísady (organosilikonové sloučeniny spojené se změkčovadly);
• vysoušecí přísady (látky získané ze sloučenin náležejících do skupiny kyseliny cukru, citrónové, vinné a tetraoxyadipové) atd.

Speciální přísady se míchají ve vodě, která se následně používá k přípravě cementové kaše. Roztok se míchá pomocí speciálních strojů - mixérů. Někdy je ruční hnětení povoleno, ale vyžaduje určitou zručnost a hodně práce.

Cementový kámen vzniklý při tvrdnutí portlandského cementu má vysoké pevnostní vlastnosti a odolává zatížení, mechanickému a fyzickému namáhání.

Etapa č. 3 - nalití roztoku do studny

Hlavní metody cementování studní jsou:

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

Všechny způsoby cementování vodních studní jsou založeny na jednom principu - čerpání cementové kaše do mezikruží. Výběr technologie cementování přitom závisí na konkrétních podmínkách: druhu zeminy, hloubce vrtu, materiálu pažnicové trubky, klimatických a hydrogeologických podmínkách území.

Zvolená technologie ucpávání studní by měla zajistit:

• naplnění celé části studny roztokem do celé hloubky;
• zcela vytlačte proplachovací kapalinu (pokud existuje);
• vytvoření vysoce pevného cementového kamene, odolného vůči fyzikálním, mechanickým a chemickým vlivům;
• vysoká míra přilnavosti k půdním stěnám studny a pažnicových trubek.

U hlubinných vrtů se používá segmentální cementování, tzn. Necementuje se celý úsek vrtu najednou, ale pouze jeho jednotlivé segmenty.

Tento proces je velmi složitý a praxe ukazuje, že je téměř nemožné to udělat sami. Proto se blíže podíváme na technologii jedno- a dvoustupňového a rukávového cementování.

Jednostupňové nebo kontinuální cementování

Tato metoda se nejčastěji používá pro cementování domácích vodonosných vrtů. Při jeho realizaci je cementovací roztok čerpán do mezikruží.

Roztok se čerpá pod tlakem pomocí zařízení, které je instalováno na plošině speciálního vozidla nebo trvale v blízkosti vrtu. Cementovací roztok se vlastní vahou přesune k základní „botce“ pouzdra a vyplní všechny prstencové dutiny.

Jednostupňové cementační práce probíhají v jednom cyklu bez přerušení, proto je nutné dbát na dostatečné množství cementové kaše

Před zahájením cementačních prací se provádí čištění studnya poté se zasune spodní zástrčka, která bude fungovat jako omezovač. Čerpadlo betonu se zapne a začne čerpání ucpávkového roztoku, pod jehož vlivem se zátka spustí, dokud nedosáhne „boty“ pláště.

Po přečerpání roztoku se nasadí horní zátka a začne se hutnit cementová směs, dokud horní zátka nedosedne na spodní. To bude znamenat, že roztok vyplnil celý prstenec. Zhutňování se provádí pomocí vibračního lisu pomocí čerpadla na beton k čerpání roztoku.

Cementovaná jamka se ponechá v klidu po dobu 36-48 hodin, aby roztok zcela vytvrdl. Tato metoda je vhodná pouze pro mělké, rovnoměrně tvarované studny. Nevýhodou této metody je nemožnost sledovat okamžik, kdy cementová kaše dosáhla spodního bodu vyrovnání vrtu.

Dvoustupňový systém plnění

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

• cementová malta tuhne tak rychle, že cementování nelze dokončit v jednom cyklu;
• když je nutné vybrat dva úseky v mezikruží, které jsou odděleny významnou vzdáleností;
• ve velké hloubce studny, kdy není možné provést práci v jednom cyklu.

V ostatních případech je použití dvoustupňové metody vzhledem k délce procesu a ekonomickým ukazatelům nepraktické.

Dvoustupňové cementování trvá déle, protože druhý stupeň začíná po úplném vytvrdnutí cementové kaše prvního stupně

Princip dvoustupňového cementování je založen na tom, že cement je čerpán do mezikruží ve dvou stupních.

První část cementové kaše se naloží a stlačí. Spustí se spodní zátka, která působením roztoku zátka klesne ke dnu. Druhá část roztoku se čerpá 12-36 hodin po úplném vytvrzení první části.

V praxi hlubinného vrtání artéských vrtů za přítomnosti absorbujících vrstev v horní části geologického řezu a v ostatních případech se používá dvoustupňové cementování

Aplikace metody manžety

Tato metoda cementování se používá, pokud je třeba zpevnit pouze horní část studny. V tomto případě bude prvotním úkolem určit úroveň, do které bude cementování prováděno.

Úroveň je označena podél pláště instalací speciálního límce. Spodní část ventilu je spolehlivě chráněna manžetou před pronikáním ucpávkového roztoku.

Roztok se čerpá úplně stejným způsobem jako při jednostupňovém cementování. Metoda manžety se používá, pokud je horní část studny umístěna na písčitých půdách a spodní část je umístěna na jílovitých půdách. To je poměrně vzácné, takže tato metoda není široce používána.

Proces tvorby cementového kamene

Proces tvorby cementového kamene začíná ihned po načerpání ucpávkového roztoku a trvá od 12 do 36 hodin. Hlavní faktory ovlivňující dobu tvrdnutí roztoku do stavu cementového kamene:

• vlastnosti složek obsažených v roztoku;
• zeminy, obalový materiál;
• hydrogeologické a klimatické podmínky v lokalitě;
• hustota vstřiku, správné provedení procesu ucpávání.

V období kalení je nutné nechat studnu v klidu. Je zakázáno používat k posouzení kvality cementace kabely, páčidla nebo dráty, protože to může narušit integritu výsledného cementového kamene.

Pokud nevíte, jak dlouho trvá, než cementová malta úplně ztuhne, počkejte tři dny a začněte provádět kontrolní měření

Hodnocení kvality cementace

Stojí za zmínku: navzdory skutečnosti, že posouzení kvality cementace vodonosných vrtů je velmi důležitým krokem, není možné jej provést nezávisle.

K jeho provedení je zapotřebí speciální laboratorní vybavení, které je velmi vzácné i mezi organizacemi zabývajícími se vrtáním.

Pokud přesto hodláte zhodnotit provedenou tamponaci, můžete si službu kontroly kvality objednat jedním ze tří způsobů:

• akustické, založené na poklepání na stěny pláště, s následným zpracováním získaných dat počítačovými programy;
• radiologické, při měření pomocí rádiových zařízení;
• tepelný, založený na principu měření tepla vznikajícího při tuhnutí cementové malty.

Doma můžete použít zjednodušenou tepelnou metodu měřením teploty na stěnách studny. Když se vyrovná teplotě okolního vzduchu a sníží se o 0,5-1,5 stupně, pak můžeme mluvit o úplném vytvrzení. I po tomto se však doporučuje počkat 2-3 dny a teprve poté studnu uvést do provozu.

Po dokončení kontroly se ústí vrtu zbaví zbytků cementové kaše pomocí bailery. Poté se provede zkouška těsnosti čerpáním vody pod vysokým tlakem do potrubí studny po dobu 30 minut. Kritériem těsnosti bude pokles tlaku o cca 0,3-0,5 MPa. Studna je nyní zcela připravena k použití.

Těsnost ucpávky zvyšuje průtok studnou, zvyšuje životnost pažnicových kolon, chrání je před korozí i samotný zdroj vody

Závěry a užitečné video k tématu

Níže uvedená videa jsou o vrtech v ropném a plynárenském průmyslu, ale princip technologie práce je stejný jako u vodonosných vrtů.

Postup pro jednostupňové cementování studny:

Specifika výroby cementace rtů:

Technologické vlastnosti dvoustupňového cementování:

Cementování je složitý proces, který vyžaduje použití specializovaného zařízení. To však neznamená, že je nemožné to udělat sami. Výběrem a správnou přípravou injektážního řešení s použitím minimální sady jednotek snadno zvládnete práci sami.

V každém případě provoz studny bez zpevnění sudu cementem nebude trvat dlouho a náklady vrtání nového zdroje vody nebude o nic méně.

Pokud máte po prostudování materiálu stále dotazy, jak správně cementovat studnu po vrtání, nebo máte cenné znalosti o této problematice, zanechte prosím své komentáře v níže uvedeném bloku.