Цементирование скважин: способы и технологии тампонажа

Ликвидационный тампонаж скважины

Ликвидационный тампонаж скважины

Цементирование скважин, или как его ещё называют тампонаж, является одним из наиболее важных этапов их строительства, и касается это не только нефтяных, но и водозаборных сооружений.
Суть данной операции состоит в том, что пространство, образовавшееся между стенками трубы и проходки, должно быть заполнено цементным раствором. Вот об этом мы и поговорим в данной статье.

Содержание

Что дает тампонирование скважины?

Данный технологический прием позволяет достичь нескольких целей:

  • Дополнительное крепление обсадной трубы, снижающее риск ее деформации и нарушения стыков.
  • Герметизация различных водяных горизонтов. Процесс цементирования скважины позволяет предотвратить проникновение верховодки на горизонт с питьевой грунтовой водой вдоль поверхности обсадной трубы.
  • Некоторые растворы для тампонажа выполняют функцию дополнительного гидроизолятора.

Типы применяемых растворов и особенности цементирования

Перед выполнением работ по цементированию скважин необходимо выполнить целый ряд расчетов, определяющих необходимое количество применяемой смеси, ее тип, способ подачи в пространство за обсадкой скважины.

Анализ скважины

Анализ скважины

При выполнении анализа необходимо учитывать следующие факторы:

  • Глубина скважины и размер зазора между обсадной трубой и стенками сооружения.
  • Геометрия скважины, имеющиеся нарушения, выявленные в процессе бурения.
  • Состав грунта и его особенности (пористость, трещиноватость и другое).

Многие данные для анализа принимаются на основе ранее выполненных в данном районе работ. Только грамотный и точный расчет цементирования скважины поможет получить положительный эффект от операции при минимальном расходе материалов.

Следует помнить о том, что цементирование это необратимый процесс, поэтому исправить ошибки практически никогда не удается, а это приводит к снижению эффективности скважины, поэтому разработку проектных решений, связанных с тампонажем, должен выполнять профессиональный бурильщик.

В качестве рабочего раствора могут применяться различные смеси, выбор зависит от особенностей грунта:

  • Стандартная цементно-песчаная смесь (раствор) может использоваться для тампонажа скважины, устроенной в плотном глинистом грунте.
  • Если скважина пробурена в грунтах пористого типа или имеющих пористую структуру, то необходимо применять смеси с различными наполнителями (бумага, асбест, другие материалы с волокнистой структурой). Попытка затампонировать скважину стандартной смесью приводит к значительному перерасходу материала.
  • В последнее время все чаще стали использоваться вспенивающиеся смеси, способные увеличивать свой объем в процессе затвердевания. Применение таких материалов позволяет существенно повысить качество герметизации скважины.

Как цементируют скважину?

Для цементации скважины используется тампонажный раствор. В отличие от бурового раствора, облегчающего процесс бурения, тампонажный раствор превращается в твердое тело. Благодаря этому обсадная колонна крепится к стенка скважины. Такое техническое решение делает во много раз прочнее всю конструкцию.

Известно несколько методов цементации, каждый из которых содержит следующие основные этапы:

  • приготовление тампонажного раствора
  • подача раствора в затрубное пространство одним из способов
  • твердение тампонажной смеси
  • проверка качества тампонажа

technolog zatrub cementac cement.png
тампонажный цемент

Учитывая важность и высокую сложность предстоящего процесса, перед началом тампонирования обязательно составляется схема будущих работ. Схема составляется с учетом конструкции скважины, характеристик грунта, в котором было произведено бурение, протяженности участка тампонирования, марка тампонажного раствора и многое другое. Все параметры обязательно проверяются инженерным расчетом, так как неправильно сделанное тампонирование способно навсегда вывести скважину из строя и тогда уже придется применять ликвидационное тампонирование, цель которого защита водоносного горизонта от загрязнений с поверхности и из промежуточных геологических слоев. Кроме теоретических расчетов всегда учитывается опыт тампонирования скважин, проведенный в сходных условиях. Кроме упрочнения и герметизации скважины цементация позволяет удалить буровой раствор, смесь раствора с буровым шламом и другие жидкости (например, промывочную жидкость) из затрубного пространства.

Какое оборудование необходимо для выполнения тампонажа?

Основное оборудование для цементирования скважин — цементно-смесительные агрегаты и цементировочные машины.

Данные механизмы осуществляют следующие операции:

Оборудование для тампонажа

Оборудование для тампонажа

  • Приготовление раствора для тампонажа, смешивание его компонентов, доведение массы до необходимой консистенции.
  • Подача раствора в скважину или непосредственно в пространство за обсадной трубой. При этом агрегаты должны обеспечивать подачу смеси под высоким давлением, величина которого может изменяться в зависимости от условий выполнения работ.
  • При выполнении работ в несколько этапов применяют специальные заиловочные пробки, которые позволяют отделить необходимый сегмент скважины.
  • Цементировочная головка, используемая для промывки ствола скважины от остатков бурового грунта (наличие таких включений существенно снижает качество цементирования).

После выполнения работ по цементированию необходимо выдержать время до полного отвердения раствора, на это обычно уходит до 3 суток. Только после истечения этого срока можно приступать к выполнению других операций по скважине.

Работы по цементированию скважины отнесены к технологическим процессам, к которым предъявляются жесткие требования по соблюдению технологии. Только в этом случае можно обеспечить высококачественную герметизацию обсадной трубы. Работы такого назначения должны выполнять профессионально подготовленные исполнители.

Опубликовано: 16.09.2014

Сколько стоит пробурить водяную скважину?

Цена бурения скважины на воду

Как обустраивается водоносная скважина на песок?

Как обустроить водопровод в доме из колодца?

Какой погружной насос лучше для скважины — выбор оптимальной модели

Полимерпесчаный колодец: преимущество перед железобетонной конструкцией

Как тампонажный раствор попадает в скважину?

Цементировочная смесь может быть доставлена в затрубное пространство скважины несколькими способами, для чего используется различное оборудование.

Прямая подача

Тампонажный раствор подается непосредственно внутрь обсадной колонны. Далее смесь через нижнюю часть скважины — так называемый башмак — проникает в затрубное пространство и заполняет его, поднимаясь между внешней поверхностью обсадной колонны и грунтовой стенкой выработки. Чаще всего используется прямая подача цементировочной смеси.

technolog zatrub cementac dve probki.png
цементация скважины с двумя пробками

Для контроля положения массы тампонажного раствора применяют две пробки. Находясь между этими пробками раствор опускается внутри обсадной колонны до нижней части скважины. Затем в колонну под давлением закачивается жидкость, которая давит на верхнюю пробку, которая в свою очередь как поршень передает давление тампонажному раствору и раствор через нижнюю часть скважины попадает в затрубное пространство. Существует более простой вариант затрубной цементации скважины с использованием одной пробки. Давление жидкости контролируется по манометру.

technolog zatrub cementac dve probki 02.png
цементация затрубного пространства завершена

Обратная подача

При обратной подаче тампонажный раствор сначала попадает в затрубное пространство, опускаясь снаружи вдоль обсадной колонны.

Одноступенчатое цементирование

При одноступенчатом цементировании весь объем тампонажного раствора доставляется за один цикл. Например, так происходит при цементировании скважины с помощью одной или двух пробок с прямой подачей раствора.

Одноступенчатое цементирование

При одноступенчатом цементировании весь объем тампонажного раствора доставляется за один цикл. Например, так происходит при цементировании скважины с помощью двух пробок с прямой подачей раствора.

Двухступенчатое цементирование

technolog zatrub cementac pakers.png
пакеры для двухступенчатого и манжетного цементирования

Данный вид цементирования сложнее в реализации и применяется при большой глубине скважины. Большая глубина увеличивает сопротивление, что затрудняет продавливание вязкого тампонажного раствора вдоль всей скважины за один проход. Потребовалось бы слишком высокое давление, что не всегда можно использовать без риска нарушить конструкцию скважины или характеристики геологических слоев в результате поглощения цементирующего раствора. Для компенсации большой глубины скважины используется метод манжетного цементирования. Манжеты ограничивают продвижение тампонажной смеси, организуя отдельные цементные кольца в затрубном пространстве, защищают продуктовый пласт от попадания смеси, позволяют цементировать скважину отдельными участками.

Особенности тампонирования

Выбор технологии зависит от цели ее проведения, состояния забоя, геологической обстановки, инженерного обеспечения бригады. Детали процесса могут уточняться по ходу работ. Для заливки часто используют гипсоглиноземистый цемент. Если в проходке присутствуют большие полости, его усиливают доломитовой мукой, целлюлозными нитями, волокнами асбеста.

Выделяют 2 разновидности тампонажа скважин:

  • Временный. Вариант предназначен для ситуаций, когда шахту испытывают и необходимо убрать водоносные пласты. Материалом заполнения служит глина, которую подают за обсадную трубу. Метод также используют при консервации небольших конструкций.
  • Постоянный, когда цементом наполняют водозаборный ствол. Таким образом глушат старые артезианские скважины.

Перед началом процедуры проводят экспертизу состояния водоносного уровня и сооружений. После составления и утверждения проекта объект блокируют. Основанием служит заявление владельца, направленное в санитарно-эпидемиологическую службу. Если речь идет о ликцидации глубокой водоносной скважины, решение принимает подрядчик, который проводил строительные работы.

Этапы работ по ликвидации скважины

Этапы работ по ликвидации скважины.

Технология цементирования

На практике применяют следующие основные способы цементирования скважин:

Тампонирование скважины

Тампонирование скважины

  • Прямая закачка рабочего раствора в пространство за обсадной трубой, при этом тампонажная смесь движется сверху вниз под собственным весом. Способ отличается простотой, на качество цементирования может быть недостаточно высоким.
  • Более приемлемым считают обратное цементирование. По данной технологии внизу скважины устанавливается пробка или диафрагма, перекрывающая рабочую зону. Рабочая смесь подается непосредственно в обсадную трубу, после чего начинается продавливание раствора при помощи подачи специальной жидкости под высоким давлением. При этом смесь попадает в пространство за обсадной трубой и перемещается снизу вверх.
  • Глубокие скважины тампонируются в несколько этапов, по отдельным участкам.

Выбирая методы цементирования скважины необходимо учитывать то, что процесс должен дать следующие результаты:

  • Раствором для тампонажа должно быть заполнено все пространство между обсадной трубой и стенками скважины. Наличие пустот не допускается, при этом полученный цементный слой должен обладать хорошим сцеплением со всеми поверхностями.
  • Полученный так называемый цементный камень должен выдерживать воздействие грунтовых вод, в состав которых могут входить различные химические соединения, в том числе и агрессивные. Кроме того, он должен обладать высокой механической прочностью, способностью выдержать значительные нагрузки, которые могут возникать на большой глубине под действием окружающих пород.
  • Из зоны тампонирования промывочная жидкость должна быть вытеснена полностью, ее остатки в зацементированном массиве считаются браком.

Зачем проводить цементирование

Тампонирование скважин позволяет вытеснить буровой раствор цементным, обеспечить прочность конструкции и довести ее до рабочего состояния.

Цементирование скважин преследует три основные цели:

  • Укрепление обсадной трубы;
  • Предотвращение коррозии трубы под действием почвенных вод;
  • Предупреждение смешивания воды разных уровней.

Когда заполнение труб раствором производится с целью ликвидации скважины, а не запуска ее в действие, производится ее цементация – процесс, имеющий различия с цементированием. Хотя это два типа работ с отличиями в технологическом процессе, оборудование для цементации и цементирования может использоваться одинаковое.

Преимущества тампонирования

Технология признана оптимальным средством защиты водоносных жил от загрязнений. Процедура минимизирует риск повреждения ствола и разгерметизации стыков. Такие работы могут выполняться при потребности в дополнительной гидрологической изоляции забоя.

Преимущества тампонирования скважин

Тампонаж скважин позволяет защитить водоносные жилы от загрязнений.

Используемые растворы и особенности метода

Состав цементирующих веществ и характер их транспортировки уточняют в ходе предварительных расчетов.

Для этого определяют:

  • расстояние между внешней поверхностью обсадной трубы и стенками шахты;
  • глубину и конструкцию проходки;
  • состав и твердость породы.

Грамотное проектирование экономит финансовые средства.

К популярным смесям относят массу на основе портландцемента и воды, которую перекачивают насосом. Состав быстро застывает и обладает высоким уровнем прочности. Его используют для скважин, размещенных в плотной глинистой почве.

При взаимодействии с пористыми грунтами к массе добавляют бумагу, асбест и другие подобные материалы. В некоторых случаях допускается применение вспениваемых составов, способных увеличиваться в размерах по мере затвердевания.

Кроме вышеперечисленных компонентов в тампонажную смесь может входить небольшой состав, включающий в себя песок и гравий. Но ее плотность должна сохраняться жидкой. Подается масса посредством насоса на высоту до 3 м. Для дезинфекции в нее примешивают хлорную известь.

Использование стандартного строительного раствора приводит к повышенному расходу материала и увеличивает финансовые издержки.

Цементация затрубного пространства скважин

Последний вид работы и самый значимый в процессе сооружения скважины – наполнение свободного затрубного пространства быстро расширяющимися цементными растворами. Этот вид работы требует исполнения с высоким качеством. Правильный подбор составляющих раствора, технологии подачи с учетом геологического строения среза ствола скважины позволит провести надежную герметизацию затрубного пространства.

Особую роль в таком подборе играет правильный выбор марки расширяющегося цемента, что позволит избежать перерасхода материалов.

Выбор цемента

В пористой геологической породе не применяют обыкновенный цементно-песчаный раствор. В таких случаях прибегают к использованию растворов с волокнистым цементом (с использованием бумаги, тростника), предопределяя значительное сокращение расходуемого материала.

В глинистых проходах используют обыкновенный цементно-песчаный раствор, который обеспечивает надежную герметизацию за счет отличного межпочвенного сцепления.

Цементный раствор, введенный в ствол затрубного пространства, затвердевает в строго определенный промежуток времени, образует цементный камень, который заполняет все микротрещины, устойчивый к различным водо- и химвоздействиям, обеспечивает хорошую адгезию и обладает повышенной долговечностью.

Современная инженерия и технический прогресс нашли применение так называемым вспенивающимся смесям со свойством при затвердевании увеличиваться в объеме, полностью заполняя ниши, трещины и пазухи заколонного пространства.

Составляющие технологического процесса

Цементаж скважин проводятся в определенной последовательности, не зависимо от выбранного метода тампонирования, и выполняется в пять этапов.

  • Приготовление цементирующего состава;
  • Заполнение трубы раствором;
  • Продавливание тампонажного состава в затрубное пространство;
  • Затвердение цементной смеси;
  • Проверка качества цементации.

Тампонирование проводится по заранее составленной программе, в которой учитываются особенности горно-геологических условий, глубина скважины или отдельной ее части, подвергающейся цементированию, состояние ствола и другие особенности конструкции.

Ключевое оборудование, которое применяется при цементировании скважин — это цементно-строительный агрегат и цементировочная машина

Если в данной местности ранее уже проводилось цементирование скважин, расчеты и процесс тампонирования могут опираться на уже имеющийся опыт, но с коррекцией на новые технические данные.

Способы закачивания тампонажного раствора в затрубное пространство

Введение тампонажного материала в затрубное пространство осуществляется по двум схемам: обратный и прямой методы. Цементация затрубного пространства обратным способом проводится путем заливки смеси непосредственно между трубой и почвой. По мере заполнения пространства тампонажным составом, буровой раствор вытесняется через нижний конец трубы.

Прямой метод в свою очередь разделается на разные способы цементирования скважин, и каждый из них применяется в зависимости от технических возможностей и цели, которую нужно достичь цементированием.

Основные способы прямого способа тампонирования:

  • Одноступенчатое цементирование производится за один подход. Готовится полный объем цементирующего состава, вводится в трубу и накрывается пробкой. После этого в скважину под давлением запускается промывочная жидкость, пробка медленно опускается, и выдавливает цемент за пределы трубы;
  • Двухциклевое, или двухступенчатое цементирование скважин проводится, если по техническим причинам (большая глубина) приготовление полного объема раствора невозможно. При этом способе процесс осуществляется в два захода: цементирующий раствором заполняется сначала нижняя часть затрубного пространства, а затем верхняя. Второй этап работ может проводиться со значительным временным интервалом после окончательного схватывания первой порции раствора, или сразу же, без перерыва во времени;
  • Метод манжетного цементирования применяют в том случае, если нижний фрагмент трубы нужно изолировать, а цементированию подвергается только верхний участок скважины. Между обсадной колонной и почвой монтируется кольцо-манжетка, а в пространство над ним через отверстия в трубе нагнетаются тампонажные материалы.

Приемы цементования скважин

В строительном производстве принято различать приемы в подаче герметизирующей смеси в заколонное пространство скважин:

  • одноступенчатый;
  • двухступенчатый;
  • манжетный;
  • обратный.

Цементование скважин производится в строгом соответствии с проектом производства работ, который является составляющей частью проекта на строительство скважины. Проектант обязан учитывать фактическую геологическую структуру на всей глубине скважины. В расчетах используют конструктивные особенности скважины, промежуток, подлежащий укреплению. Строгое соблюдение рекомендаций проектировщика – залог успешной долговременной эксплуатации скважины.

В практическом строительстве используется 2 технологии доставки тампонажного раствора:

  • прямая – постепенное заполнение раствором пространства снизу вверх;
  • обратная – перемещение раствора сверху вниз.

Обратная технология тампонирования применяется при небольших глубинах скважины. Приготовленный раствор подается сверху, между обсадной трубой и грунтом. Под собственным весом пластический раствор опускается вниз, заполняя все пустоты.

Прямая технология используется на больших глубинах залегания подошвы скважины и насчитывает несколько вариантов производства работ.

1. Способ одноступенчатый.

Такой вариант выполнения работ предусматривает залив герметизирующей смеси в пространство между трубой и стеною скважины без прерывания процесса. Прежде чем приступить к наполнению раствором, скважина промывается обыкновенной водой. В нижней части трубы крепится ограничитель движения пробки. Смесь выдавливается давлением из трубы, предназначенной для крепления стен буровой скважины, в пространство между трубой и стеной скважины. В трубу насосом подается подготовленная смесь в полном объеме.

Установив верхнюю пробку, с помощью компрессорной установки создается давление, необходимое для «выдавливания» смеси. Смесь поднимается вверх. В меру необходимости добавляется заранее приготовленный раствор в колонну и с использованием вибропресса происходит уплотнение закаченной смеси в заколонном пространстве.

Окончание подачи смеси происходит во время соприкосновения верхней и нижней пробок.

После полного затвердения раствора снимаются и извлекаются все приспособления, колонна очищается от остатков раствора, промывается чистой водой, проверяется на герметичность и передается в эксплуатацию.

2. Двухступенчатый способ.

Этот способ имеет второе название – двухцикловое цементирование. При неглубоких скважинах применять нецелесообразно, используется на скважинах, имеющих нефтеносные горизонты на больших глубинах. Увеличение глубины разрабатываемой скважины увеличивает сопротивление, что требует дополнительных мощностей. Продавливание тампонажного раствора за один цикл вдоль всей скважины затруднительно. Увеличение давления отрицательно влияет на залегающие геологические слои, разрушая их. Это приводит к увеличению затрат на тампонирование. Существует опасность разрушения конструкции скважины.

Такой способ используется при:

  • необходимости разделить затрубное пространство на несколько участков;
  • время схватывания тампонажной смеси меньше, чем время завершения полного цикла;
  • необходимости многократного увеличения давления подаваемой смеси, требующего дополнительного энергоемкого оснащения.

Второй цикл тампонирования выполняется при полном схватывании тампонажного раствора, выполненного в первом цикле.

3. Манжетное цементирование.

В слабых грунтах, предрасположенных к пластовому гидроразрыву или с низким внутренним давлением, практикуется применение манжетного способа укрепления стенок скважин. Этот метод предусматривает цементирование не по всей длине обсадной трубы, а исключительно верхней части, для полного исключения воздействия давлением тампонажного раствора на продуктивные нижние пласты.

В нижней части обсадной трубы, на уровне предполагаемого цементирования, устанавливается манжета, предварительно проперфорированная в месте закрепления. Выше отверстий перфорации устанавливается стопорное кольцо. Нагнетание тампонажного раствора происходит, как и при одноступенчатом способе, с той разницей, что в затрубное пространство раствор попадает через отверстия, а не через башмак.

Наличие манжеты не дозволяет раствору опуститься ниже края трубы, на котором она смонтированная. Внутрипластовое давление сохраняется на природном уровне и не способствует его разрушению.

На представленном видеоролике подробно рассмотрены поэтапные шаги и принцип тампонирования скважины манжетным способом с использованием соответствующего оборудования и оснастки.

4. Обратное цементирование.

Заполнение сверху пазух между трубой и стеной герметизирующим раствором называется обратным цементированием.

Схема обратного цементирования скважины

Этот метод цементирования оказывает меньшее давление на окружающие породы. Происходит полное замещение промывочной жидкости подготовленной герметизирующей смесью.

Такой способ имеет один изъян – качество цементирования вокруг башмака колонны снижено из-за частичного смешивания промывочного раствора с герметизируемым.

Всё о тампонаже

Цементация глубоких скважин производится с учётом опыта прежних лет, с помощью современного оборудования и научных изысканий. Типовые схемы производства данных работ отработаны до мельчайших нюансов, и их грамотное выполнение очень важно.
Во-первых, тампон препятствует воздействию напорных вод и плывунов на ствол скважины, не давая им размывать шахту. Во-вторых, застывший раствор жёстко фиксирует конструкцию, предупреждая смещение колонн.
Итак:

  • Тампонируют скважины (см. Тампонаж скважин: для чего это нужно) не только в процессе строительства, но и при консервации и ликвидации – только технологии несколько отличаются. Хотя, абсолютно всё учесть невозможно, так как в каждом случае бывают разными условия работы: техническое оснащение, конструкция скважины, геологические условия, протяжённость цементного моста.

Поэтому, технологии нередко уточняются по ходу производства работ, и это нормально.
Главное, чтобы данный процесс обеспечил следующие требования:

Что должен обеспечить тампонаж
1 Образование цементного камня с заданными свойствами
2 Отсутствие пустот по всей протяжённости цементного моста
3 Максимальное сцепление раствора с наружными стенками обсадных труб
4 Полное вытеснение цементным раствором буровой жидкости из цементируемого отрезка
5 Предупреждение попадания промывочной жидкости в тампонажный раствор
  • Чтобы соблюсти данные условия, необходимо контролировать и регулировать характеристики промывочной жидкости, с целью снизить её вязкость. Напомним, что промывка производится в процессе бурения, что позволяет размягчать грунт, и вымывать из проходки шлам.
    Цементный раствор нагнетается в затрубное пространство с такой скоростью, которая может обеспечить режим турбулентности.
  • В каждом конкретном случае рецептура раствора, подбирается индивидуально. Его свойства определяют как продолжительность тампонажных работ, так и режимы закачки и продавливания раствора.
    Кстати, обычный строительный цемент в данном случае не используется. Есть специально предназначенный для скважин сорт, который называется «гипсоглинозёмистый цемент».

Он имеет свойство расширяться, а это в тампонажных работах самое главное. Раствор из такого цемента не впитывается в грунт, а заполняет все пустоты и мельчайшие трещины, закупоривая их по принципу тампона — отсюда и название технологии.
При наличии в проходке больших пустот и плывунов, в гипсоглинозёмистый раствор добавляют доломитовую муку, бентонитовую глину, либо волокна асбеста или целлюлозы.

Тампонирование одноцикловое, с двумя пробками

При выполнении цементации данным способом, в нужном сегменте ствола, сначала устанавливается нижняя пробка. В ней есть канал для прохода раствора, который временно перекрыт диафрагмой.
Далее, в верхней части колонны устанавливается головка, через которую осуществляется подача тампонажного раствора из смесителя. Верхняя пробка, удерживаемая шпильками, располагается на цементировочной головке.

Смесительная установка

Смесительная установка

Итак:

  • Когда в ствол, согласно расчёту, полностью закачан весь объём раствора, эту пробку освобождают, и начинают подачу жидкости для продавливания. Под высоким давлением, масса цементного столба, вместе с пробкой, продвигается вниз.
  • Попутно она вытесняет из ствола скважины буровую жидкость. Происходит это за счёт собственного веса тампонажного раствора, а так же его высокой плотности. В процессе вытеснения жидкости, уровень давления на головке, через которую нагнетается раствор, значительно снижается.

Цементировочная головка

Цементировочная головка

Столб тампонирующей смеси движется по стволу вместе с пробкой, установленной на нижней отметке. И как только она натыкается на упорное кольцо, происходит резкое усиление давления.
В результате чего диафрагма-перемычка, которой перекрыто отверстие, разрушается. После этого раствор беспрепятственно поступает в затрубные пазухи.
Объём жидкости, продавливающей цементную пробку, непрерывно контролируется, и когда остаются последняя пара кубов, интенсивность закачки снижается. Как только пробки, отсекающие интервал, входят в контакт, о чём говорит резко увеличивающееся давление, нагнетание тампонажной смеси прекращается.

Двухцикловое цементирование

Этим способом последовательно тампонируют сразу два интервала. По сравнению с одноцикловым цементированием, данный метод имеет некоторые преимущества.
При этом значительно уменьшается вероятность попадания промывочной жидкости в цементный раствор, и снижается давление на грунт в процессе его подъёма. Что немаловажно, высота подъёма может быть значительно увеличена, даже если давление не повышается.
Итак:

  • Подготовительные работы, предшествующие тампонированию, производится по той же схеме, что упоминалась выше. Только теперь, в нижней части того сегмента обсадной колонны, который готовится к тампонажу, устанавливается заливочная муфта.
    По окончании промывки, производится установка головки, и начинается закачка того объёма цементной смеси, который необходим для заполнения первой ступени.

Цементировочный клапан

Цементировочный клапан

  • На следующем этапе, в ствол, через заливочную муфту вводят промежуточную пробку, которая завершает первый цикл, и, под воздействием продавочной жидкости, продвигает закачанную смесь вглубь. Её количество, при этом, равно объёму того отрезка обсадной колонны, который находится между упорным кольцом и заливочным клапаном. Затем, нижнюю пробку второго сегмента, которая находится в теле цементировочной головки, освобождают и продавливают.
  • Под воздействием давления пробку прижмёт к муфте, она сядет на втулку, и, смещаясь вниз, откроет сквозной проход. Дальнейшие действия могут иметь два варианта.
    В одном из них, после окончания цементации первой ступени, сразу же приступают ко второму циклу. Этот метод представляет собой процесс непрерывного цементирования.

Насос для нагнетания в скважину буровых растворов

Насос для нагнетания в скважину буровых растворов

  • Второй вариант называется: двухцикловой тампонаж с разрывом. При этом заливка второго отрезка колонны производится только после схватывания уже закачанной цементной смеси.
    На этот период, в заливочном клапане поддерживают циркуляцию бурового раствора. Данный вариант позволяет регулировать уровень динамического давления, возникающего в затрубных пазухах, и, соответственно, улучшить качество тампонирования.

Как только подача расчётного объёма тампонажной смеси, предназначенной для второго сегмента, закончена, в колонну устанавливается и продавливается жидкостью последняя, верхняя пробка. Теперь она, смещаясь вниз вместе с втулкой, перекроет проходное отверстие.

Способы манжетной и обратной цементации

Решение в пользу манжетного метода, принимается в тех случаях, когда цементируется пласт с низким давлением, или нужно предупредить попадание раствора в фильтрующую колонну. Суть его в том, что на нижней отметке тампонируемого сектора, в обсадной трубе устанавливается муфта с отверстиями для прохождения раствора, и брезентовой манжетой.
Итак:

  • Чуть ниже муфты размещается клапан, перекрывающий раствору доступ внутрь колонны. А манжета, в процессе нагнетания раствора, перекрывает затрубное пространство так, что цементный столб может продвигаться только вверх.
  • Есть ещё вариант, при котором цементация производится в обратном направлении (снизу вверх). Если коротко, делается это так: обсадная колонна по нижнему периметру перекрывается специальным башмаком; раствор, по специальному рукаву, закачивается непосредственно в затрубное пространство.
    При этом, находящийся там буровая жидкость вытесняется, и, по обсадным трубам, выходит на поверхность.

Вытеснение промывочной жидкости

Вытеснение промывочной жидкости

Данный способ привлекает буровиков, но для цементирования сверхглубоких скважин он не подходит. Причиной тому ряд технических сложностей.
Например, трудно контролировать момент достижения тампонажного раствора нижней отметки обсадной колонны. Соответственно, невозможно и оценить качество цементации – а эта часть ствола скважины наиболее ответственная.

Применяемые машины, механизмы и материалы

Все работы по бурению, промывке, герметизации скважин выполняются в полевых условиях. Возникает потребность иметь все механизмы, смонтированные на шасси автомобилей повышенной грузоподъемности и проходимости.

Необходимые машины, механизмы и вспомогательная оснастка для выполнения работ по цементации:

  • машина приготовления пластической герметизирующей смеси (цементосмесительная);
  • агрегат закачки готовой смеси и продавливания в скважине;
  • насос, подающий герметизирующую смесь в колонну;
  • насос, подающий воду в смеситель приготовления смеси;
  • головка промывки ствола скважины перед цементацией;
  • пробки разделительные – только для двухступенчатой заливки;
  • задвижки и вентили высокого давления;
  • специальное распределительное устройство смеси;
  • набор гибких рукавов, металлических шлангов;
  • муфта ступенчатого цементирования;
  • мерные баки для определения количества закачанной смеси.

Правильный подбор вяжущего материала (цемента) в составе герметизирующей смеси обеспечивает:

  • образование после затвердения высокопрочного цементного камня с высокой способностью противостоять агрессивным химическим воздействиям, повышенной прочностью к механическим перегрузкам;
  • хорошую адгезию после затвердения с породами стенок скважины и обсадной трубой;
  • качественное заполнение щелей, скосов и пазух в породе стен скважин;
  • высококачественное твердение и приобретение проектной твердости раствора за указанный период времени.

Кроме выше названных характеристик, герметизирующая смесь должна обеспечить:

  • равномерное заполнение нагнетаемой смеси по длине и окружности скважины;
  • защиту герметизируемой смеси от попадания промывочных остатков.

Такие характеристики смеси достигаются при применении тампонажных цементов, изготовляемых из портландцемента и доменных шлаков. Применение таких цементов позволит получить высококачественный герметизирующий раствор. Дозировка наполнителя и вяжущего средства определяется специальным расчетом, с учетом конкретного места строительства скважины.

Завершающий этап цементирования

Период затвердевания цементного столба может варьироваться, в зависимости от состава раствора. Имеет значение и то, какая именно колонна тампонировалась.
Для кондуктора, например, достаточно 16 часов, а для эксплуатационной колонны нужны сутки. По истечении этого срока, в скважину опускают электротермометр.
Итак:

  • С его помощью, по изменениям температур, определяют высоту подъёма раствора в цементируемом пространстве. Максимальное выделение раствором тепла, происходит в течение нескольких часов после его затвердевания.
    Поэтому, для определения данного показателя, прибор должен быть спущен в скважину в течение суток после окончания тампонажа.

Скважинный локатор

Скважинный локатор

  • Для контроля качества цементирования широко применяют акустический зонд (скважинный локатор). Участки, не заполненные раствором, определяются по амплитудам звуковых колебаний. Если к качеству тампонажных работ претензий нет, начинают обвязку устья скважины.
    Затем, в неё спускают пикообразное долото либо желонку, с помощью которой разбуривают затвердевшие остатки раствора и заливочные пробки.

Далее наступает черёд опрессовки ствола, то есть проверка его на герметичность. Для этого, в него закачивается вода под давлением, превышающим расчётное на 20%.
Если спустя полчаса давление снижается не больше, чем на 0,5 мПа, и при этом не происходит выделение газа, и перелива воды, скважина считается герметичной.

Техника безопасности

  • Все мероприятия по безопасному производству работ на период строительства скважины предусматриваются в «Проекте производства работ». В этом документе обозначены подготовительные мероприятия для производства работ по цементированию скважины.
  • В непосредственной зоне производства цементирования не допускается присутствие посторонних лиц.
  • Специалисты, работающие с насосным оборудованием, должны быть обучены безопасным методам выполнения работ.
  • Все вращающиеся части, ременные передачи, источники возможного поражения электрическим током должны быть экранированы или ограждены от возможности свободного доступа, а также окрашены в сигнальные цвета.
  • Категорически запрещается эксплуатировать неисправное технологическое оборудование.
  • При работах на нефтегазоносных скважинах категорически запрещается проведение газосварочных работ. Все соединения должны быть резьбовые.
  • Весь процесс цементирования скважины должен контролироваться с помощью станции контроля цементирования.
  • Руководство всеми видами работ по подготовке к цементированию скважины осуществляется ответственным лицом из числа ИТР или специально назначенным.

Для эффективной работы любой скважины важно проводить заполнение пространства между стенами скважин и обсадной трубой специальным раствором. Неукоснительное соблюдение технологии проведения работ обеспечивает высококачественную герметизацию скважины. Эти работы могут выполнить только профессионалы, имеющие соответствующую подготовку.


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий