Цементирование нефтяных скважин


Технология цементирование нефтяных и газовых скважин

На завершающем этапе подготовки углеводородной области используется технология цементирования нефтяных и газовых скважин. Прообраз методики возник более 110 лет назад на бакинских промыслах. Способ базируется на полном выдавливании жидкости из буровой путем использования цементной смеси. Данная технология относится к разряду тампонажных в силу того, что в результате проведения работ образуется так называемая «пробка».

Что представляет собой процесс цементирования буровой?

Цементирование нефтяных и газовых скважин – это финишный этап подготовки буровой к эксплуатации. Комплекс работ направлен на обеспечение максимального срока службы сооружения. Это продиктовано следующими причинами:

  1. Необходимость изолировать каждую нефтегазоносную область. Это делается для того, чтобы исключить возможность смешивания сырья и воды из разных пластов.
  2. Требования, которые регламентируют защиту металлической трубной поверхности. Эти работы следует выполнить, чтобы обеспечить высокую стойкость от коррозии, которая возникает в результате воздействия почвенной влаги на металл.
  3. Важность повышения прочности всего сооружения. Цементирование позволяет снизить влияние движения грунтов на скважину.

Для создания качественного цементного раствора используются различные добавки. Одной из наиболее популярных считается кварцевый песок. Материал позволяет снизить усадку до минимума и существенно увеличить прочность тампона. Волокнистая целлюлоза применяется для исключения возможных утечек жидкого раствора в пористый грунт.

В качестве одного из компонентов смеси могут использоваться пуццоланы. Они представляют собой своеобразную крошку из минералов, имеющую вулканическую природу. Отличаются водостойкостью и отсутствием реакции при воздействии агрессивных химических сред. Полимерные добавки используются для уплотнения прилегающих слоев грунта.

В конце проводится контроль выполненного тампонажа. Важную роль играет качество работ, проводимых на газовой и нефтяной скважине. Оно оценивается следующими способами:

  • термический – определяет высоту требуемого поднятия цемента;
  • акустический – позволяет обнаружить наличие внутренних пустот;
  • радиологический – применение специального рентгеновского излучения.

Каждая из приведенных технологий позволяет провести контроль качества полученной пробки. Процесс проводится многоступенчато, что гарантирует высокую точность проверок.

Технология цементирования скважины

Современные методики цементирования несколько отличаются от технологий, применяющихся в прошлом веке. Основные отличия заключаются в автоматизации процесса, использовании компьютерной техники при расчете требуемого количества раствора. При этом учитываются всевозможные геологические особенности нефтегазоносной области, климат, погодные условия в конкретный период, технические параметры и прочее.

Цементирование нефтяных и газовых скважин может проводиться одним из следующих способов:

  • одноступенчатая технология (сплошная заливка) – предусматривает подачу промывочного раствора под высоким давлением на пробку в обсадочной колонне;
  • двухступенчатая технология – то же, что и одноступенчатое цементирование, но с последовательным проведением процесса для нижней и верхней части (области разделены специальным кольцом);
  • методика манжета – предусматривает применение кольца-манжета для цементирования нефтяных и газовых скважин исключительно в верхней области;
  • обратная технология – единственная методика, во время которой цементная смесь заливается не в саму колонну, а в область за трубами.

Сам процесс проводится в несколько этапов. Изначально готовится смесь для тампонажа. Делается это согласно инструкции и расчетам. Смесь подается в скважину непосредственно после ее приготовления. После этого приводится в действие механизм, которые вытесняет раствор в межтрубное пространство нефтяной шахты.

Далее следует подождать, пока смесь полностью не застынет, образовав собой пробку. На конечном этапе проводится проверка качества выполненных работ по любой из технологии, описанной выше.

Для обеспечения высокой эффективности работы оснащение монтируется на шасси грузовой машины. Это позволяет сэкономить средства на транспортировку технологического оснащения и открывает возможность подключиться к питанию от двигателей используемых грузовиков.

Расчет цементирования скважин

После идентификации скважины необходимо провести соответствующие расчеты. Необходимо получить результаты следующих векторов:

  • количество необходимых расходников для раствора;
  • определение состава тампонажа;
  • проверочный расчет необходимого количества буферной жидкости.

Процесс вычисления проводится автоматизировано или вручную. Первый вариант предусматривает использование программного обеспечения. Чтобы расчет был успешен, необходимо иметь при себе входные данные – диаметр скважины, плотность цементного раствора, высота уплотнительного кольца, объем стакана и т.д. После подсчета программа выдаст на экран таблицы, которые будут включать все необходимые данные. Если же в этой таблице будут заменены некоторые значения, то автоматически произойдет повторный расчет.

Ручное вычисление проводится нечасто, но тоже имеет право на существование. Здесь используются те же данные, что и при автоматизированном расчете цементирования. Стоит рассмотреть вычисления на примере одноступенчатого цементирования нефтяных и газовых скважин. Поэтапно процесс вычисления выглядит следующим образом:

  • проведение вычислений высоты столбца буферной жидкости путем предварительного определения коэффициента аномальности;
  • расчет высоты столбца цементного раствора, который находится за эксплуатационной колонной;
  • определение необходимого объема раствора;
  • проведение вычислений веса сухой цементной части;
  • расчет необходимого количества жидкости (воды);
  • вычисление максимального давления, которое создается на упорное кольцо.

В конце делается расчет требуемой подачи цемента агрегатами и количество цементировочных приборов. Кроме того, следует определить количество необходимых цементосмесителей, которые обеспечат требуемый объем раствора.

Что следует понять про технологию цементирования?

Цементирование нефтяных и газовых скважин, независимо от методики, сводится к преследованию одной цели – вытеснение бурового раствора из скважины. Делается это путем заливки тампонажной смеси, которая поднимается на определенную высоту.

Стоит понимать, что качество данной инженерной задачи напрямую зависит от соблюдения технологических процессов, корректности расчета и ответственности персонала. Тампонажнники должны полностью соблюдать требования к цементированию нефтяных и газовых скважин. Необходимо уделить внимание и материалам, которые будут использованы в рабочем процессе. Это позволит заметно увеличить продолжительность службы глубинных конструкций в процессе эксплуатации.

snkoil.com

Цементирование нефтяных скважин: цели, цементировочный агрегат

Почему необходимо цементирование нефтяных скважин?

Завершающим этапом подготовки нефтяных и газовых скважин к полноценной работе является их цементирование.  Прототип такой технологии зародился больше  110-ти лет назад, и впервые был применен  на бакинских нефтепромыслах.

Суть всех методик цементирования скважин заключается в полном выдавливании из пробуренной скважины образующейся там жидкости с помощью цементной смеси. Такие технологии называют тампонажными, поскольку в результате их применения  образуются так называемые «пробки».

 Загрузка ...

Процесс цементирования скважины

Цементирование нефтяных скважин, как уже было сказано выше, является  заключительным этапом подготовки буровой к её дальнейшей эксплуатации. При бурении в скважину опускаются трубные колонны, а комплекс выполняемых  цементировочных  работ должен обеспечить максимальный  срок их службы.

Необходимость такого цементирования обусловлена несколькими причинами:

  1. необходимостью изоляции каждой нефте- и газопродуктивной области; такая необходимость обусловлена тем, что нужно исключить всякую возможность перемешивания добываемых из разных пластов  нефти и газа с находящейся в них водой;
  2. требованиями, регламентирующими защиту поверхностей применяемых металлических  труб; выполнения таких работ призвано обеспечить высокую коррозионную стойкость трубных колонн, поскольку взаимодействие их металлической поверхности и почвенной влаги приводит к снижению срока службы труб;
  3. необходимостью усиления прочности всего бурового сооружения; применение технологий цементирования дает возможность  значительно уменьшить влияние на скважину возможных движений грунтов.

В цементировочный раствор высокого качества, как правило, подмешивают   разного рода  добавки.

Одной из самых популярных и широко распространенных добавок является кварцевый песок. Работа с таким  «кварцевым» цементом  дает возможность до минимума снизить усадку  и значительно повысить  прочностные характеристики тампона.

Для исключения возможности утечки жидкого раствора в грунт с высокой пористостью применяется волокнистая целлюлоза.

Добавляют в цементную смесь и так называемые пуццоланы.

Пуццоланы являются  своеобразной минеральной крошкой, составленной из материалов вулканического происхождения.

Эта крошка отличается хорошей водостойкостью и абсолютно инертна к воздействию химических сред повышенной агрессивности.

Полимерные добавки применяются, как правило, с целью уплотнения прилегающих грунтовых слоёв. По окончанию комплекса цементно-тампонажных работ проводят контроль качества тампонажа.

Качество тампонажа является очень важным для  газовых и нефтяных скважин, и оценивается оно с помощью следующих методик:

  • термическая, которая позволяет определить требуемую  высоту поднятия цемента;
  • акустическая, которая дает возможность обнаружить внутренние пустоты;
  • радиологическая, которая позволяет оценить качество с помощью специальной рентгеновской аппаратуры.

Процесс оценки качества тампонажа проходит в несколько этапов, с применением или выборочных, или всех перечисленных выше методов контроля. Это дает гарантию  высокой точности проводимой проверки.

Технологические принципы цементирования нефтяных скважин

Современные цементирующие технологии, разумеется,  отличаются от способов, которые применялись в прошлом столетии. Главными такими отличиями являются автоматизация проводимого процесса и применение   компьютерной техники в процессе расчетов требуемых  количеств цементного раствора. При проведении таких расчетов обязательно учитывают все возможные особенности конкретного нефтеносного промысла (с геологической точки зрения), а также климатические и  погодные условия конкретного периода цементирования, массу  технических параметров и так далее.

Цементирование  скважин в настоящее время проводится разными способами, к самым распространенным из которых относятся следующие:

  • технология сплошной заливки (одноступенчатое цементирование), которое заключается в подаче под высоким давлением  на пробку в обсадочной колонне промывочного раствора;
  • двухступенчатое цементирование, которое ничем не отличается от сплошной заливки, кроме того, что в этом случае весь процесс разбит на два этапа – последовательное цементирование сначала  нижней, а затем верхней части, разделенных специальным кольцом;
  • способ манжета, который заключается в использовании специального  кольца (манжета) при цементирования скважин нефте- и газодобычи (применяется только при тампонаже верхней области скважины);
  • обратная заливка, которая является единственной методикой, предусматривающей заливку  цементной смеси не в саму колонну, а в затрубную область.

Сам технологический процесс проводят в несколько стадий. Сначала готовят смесь для будущего тампонажа, в строгом соответствии  с инструкциями и проведенными расчетами. Сразу после своего приготовления цементирующая смесь подается в скважину. После подачи тампонажной смеси задействуют специальные механизмы, которые вытесняют цементный раствор в межтрубное пространство пробуренной скважины.

После этого необходимо выждать некоторое время, поскольку смесь должна полностью застыть и образовать так называемую «пробку». Последним этапом является проведение контроля качества выполненных работ с помощью любой из описанных нами выше методик.

Для максимального повышения  эффективности проводимых  работ нужное оборудование монтируют на шасси грузовых автомобилей. Это дает существенную экономию на  транспортировке технологического оборудования, а также позволяет запитывать используемые механизмы и аппаратуру от двигателей грузовиков, на которых они смонтированы.

Расчеты, необходимые при  цементировании скважин

После того, как проведена полная идентификация пробуренной скважины, приступают к  соответствующим расчетам, в ходе которых получают следующие необходимые для цементирования данные:

№Полезная информация
1определяется оптимальный состав тампонажной смеси
2вычисляется необходимое количество расходных материалов для приготовления раствора
3проводится проверочный расчет, дающий необходимое количество буферной жидкости

Вычисления можно проводить как в ручном режиме, так и с помощью автоматических средств, с применением необходимого программного обеспечения.

Для успешного расчета нужны перечисленные ниже входящие данные:

  • диаметр цементируемой скважины;
  • необходимое значение  плотности  цементного раствора;
  • высоту кольца уплотнения;
  • объем стакана и так далее.

После проведения автоматизированного расчета программа выдает результат в виде  таблицы, в которую включены все необходимые данные. Если в такой таблице заменить некоторые исходные  значения, то перерасчет проводится автоматически и результат будет иным.

В настоящее время расчет ручным способом применяется редко, однако эта методика до сих пор имеет право на свое существование. Входящие данные при ручном расчете ничем не отличаются от автоматизированного.

На примере одноступенчатой тампонажной технологии рассмотрим последовательность вычислений. Она выглядит таким образом:

  • начинают расчет с вычисления высоты столба буферной жидкости с учетом предварительно определенного коэффициента аномальности;
  • затем проводят расчет высоты столба цементирующего раствора, находящегося за пределами  эксплуатационной колонны;
  • определяется необходимый объема такого раствора;
  • рассчитывается вес сухой цементной части;
  • вычисляется необходимое количества воды или иной разбавляющей жидкости;
  • вычисляется максимальное значение давления, которое будет на упорном  кольце.

На заключительном этапе  расчета определяется требуемая подача цемента соответствующими агрегатами, а также количество цементирующих приборов. Также в процессе расчета определяется количество цементосмесителей,  необходимых для обеспечения  требуемого объема цементирующего раствора.

В заключении подведем итоги.

Итак, цементирование  скважин, вне зависимости от используемой технологии, преследует одну цель – полностью вытеснить  из скважины буровой раствор. Это обеспечивается заливкой  тампонажной смеси, которая затем  поднимается на требуемую высоту.

Разумеется, качество решения это непростой инженерной задачи находится в прямой зависимости  от соблюдения правильной последовательности и всех правил проведения необходимых технологических операций, а также от  корректности проведенных  расчетов и квалификации персонала. Рабочие и инженеры, непосредственно проводящие цементирование, должны целиком и полностью соблюсти все требования, предъявляемые к проведению этих работ.

Кроме того, важную роль в этом процессе играет качество применяемых для приготовления цементной смеси  материалов, а также исправность и эффективность применяемого оборудования. Соблюдение всех перечисленных требований позволяет провести эти работы качественно, что дает возможность существенно продлить срок эксплуатации  глубинных конструкций скважины.

Крепление скважин, цементирование скважин

neftok.ru

Как производят цементирование скважин?

Надежность закрепления металлических труб, смонтированных для укрепления стенок в любой буровой скважине, достигается цементированием скважинного ствола специальным раствором. Приготовленный раствор затвердевает, образуя монолитную оболочку, которая позволяет надежно эксплуатировать скважину долгий период. Это и есть цементирование скважины.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.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.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.При таком способе промывочная жидкость опускается под тяжестью раствора вниз и поднимается обратно в обсадной трубе. Поднимающаяся промывочная жидкость сливается через устье, устанавливаемое наверху обсадной трубы, в очистную систему. При достижении тампонажного раствора низа обсадной трубы (башмака), процесс закачки прекращается и делается временная выдержка на период твердения раствора.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.В любом строительном производстве до начала строительства скважины составляется проект организации строительства (ПОС). Как правило, в этом документе учитывается:
  • сложность и последовательность выполняемых работ с учетом геологии и конструктивных особенностей скважины;
  • рекомендуемый способ выполнения тампонажных работ;
  • марка раствора;
  • сведения об обеспечении строительной площадки необходимыми энергоустановками и их материально-техническое обеспечение;
  • схема отвода промывочных вод;
  • методы проверки качества выполненных тампонажных работ;
  • мероприятия по охране труда и сохранению окружающей среды.
Все параметры, входящие в ПОС, подтверждаются математическими расчетами.Нарушения этих правил сводятся к неправильному тампонированию и, как следствие, – скважина стает непригодная к эксплуатации, так как не обеспечивается герметичность скважины, происходит ее загрязнение поверхностными водами или из промежуточных геологических пластов.

Строгое соблюдение последовательности технологических процессов, определенных ПОС обеспечивает высококачественную герметизацию скважины, долговечность ее эксплуатации.

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.Залегание нефтеносных и водоносных слоев резко отличается по глубине заложения. Как правило, скважины для воды менее глубокие.

Цель, преследуемая при цементации водоносной скважины, заключается в необходимости изоляции обсадных труб от коррозии, предохранении затрубного пространства от обвала стенок скважины в слабых геологических породах, изоляции эксплуатационного водоносного и неиспользуемых пластов.

Цементирование нефтеносных скважин призвано значительно повысить конструктивную прочность скважины для нивелирования влияния воздействия сил, возникающих на больших глубинах, при подвижке грунтов. Немаловажную роль выполняет цементирование при разделении и изоляции различных нефтеносных горизонтов, не допуская их смешивание.Исходя из основных требований, при цементировании нефтеносных скважин используются специализированные добавки в тампонажном растворе:
  • различные полимерные материалы, которые при застывании расширяются и уплотняют прилегающий к стенкам скважины грунт;
  • для увеличения прочности цементного камня, повышения пластичности приготовленного раствора используют чистый кварцевый песок;
  • для предотвращения утечки жидкого цементного раствора в пористых грунтах применяют крошку волокнистой целлюлозы;
  • для снижения действия агрессивных химикатов на цементный камень применяют крошку сверхлегких минералов вулканического происхождения.
При проведении тампонажных работ на нефтескважинах устанавливается строгий, многоступенчатый контроль качества получаемого цементного камня в затрубном пространстве.
  • 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.

ksportal.ru

Цементирование скважин: способы и технологии тампонажа

После бурения скважины в рыхлых песчаных грунтах наступает этап, направленный на укрепление труб обсадной колонны. Заодно следует защитить ствол от повреждения, агрессивного воздействия грунтовых вод, коррозии и прочих негативных явлений. Речь идёт о таком процессе, как цементирование скважин.

Выполнить работу по цементированию самостоятельно достаточно сложно, но возможно, при наличии знаний о технологиях проведения мероприятия. Мы расскажем вам о том, зачем нужно проводить цементирование и на что нужно обратить внимание при выполнении работ. Для наглядности, материал содержит тематические фото и видеоролики.

Зачем цементировать скважину?

Цементирование скважины – процесс, который следует сразу после окончания буровых работ. Процедура цементирования заключается в том, что в затрубное или межтрубное (в случае если обсадная труба помещена в свою очередь в полиэтиленовую более широкую трубу) вводится цементный раствор, который со временем затвердевает, образуя монолитный ствол скважины.

Цементный раствор в этом случае называется “тампонажный”, а сам процесс “тампонированием”. Сложный инженерный процесс, именуемый технологией цементирования скважин, требует определённых знаний и специального оборудования.

В большинстве случаев источники воды можно тампонировать своими руками, что обходится гораздо дешевле, чем привлечение специалистов.

Цементирование скважин – комплекс мероприятий, направленный на укрепление затрубного пространства и обсадной колонны от разрушающего бокового давления горных пород и воздействия грунтовых вод

Правильно произведённое тампонирование скважин на воду способствует:

  • обеспечению прочности конструкции скважины;
  • защите скважины от грунтовых и верховых вод;
  • укреплению обсадной трубы и защите её от коррозии;
  • повышению срока эксплуатации водоисточника;
  • устранению крупных пор, пустот, зазоров, через которые в водоносный горизонт могут попасть нежелательные частицы;
  • вытеснению бурового раствора цементным, если первый использовался при бурении.

От того, насколько грамотно осуществлено цементирование, будет зависеть качество добываемой воды и эксплуатационные характеристики скважины. Также цементирование производится для ликвидируемых скважин, которые больше не будут больше эксплуатироваться.

Этапы цементирования источника воды

Весь процесс цементирования складывается из нескольких этапов, каждый из которых имеет свои нюансы:

  1. Приготовление тампонажного раствора для заполнения затрубного пространства.
  2. Подача приготовленного цемента к скважине.
  3. Закачка тампонажного раствора в затрубное пространство.
  4. Период затвердевания цементного раствора.
  5. Проверка качества цементирования.

Каждый этап требует использования определённых инструментов и спецоборудования. Расчёты необходимых материалов лучше произвести до начала тампонажных работ, т.к. процесс тампонирования должен длиться непрерывно и если вам, например, не хватает цементного раствора, то это самым негативным образом скажется на качестве цементирования. Важнейшие этапы рассмотрим более подробно.

В редких случаях водоносные скважины не нуждаются в цементировании, речь идёт о скважинах, вся глубина которых проходит в плотных глинистых грунтах

Этап №1 – подготовка оборудования

Все работы по цементированию водоносных скважин должны выполняться строго в соответствии с техническими требованиями, нарушение которых приведёт к некачественному цементированию.

Приступая к тампонированию скважины, вам стоит знать, что это необратимый процесс, исправить что-либо после начала подачи раствора в затрубное пространство скважины невозможно, поэтому подготовительным работам, а именно к приготовлению раствора для цементирования и выбору оборудования, нужно подойти максимально ответственно!

Самый простой и эффективный способ – аренда оборудования на платформе автотехники. Такой комплекс сможет приготовить цементный раствор и под давлением перекачать его в скважину, при этом источником энергии для работы оборудования служит мощный автомобильный двигатель.

Если использование агрегатов на базе спецавтомобиля невозможно, то вам потребуется:

  • миксер для приготовления цементного раствора;
  • насос высокого давления, осуществляющий подкачку раствора к скважине;
  • цементировочная головка для закачки раствора внутрь скважины;
  • заливочные пробки (количество зависит от способа цементирования);
  • различный мелкий инвентарь (шланги, мерные ёмкости).

В качестве шланга многие специалисты рекомендуют вместо традиционных ПНД труб диаметром 32 см использовать гибкий пожарный шланг. Он плоский и отлично проходит в межтрубное пространство, обеспечивая эффективную подачу раствора.

Оборудование для цементирования скважин имеет большие габариты и требует и мощного источника энергии, например компрессора, генератора, бесперебойного доступа к электросети

Этап №2 – приготовление раствора

Тампонажный раствор для цементирования скважины должен отвечать целому ряду требований и обладать:

  • высокими адгезивными свойствами с поверхностями любого типа;
  • высокой прочностью после застывания, устойчивостью к механическим воздействиям;
  • пластичностью и хорошей текучестью, чтобы заполнить все трещины и пустоты;
  • химической нейтральностью в отношении тампонируемых слоёв грунта;
  • устойчивостью к размыванию грунтовыми водами;
  • отсутствием усадки при затвердевании.

Также раствор должен обладать такой консистенцией, чтобы его можно было без проблем доставлять к скважине и производить закачку. Раствор должен хорошо смываться с оборудования, не быть в отношении него химически агрессивным и иметь минимальный коэффициент потери при транспортировке к скважине.

Используемый тампонажный раствор должен обладать достаточно жидкой структурой для осуществления перекачивания нагнетательным оборудованием и при этом иметь высокие прочностные характеристики

Процесс приготовления цементного раствора для тампонирования заключается в равномерном перемешивании компонентов, входящих в его состав с последующей заливкой в него воды, с предварительно растворёнными в ней специальными добавками.

Самыми простыми растворами, которые можно приготовить самостоятельно, являются:

  1. Портландцемент + кварцевый песок (1:1) + специальные добавки и вода до получения требуемой консистенции. Такой раствор имеет невысокую плотность, а его приготовление является сложным, т.к. песок, входящий в состав часто выпадает в осадок и применение раствора становится невозможным.
  2. Портландцемент + барит (1,1:1) + специальные добавки и вода. Недостаток такого раствора – невысокая прочность.
  3. Портландцемент + наполнитель. В качестве наполнителя применяется асбест (на песчаных грунтах), волокнистые материалы.

Для приготовления цементирующей смеси лучше всего использовать тампонажный портландцемент, представляющий собой разновидность цемента на основе силикатов.

Такой цемент, конечно, стоит дороже, чем обычный портландцемент, однако его прочностные характеристики намного выше, чем у обычного. Барит – тяжёлый минерал, повышающий плотность раствора. Приобрести барит можно в строительном магазине, торгующем сыпучими строительными материалами.

Под специальными добавками, входящими в состав цементирующих растворов, понимают различные вещества, придающие раствору особые свойства.

К ним относят:

  • ускорители схватывания цемента (хлористый кальций, кальцинированная сода, поташ), применяемые, если цементирование происходит при температуре ниже +5 градусов;
  • замедлители схватывания, используемые для предотвращения быстрого затвердения (это хлориды кальция или натрия, нитрит натрия и др.);
  • пластификаторы для получения оптимальной вязкости (полимерные модификаторы);
  • морозостойкие добавки (кремнийорганические соединения вкупе с пластификаторами);
  • влагопоглощающие добавки (вещества, полученные из соединений, относящихся к группам сахарной, лимонной, винной и тетраоксиадипиновой кислот) и др.

Специальные добавки размешиваются в воде, которую в дальнейшем применяют для приготовления тампонажного раствора. Перемешивают раствор при помощи специальных машин – миксеров. Иногда допускается ручное замешивание, но оно требует определённой сноровки и больших трудозатрат.

Цементный камень, образующийся при затвердевании портландцемента, обладает высокими прочностные свойствами, выдерживает нагрузки, механическое и физическое воздействие

Этап №3 – заливка раствора в скважину

Основными способами цементирования скважин являются:

  • сплошное или одноступенчатое;
  • двухступенчатое;
  • манжетное;
  • обратное.

Все способы цементирования водозаборных скважин основаны на одном принципе – закачке в затрубное пространство тампонажного раствора. При этом выбор технологии цементирования зависит от конкретных условий: типа грунта, глубины скважины, материала обсадных труб, климатических и гидрогеологических условий местности.

Выбранная технология тампонирования скважины на воду должна обеспечить:

  • заполнение раствором всего створа скважины на всю глубину;
  • полностью вытеснить промывочную жидкость (при её наличии);
  • создание высокопрочного цементного камня, устойчивого к физическим, механическим и химическим воздействиям;
  • высокий показатель адгезии с грунтовыми стенками скважины, обсадными трубами.

Для глубоких скважин применяют сегментарное цементирование, т.е. цементируется не весь створ скважины сразу, а только его отдельные сегменты.

Этот процесс очень сложный и практика показывает, что выполнить его самостоятельно практически невозможно. Поэтому подробнее рассмотрим технологию одно- и двухступенчатого и манжетного цементирования.

Одноступенчатое или сплошное цементирование

Этот способ наиболее часто применяют для цементирования бытовых водоносных скважин. При его реализации цементирующий раствор закачивается в затрубное пространство.

Раствор закачивается под давлением при помощи оборудования, которое установлено на платформу спецавтомобиля или стационарно недалеко от скважины. Цементирующий раствор под своей тяжестью движется к основанию-“башмаку” обсадной колонны, заполняя все затрубные полости.

Работы по одноступенчатому цементированию проводятся за один цикл без перерывов, поэтому необходимо позаботиться о достаточном количестве тампонажного раствора

Перед началом работ по цементированию проводится промывка скважины, а затем вводится нижняя пробка, которая будет выполнять роль ограничителя. Включается бетононасос и начинается закачка тампонирующего раствора, под воздействием которого пробка опускается, пока не достигнет “башмака” обсадной колонны.

После закачки раствора устанавливается верхняя пробка и начинается уплотнение цементной смеси, до тех пор, пока верхняя пробка не упрётся в нижнюю. Это будет означать, что раствор заполнил всё затрубное пространство. Уплотнение осуществляется вибропрессом при помощи подкачки раствора бетононасосом.

Зацементированная скважина оставляется в покое на 36-48 часов для полного затвердевания раствора. Данный способ подходит только для неглубоких ровных по конфигурации скважин. Недостатком этого метода является невозможность отследить момент, когда цементный раствор достиг нижней точки створа скважины.

Двухступенчатая система заливки

Этот метод цементирования был разработан для скважин нефтяной промышленности. По причине того, что он требует использования серьёзного промышленного оборудования (мощного бетононасоса), в обустройстве скважин он применяется не часто. Двухступенчатое цементирование используют в следующих случаях:

  • цементный раствор схватывается настолько быстро, что нельзя закончить цементирование в один цикл;
  • когда требуется выделить два участка в затрубном пространстве, которые разделены значительным расстоянием;
  • при большой глубине скважины, когда провести работы в один цикл невозможно.

В остальных случаях применение двухступенчатого способа нецелесообразно по причине длительности процесса и экономическим показателям.

Двухступенчатое цементирование более продолжительное по времени, так как второй этап начинают после полного затвердевания тампонажного раствора первой ступени

Принцип двухступенчатого цементирования основан на том, что закачка цемента в затрубное пространство осуществляется в два приёма.

Первая порция тампонажного раствора загружается и продавливается. Опускается нижняя пробка, которая род действием раствора пробка опускается на дно. Вторая порция раствора закачивается через 12-36 часов, после окончательного затвердевания первой порции.

В практике глубокого бурения артезианских скважин при наличии в верхней части геологического разреза поглощающих пластов и в других случаях применяют двухступенчатое цементирование
Применение манжетного способа

Этот метод цементирования используется, если необходимо укрепить только верхнюю часть скважины. При этом первоначальной задачей будет определение уровня, до которого будет производиться цементирование.

Уровень отмечается по обсадной трубе установкой специального манжета. Нижняя часть створа при этом надёжно защищена манжетой от проникновения тампонирующего раствора.

Раствор закачивается точно так же, как и при одноступенчатом цементировании. Применяется манжетный способ в том случае, если верхняя часть скважины расположена на песчаных грунтах, а нижняя – на глинистых. Это встречается достаточно редко, поэтому данный способ не нашёл широкого применения.

Процесс образования цементного камня

Процесс образования цементного камня начинается сразу после закачки тампонирующего раствора и длится от 12 до 36 часов. Основными факторами, влияющими на длительность затвердевания раствора до состояния цементного камня:

  • свойства компонентов, входящих в состав раствора;
  • грунты, материал обсадных колонн;
  • гидрогеологические и климатические условия на участке;
  • плотность закачки, правильность осуществления процесса тампонирования.

В период затвердевания необходимо оставить скважину в состоянии покоя. Запрещается использовать тросы, ломы, проволоку для оценки качества цементирования, т.к. это может нарушить целостность образующегося цементного камня.

Если вы не знайте, сколько времени необходимо для полного схватывания цементирующего раствора, подождите трое суток и приступайте к контрольным замерам

Оценка качества цементирования

Стоит отметить: несмотря на то, что оценка качества цементирования водоносных скважин является очень важным этапом, провести её самостоятельно невозможно.

Для её осуществления требуется специальное лабораторное оборудование, которое очень редко встречается даже у организаций, которые занимаются бурением.

Если вы всё-таки намерены произвести оценку проведённого тампонирования, то можете заказать услугу контроля качества одним из трёх способов:

  • акустический, основанной на простукивании стенок обсадной колонны, с последующей обработкой полученных данных компьютерными программами;
  • радиологический, когда измерение при помощи радиоприборов;
  • термальный, основанный на принципе измерения выделяемого тепла при застывании цементного раствора.

В “домашних” условиях вы можете использовать упрощённый термальный метод, измерив температуру у стенок скважины. Когда она сравняется с окружающей температурой воздуха и станет ниже на 0,5-1,5 градусов, тогда можно говорить о полном затвердевании. Однако даже после этого рекомендуется выждать 2-3 дня и только тогда осуществлять ввод скважины в эксплуатацию.

После завершения проверки устье скважины прочищается от остатков цементного раствора при помощи желонки. Затем производится проверка герметичности, для чего в трубу скважины закачивается вода под высоким давлением в течение 30 минут. Критерием герметичности будет снижение давления примерно на 0,3-0,5 МПа. Теперь скважина полностью готова к использованию.

Герметичность тампонирования повышает дебет скважины, увеличивает срок службы обсадных колонн, защищая их от коррозии, а также самого водоисточника

Выводы и полезное видео по теме

В ниже представленных видеороликах речь идёт о скважинах в нефтегазовой отрасли, но принцип технологии производства работ такой же, как для водоносных скважин.

Процедура одноступенчатого цементирования скважины:

Специфика производства манжетного цементирования:

Технологические особенности двухступенчатого цементирования:

Цементирование – сложный процесс, требующий применения специализированной техники. Однако это не говорит о том, что провести его самостоятельно невозможно. Выбрав и правильно приготовив тампонажный раствор, используя минимальный набор агрегатов, с работой вполне можно справиться самостоятельно.

В любом случае эксплуатация скважины без укрепления ствола цементом не будет долгой, а затраты на бурение нового водоисточника будут ничуть не меньше.

Если после изучения материала у вас остались вопросы о том, как правильно зацементировать скважину после бурения, или вы обладаете ценными знаниями по данному вопросу, пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

sovet-ingenera.com


Смотрите также