Metody i technologie cementowania studni: jak przygotować i wlać zaczyn cementowy

Po odwierceniu studni w luźnych glebach piaszczystych rozpoczyna się etap mający na celu wzmocnienie rur osłonowych.Jednocześnie pień powinien być chroniony przed uszkodzeniami, agresywnym działaniem wód gruntowych, korozją i innymi negatywnymi zjawiskami. Mówimy o procesie takim jak cementowanie studni.

Samodzielne wykonanie prac cementujących jest dość trudne, ale jest możliwe, jeśli posiada się wiedzę na temat technologii przeprowadzenia imprezy. Powiemy Ci, dlaczego musisz przeprowadzić cementowanie i na co musisz zwrócić uwagę podczas wykonywania pracy. Dla przejrzystości materiał zawiera tematyczne zdjęcia i filmy.

Po co cementować studnię?

Cementowanie studni to proces, który następuje bezpośrednio po zakończeniu operacje wiertnicze. Procedura cementowania polega na wprowadzeniu do pierścienia lub pierścienia roztworu cementu (w przypadku umieszczenia rury osłonowej w szerszej rurze polietylenowej), który z czasem twardnieje, tworząc monolityczny odwiert.

Zaprawa cementowa w tym przypadku nazywa się „zatykaniem”, a sam proces nazywa się „zatykaniem”. Złożony proces inżynieryjny zwany technologią cementowania studni wymaga pewnej wiedzy i specjalnego sprzętu.

W większości przypadków źródła wody można podłączyć własnymi rękami, co jest znacznie tańsze niż zatrudnianie specjalistów.

Cementowanie studni to zestaw środków mających na celu wzmocnienie pierścienia i obudowy przed niszczycielskim parciem bocznym skał i działaniem wód gruntowych

Prawidłowo wykonane zatykanie studni przyczynia się do:

• zapewnienie wytrzymałości konstrukcji studni;
• zabezpieczenie studni przed wodami gruntowymi i powierzchniowymi;
• wzmocnienie rury osłonowej i zabezpieczenie jej przed korozją;
• zwiększenie żywotności źródła wody;
• eliminacja dużych porów, pustek, szczelin, przez które niepożądane cząstki mogą przedostawać się do warstwy wodonośnej;
• wypieranie płuczki wiertniczej przez cement, jeśli podczas wiercenia zastosowano tę pierwszą.

Jakość produkowanej wody i charakterystyka eksploatacyjna odwiertu będą zależeć od tego, jak dobrze zostanie przeprowadzone cementowanie. Cementowanie przeprowadza się również w przypadku opuszczonych studni, które nie będą już eksploatowane.

Etapy cementowania źródła wody

Cały proces cementowania składa się z kilku etapów, z których każdy ma swoje własne niuanse:

1. Przygotowanie zaczynu cementowego do wypełnienia pierścienia.
2. Dostawa przygotowanego cementu do studni.
3. Wstrzyknięcie zaczynu cementowego do pierścienia.
4. Okres twardnienia zaprawy cementowej.
5. Sprawdzanie jakości cementowania.

Każdy etap wymaga użycia określonych narzędzi i specjalnego sprzętu. Lepiej jest wykonać obliczenia wymaganych materiałów przed rozpoczęciem fugowania, ponieważ Proces uszczelniania musi trwać w sposób ciągły i jeśli np. nie masz wystarczającej ilości zaprawy cementowej, najbardziej negatywnie wpłynie to na jakość cementowania. Przyjrzyjmy się najważniejszym etapom bardziej szczegółowo.

W rzadkich przypadkach studnie wodonośne nie wymagają cementowania, mówimy o studniach, których cała głębokość przebiega w zwartych glebach gliniastych

Etap nr 1 – przygotowanie sprzętu

Wszelkie prace związane z cementowaniem studni warstwy wodonośnej muszą być wykonywane ściśle według wymagań technicznych, których naruszenie doprowadzi do cementowania o złej jakości.

Rozpoczynając zatykanie studni należy wiedzieć, że jest to proces nieodwracalny, po rozpoczęciu dostarczania roztworu do pierścienia studni nie da się już niczego skorygować, dlatego też prace przygotowawcze, czyli przygotowanie roztworu do do cementowania i doboru sprzętu należy podchodzić tak odpowiedzialnie, jak to tylko możliwe!

Najprostszym i najskuteczniejszym sposobem jest wypożyczenie sprzętu na platformie samochodowej. Taki kompleks będzie w stanie przygotować roztwór cementu i wpompować go do studni pod ciśnieniem, a źródłem energii do pracy urządzenia będzie mocny silnik samochodowy.

Jeśli użycie jednostek opartych na pojeździe specjalnym nie jest możliwe, będziesz potrzebować:

• mieszalnik do przygotowania zaprawy cementowej;
• pompa wysokociśnieniowa pompująca roztwór do studni;
• głowica cementująca do pompowania roztworu do studni;
• korki wypełniające (ilość uzależniona od metody cementowania);
• różnego drobnego sprzętu (węże, pojemniki pomiarowe).

Jako wąż wielu ekspertów zaleca stosowanie elastycznego węża strażackiego zamiast tradycyjnych rur HDPE o średnicy 32 cm. Jest płaska i doskonale wpasowuje się w przestrzeń międzyrurową, zapewniając sprawne dostarczanie roztworu.

Sprzęt do cementowania studni jest duży i wymaga wydajnego źródła energii, takiego jak kompresor, generator, oraz nieprzerwanego dostępu do sieci energetycznej.

Etap nr 2 – przygotowanie rozwiązania

Zaczyn cementowy do cementowania studni musi spełniać szereg wymagań i posiadać:

• wysokie właściwości adhezyjne do powierzchni dowolnego rodzaju;
• wysoka wytrzymałość po hartowaniu, odporność na naprężenia mechaniczne;
• plastyczność i dobra płynność, aby wypełnić wszelkie pęknięcia i puste przestrzenie;
• neutralność chemiczna w stosunku do ubitych warstw gleby;
• odporność na erozję przez wody gruntowe;
• brak skurczu podczas hartowania.

Roztwór musi mieć także taką konsystencję, aby można go było łatwo dostarczyć do studni i wstrzyknąć. Roztwór musi być łatwo zmywalny ze sprzętu, nie być wobec niego agresywny chemicznie i mieć minimalny współczynnik strat podczas transportu do studni.

Zastosowany roztwór iniekcyjny musi mieć wystarczająco płynną strukturę do pompowania urządzeniami iniekcyjnymi, a jednocześnie posiadać wysokie właściwości wytrzymałościowe

Proces przygotowania zaprawy cementowej do tamponowania polega na równomiernym wymieszaniu wchodzących w jej skład składników, a następnie wlaniu do niej wody z uprzednio w niej rozpuszczonymi specjalnymi dodatkami.

Najprostsze rozwiązania, które możesz przygotować samodzielnie to:

1. Cement portlandzki + piasek kwarcowy (1:1) + specjalne dodatki i woda do uzyskania wymaganej konsystencji. Roztwór ten ma niską gęstość, a jego przygotowanie jest trudne, ponieważ piasek zawarty w kompozycji często wytrąca się i użycie roztworu staje się niemożliwe.
2. Cement portlandzki + baryt (1,1:1) + specjalne dodatki i woda. Wadą tego rozwiązania jest jego mała wytrzymałość.
3. Cement portlandzki + wypełniacz. Jako wypełniacze stosuje się azbest (na glebach piaszczystych) i materiały włókniste.

Do przygotowania mieszanki cementowej najlepiej użyć cementu portlandzkiego, który jest rodzajem cementu na bazie krzemianów.

Taki cement jest oczywiście droższy niż zwykły cement portlandzki, ale jego właściwości wytrzymałościowe są znacznie wyższe niż w przypadku zwykłego cementu. Baryt jest minerałem ciężkim, który zwiększa gęstość roztworu. Baryt można kupić w sklepie z narzędziami, który sprzedaje luzem materiały budowlane.

Specjalne dodatki zawarte w roztworach cementowych to różne substancje, które nadają roztworom szczególne właściwości.

Obejmują one:

• ustawienie akceleratorów cement (chlorek wapnia, soda kalcynowana, potaż), stosowany w przypadku cementowania w temperaturach poniżej +5 stopni;
• opóźniacze, stosowane w celu zapobiegania szybkiemu twardnieniu (są to chlorki wapnia lub sodu, azotyn sodu itp.);
• plastyfikatory w celu uzyskania optymalnej lepkości (modyfikatory polimerowe);
• dodatki mrozoodporne (związki krzemoorganiczne w połączeniu z plastyfikatorami);
• dodatki osuszające (substancje otrzymywane ze związków należących do grup cukru, kwasu cytrynowego, winowego i tetraoksyadypinowego) itp.

Specjalne dodatki miesza się z wodą, z której następnie przygotowuje się zaczyn cementowy. Roztwór miesza się za pomocą specjalnych maszyn - mikserów. Czasami dopuszczalne jest ręczne ugniatanie, ale wymaga to pewnych umiejętności i dużo pracy.

Kamień cementowy powstały podczas utwardzania cementu portlandzkiego ma wysokie właściwości wytrzymałościowe i może wytrzymać obciążenia, naprężenia mechaniczne i fizyczne.

Etap nr 3 - wlewanie roztworu do studzienki

Główne metody cementowania studni to:

• ciągły lub jednoetapowy;
• dwustopniowy;
• mankiet;
• przeciwieństwo.

Wszystkie metody cementowania studni opierają się na jednej zasadzie - pompowaniu zaczynu cementowego do pierścienia. Jednocześnie wybór technologii cementowania zależy od konkretnych warunków: rodzaju gleby, głębokości studni, materiału rury osłonowej, warunków klimatycznych i hydrogeologicznych obszaru.

Wybrana technologia zatykania studni powinna zapewniać:

• wypełnienie całego odcinka studni roztworem do pełnej głębokości;
• całkowicie wyprzeć płyn płuczący (jeśli występuje);
• tworzenie kamienia cementowego o wysokiej wytrzymałości, odpornego na wpływy fizyczne, mechaniczne i chemiczne;
• wysoki współczynnik przyczepności do ścian gruntu studni i rur osłonowych.

W przypadku studni głębinowych stosuje się cementowanie segmentowe, tj. Nie cementuje się od razu całego odcinka studni, a jedynie jej poszczególne segmenty.

Proces ten jest bardzo złożony, a praktyka pokazuje, że samodzielne wykonanie go jest prawie niemożliwe. Dlatego przyjrzymy się bliżej technologii cementowania jedno- i dwuetapowego oraz tulejowego.

Cementowanie jednoetapowe lub ciągłe

Metodę tę najczęściej stosuje się do cementowania przydomowych studni wodonośnych. Podczas jego wykonania roztwór cementujący pompowany jest do pierścienia.

Roztwór pompuje się pod ciśnieniem za pomocą sprzętu instalowanego na platformie specjalnego pojazdu lub na stałe w pobliżu studni. Roztwór cementujący pod własnym ciężarem przemieszcza się do podstawy „buta” obudowy, wypełniając wszystkie pierścieniowe wnęki.

Prace cementujące jednoetapowe prowadzone są w jednym cyklu bez przerw, dlatego należy zadbać o odpowiednią ilość zaczynu cementowego

Przed rozpoczęciem prac cementujących jest to przeprowadzane dobrze sprząta, a następnie wkłada się dolny korek, który będzie pełnił rolę ogranicznika. Włącza się pompę do betonu i rozpoczyna się pompowanie roztworu zatykającego, pod wpływem którego korek jest opuszczany aż do „buta” obudowy.

Po przepompowaniu roztworu instaluje się górny korek i rozpoczyna się zagęszczanie mieszanki cementowej, aż górny korek oprze się o dolny. Będzie to oznaczać, że roztwór wypełnił cały pierścień. Zagęszczanie odbywa się za pomocą prasy wibracyjnej za pomocą pompy do betonu do pompowania roztworu.

Zacementowaną studnię pozostawia się w spokoju na 36-48 godzin, aby roztwór całkowicie stwardniał. Ta metoda jest odpowiednia tylko w przypadku płytkich studni o równym kształcie. Wadą tej metody jest brak możliwości śledzenia momentu, w którym zaczyn cementowy osiągnął dolny punkt osiowania studni.

Dwustopniowy system napełniania

Ta metoda cementowania została opracowana dla odwiertów przemysłu naftowego. Ze względu na to, że wymaga użycia poważnego sprzętu przemysłowego (potężnej pompy do betonu), nie jest często stosowany w budownictwie studniowym. Cementowanie dwuetapowe stosuje się w następujących przypadkach:

• zaprawa cementowa wiąże tak szybko, że cementowanie nie może zostać zakończone w jednym cyklu;
• gdy konieczne jest wybranie dwóch odcinków pierścienia, które dzieli znaczna odległość;
• na dużej głębokości studni, gdy niemożliwe jest wykonanie pracy w jednym cyklu.

W pozostałych przypadkach zastosowanie metody dwuetapowej jest niepraktyczne ze względu na czas trwania procesu i wskaźniki ekonomiczne.

Cementowanie dwuetapowe trwa dłużej, ponieważ drugi etap rozpoczyna się po całkowitym stwardnieniu zaczynu cementowego z pierwszego etapu

Zasada dwuetapowego cementowania polega na tym, że cement wtłaczany jest do pierścienia w dwóch etapach.

Załadowuje się i prasuje pierwszą porcję zaczynu cementowego. Opuszcza się dolny korek, który pod wpływem działania roztworu zatyka opada na dno. Drugą porcję roztworu pompuje się 12-36 godzin po całkowitym stwardnieniu pierwszej porcji.

W praktyce wiercenia głębokich studni artezyjskich w obecności warstw chłonnych w górnej części odcinka geologicznego oraz w pozostałych przypadkach stosuje się cementowanie dwuetapowe

Zastosowanie metody mankietu

Tę metodę cementowania stosuje się, jeśli konieczne jest wzmocnienie tylko górnej części studni. W takim przypadku początkowym zadaniem będzie określenie poziomu, do jakiego będzie prowadzone cementowanie.

Poziom zaznaczany jest wzdłuż obudowy poprzez zamontowanie specjalnego kołnierza. Dolna część zaworu jest niezawodnie zabezpieczona mankietem przed wnikaniem roztworu zatykającego.

Roztwór pompuje się dokładnie w taki sam sposób, jak podczas cementowania jednoetapowego. Metodę mankietu stosuje się, jeśli górna część studni znajduje się na glebach piaszczystych, a dolna część na glebach gliniastych. Jest to dość rzadkie, dlatego ta metoda nie jest powszechnie stosowana.

Proces powstawania kamienia cementowego

Proces tworzenia kamienia cementowego rozpoczyna się natychmiast po wpompowaniu roztworu zatykającego i trwa od 12 do 36 godzin. Główne czynniki wpływające na czas utwardzania roztworu do stanu kamienia cementowego:

• właściwości składników wchodzących w skład rozwiązania;
• gleby, materiał okrywkowy;
• warunki hydrogeologiczne i klimatyczne na danym terenie;
• gęstość wtrysku, poprawna realizacja procesu zatykania.

W okresie utwardzania należy pozostawić studnię w spoczynku. Zabrania się używania kabli, łomów lub drutów do oceny jakości cementowania, ponieważ może to zagrozić integralności powstałego kamienia cementowego.

Jeśli nie wiesz, ile czasu potrzeba na całkowite związanie zaprawy cementowej, odczekaj trzy dni i przystąp do pomiarów kontrolnych

Ocena jakości cementowania

Warto zauważyć: pomimo tego, że ocena jakości cementowania studni wodonośnych jest bardzo ważnym krokiem, nie da się jej przeprowadzić samodzielnie.

Aby to przeprowadzić, wymagany jest specjalny sprzęt laboratoryjny, co jest bardzo rzadkie nawet wśród organizacji zajmujących się wierceniami.

Jeśli nadal masz zamiar ocenić wykonane tamponowanie, możesz zamówić usługę kontroli jakości na jeden z trzech sposobów:

• akustyczny, polegający na opukiwaniu ścianek obudowy, z późniejszą obróbką uzyskanych danych przez programy komputerowe;
• radiologiczne, gdy pomiar odbywa się za pomocą urządzeń radiowych;
• termiczne, oparte na zasadzie pomiaru ciepła powstającego podczas twardnienia zaprawy cementowej.

W domu możesz zastosować uproszczoną metodę termiczną, mierząc temperaturę na ścianach studni. Kiedy zrówna się z temperaturą otaczającego powietrza i spadnie o 0,5-1,5 stopnia, możemy mówić o całkowitym utwardzeniu. Jednak nawet po tym zaleca się odczekać 2-3 dni i dopiero wtedy uruchomić studnię.

Po zakończeniu oględzin głowicę odwiertu oczyszcza się z resztek zaczynu cementowego za pomocą bailerzy. Następnie przeprowadza się próbę szczelności poprzez pompowanie wody pod wysokim ciśnieniem do rury studziennej przez 30 minut. Kryterium szczelności będzie spadek ciśnienia o około 0,3-0,5 MPa. Studnia jest teraz całkowicie gotowa do użytku.

Szczelność zaślepienia zwiększa natężenie przepływu studni, zwiększa żywotność kolumn osłonowych, chroniąc je przed korozją, a także samo źródło wody

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Poniższe filmy dotyczą odwiertów w przemyśle naftowo-gazowym, ale zasada technologii pracy jest taka sama jak w przypadku studni wodonośnych.

Procedura jednoetapowego cementowania studni:

Specyfika produkcji cementowania warg:

Cechy technologiczne cementowania dwuetapowego:

Cementowanie to złożony proces, wymagający użycia specjalistycznego sprzętu. Nie oznacza to jednak, że nie da się tego zrobić samodzielnie. Wybierając i prawidłowo przygotowując roztwór do fugowania, używając minimalnego zestawu jednostek, możesz z łatwością samodzielnie wykonać to zadanie.

W każdym razie eksploatacja studni bez wzmacniania beczki cementem nie potrwa długo, a koszty wiercenie nowego źródła wody będzie nie mniej.

Jeśli po przestudiowaniu materiału nadal masz pytania dotyczące prawidłowego cementowania studni po wierceniu lub posiadasz cenną wiedzę na ten temat, prosimy o pozostawienie komentarzy w bloku poniżej.