особенности осуществления подачи тампонажного раствора

Заключительный этап проведения буровых работ сопровождается процессом, который предполагает цементирование скважин. От того, насколько качественно будут проведены эти работы, зависит жизнеспособность всей конструкции. Основная цель, преследуемая в процессе проведения данной процедуры, заключается в замещении бурового раствора цементным, который имеет еще одно название — тампонажный раствор. Цементирование скважин предполагает введение состава, который должен затвердеть, превратившись в камень. На сегодняшний день существует несколько способов осуществления процесса цементирования скважин, наиболее часто используемому из них более 100 лет. Это одноступенчатое цементирование обсадной колонны, явленное миру в 1905 году и используемое сегодня лишь с некоторыми доработками.

Схема цементирования с одной пробкой.

Процесс цементирования

Технология осуществления цементирования скважин предполагает проведение 5 главных видов работ: первый — замешивание тампонажного раствора, второй — закачивание состава в скважину, третий — подача смеси выбранным методом в затрубное пространство, четвертый — затвердевание тампонажной смеси, пятый — проверка качества осуществленных работ.

Перед стартом работ должна быть составлена схема цементирования, которая имеет в основе технические расчеты процесса. Важно будет при этом взять во внимание горно-геологические условия; протяженность интервала, которому необходимо укрепление; характеристики конструкции скважинного ствола, а также его состояние. Следует использовать в процессе проведения расчетов и опыт осуществления таких работ в определенном районе.

Вернуться к оглавлению

Особенности нагнетания

Рисунок 1. Схема процесса одноступенчатого цементирования.

Цементирование допустимо производить разными методами подачи смеси в затрубное пространство, более того, могут быть применены в процессе проведения работ и различные приспособления. Цементирование скважин может предполагать прямую подачу смеси, такая схема предполагает поступление цемента во внутреннее пространство обсадной колонны с последующим его прохождением непосредственно до башмака и дальнейшим поступлением в затрубное пространство, при этом поступление раствора производится снизу вверх. При обратной схеме закачка производится в обратном порядке, сверху вниз.

Если упоминать промышленные масштабы, то процесс цементирования, как правило, осуществляется с использованием прямой схемы.

Осуществление цементирования скважин при этом может производиться в один подход, в ходе которого требуемый объем для тампонирования смеси продавливается за один раз.

На рис. 1 можно увидеть изображение схем процесса одноступенчатого цементирования. «I» — старт подачи смеси в ствол. «II» — это подача смеси, нагнетаемой в скважину, когда раствор перемещается вниз по обсадной колонне, «III» — это старт продавливания тампонажного состава в затрубное пространство, «IV» — это заключительный этап продавливания смеси. На схеме 1 — манометр, который отвечает за контроль уровня давления; 2 — цементировочная головка; 3 — пробка, расположенная сверху; 4 — нижняя пробка; 5 — обсадная колонна; 6 — стены скважины; 7 — стоп-кольцо; 8 — жидкость, предназначенная для продавливания тампонажной смеси; 9 — буровой раствор; 10 — цементная смесь.

Схема цементирования с двумя пробками.

Двухступенчатое цементирование применяется, когда скважина имеет значительную глубину. Технологический процесс делится на поочередное заполнение отдельных интервалов посредством применения оборудования. Манжетное цементирование, в отличие от вышеперечисленных способов, предполагает защиту части ствола от прохождения тампонажной смеси. Манжета позволяет изолировать участок, располагающийся на протяженности продуктивного пласта. Скважина может иметь скрытые колонны и секции, их цементирование можно выделить в отдельную группу.

Осуществление цементирования скважин, независимо от выбранного метода проведения работ, преследует цель изгнания из затрубного пространства раствора, образованного бурением, что возможно путем помещения туда тампонажного раствора. Цементирование обеспечивает полное заполнение тампонажной смесью интервала ствола; устранение промывочной жидкости посредством проникновения цементной смеси в рамках интервала, предназначенного для цементирования; защиту тампонажной смеси от проникновения промывочной жидкости; образование цементного камня, который характеризуется значительной устойчивостью к разного рода воздействиям в виде глубинных нагрузок; отличное сцепление цементного камня со стенами скважины и с поверхностью обсадной колонны.

Если скважину качественно зацементировать, то это позволит во много раз увеличить долговечность глубинных сооружений и срок их эксплуатации. Цементирование можно произвести только при наличии специального оборудования.

Вернуться к оглавлению

Инструменты и материалы

Схема цементировочной головки.

• цементировочные агрегаты, предназначенные для проведения затворения смеси и ее последующего продавливания под значительным давлением;
• цементно-смесительное оборудование;
• цементировочная головка для осуществления промывки ствола и дальнейшего цементирования его стен;
• заливочные пробки для двухступенчатого цементирования;
• краны высокого давления;
• стальные гибкие шланги;
• устройства, предназначенные для проведения распределения раствора.

Вернуться к оглавлению

Рекомендации специалистов

Цементируется скважина только раствором с тщательно подобранным составом, который будет зависеть от структуры грунтовых слоев. Для того чтобы более плотно была произведена цементация затрубного пространства, необходимо применять увеличивающийся в объеме раствор. Если скважина обустроена в толще пористой горной структуры, то при ее цементировании нельзя использовать обычный цементный раствор, так как он станет поступать в толщу геологической структуры, и это станет причиной большого перерасхода материала. По этой причине, если при предварительном геологическом обследовании были обнаружены пористые слои грунта, следует использовать смесь, которая имеет в составе волокнистый наполнитель на базе тростника, асбеста, бумаги и иных материалов волокнистого типа.

Схема заканчивания скважины открытым забоем.

Обычную цементно-песчаную смесь необходимо применять в случае обнаружения глинистой почвы, которая способна гарантировать надежное сцепление. Кроме того, жидкая смесь позволяет выполнить разобщение слоев грунта, то есть организуется хорошая межпочвенная герметизация.

Подготовительный этап цементирования должен предполагать не только выбор метода заполнения затрубного пространства и состава смеси, но и подготовку оборудования, что предусматривает проверку наибольшего рабочего давления и производительности подачи смеси.

Необходимо произвести качественную промывку скважины и самого затрубного пространства обычной водой, что позволит очистить пространство от буровых остатков почвы. Если пренебречь этим этапом, то это может стать причиной недостаточного заполнения смесью нужного пространства. В дальнейшем это приведет к перемещению почвы и повреждению обсадной трубы.

При подготовке тампонажной смеси следует обязательно добавить в нее коррекционные составляющие, которые станут регулировать пластичные характеристики смеси и сроки ее схватывания, так как процесс заполнения затрубного пространства предполагает трату значительного времени.

Для того чтобы гарантировать качественное заполнение пространства, при котором не будет повреждена сама скважина, период жизни тампонажной смеси минимум должен быть равен 3 часам, тогда как достижение им полной твердости должно осуществиться не позднее 72 часов.

Для того чтобы цементировать скважину, оборудование можно установить на грузовых автомобилях. Стоит помнить, что цементирование будет проведено качественно, если в процессе осуществления работ будет использован квалифицированный труд, а также материалы, оборудование и инструменты, которые предназначены для выполнения поставленной задачи.

Цементирование скважин — способы + технология проведения работ

На завершающем этапе буровых работ проводится цементирование скважин. От качества проведения данной операции зависит жизнеспособность всего сооружения. Главная цель, которая преследуется во время этого процесса, заключается в полном замещении бурового раствора цементным, который называют иначе тампонажным. Введенный раствор должен затвердеть в течение определенного временного интервала и превратиться в цементный камень. Разработано несколько методов осуществления цементирования скважин, при этом самому распространенному из них уже более ста лет. Способ прямого одноциклового цементирования обсадной колонны был разработан в 1905 году инженером А.А. Богушевским, проживающим в г. Баку. До сих пор данная технология с небольшими усовершенствованиями используется буровиками.

В данном видеоролике наглядно представлена схема сплошного цементирования затрубного пространства через башмак:

Составляющие технологического процесса

Процесс цементирования скважин состоит из пяти основных видов работ:

• подготовка тампонажного раствора;
• закачка подготовленного раствора в скважину;

• подача цементного раствора выбранным способом в затрубное пространство;
• период затвердения закачанного тампонажного раствора;
• проверка качества проведения цементировочных работ доступными методами.

Важно! Перед началом работ  составляется программа их проведения, которая опирается на технический расчет цементирования скважины. При этом учитываются горно-геологические условия, величина протяженности интервала, нуждающегося в укреплении, особенности конструкции ствола скважины и его состояния. При расчете опираются на опыт проведения подобных работ в данном районе, если таковой имеется.

Схемы подачи тампонажного раствора в затрубное пространство

Существующие способы цементирования скважин отличаются друг от друга методом подачи цементного (тампонажного) раствора в затрубное пространство, а также особенностями используемых для этого приспособлений. Существует два варианта организации  подачи подготовленного раствора:

• прямая схема, которая подразумевает закачку раствора внутрь обсадной колонны с дальнейшим его прохождением до башмака и последующим поступлением в затрубное пространство, заполняющимся снизу вверх;
• обратная схема характеризуется подачей тампонажного раствора с поверхности в  затрубное пространство, при этом закачиваемая смесь перемещается сверху вниз.

При бурении скважин в промышленных масштабах чаще всего применяется способ цементирования, осуществляемый по прямой схеме. При этом процесс цементирования может проводиться в один цикл, во время которого весь объем необходимого для тампонирования раствора продавливается сразу.

Схематичное изображение процесса одноступенчатого цементирования скважины:

I.  Начало процесса подачи цементного раствора в ствол скважины.

II. Подача порции раствора, закачанного в скважину, вниз по обсадной колонне.

III. Начало процесса продавливания тампонажного материала в затрубное пространство.

IV. Завершение процесса продавливания тампонажного материала.

Схема одноступенчатого (одноциклового) цементирования скважин: 1 — Манометр для контроля давления; 2 — Головка цементировочная; 3 — Пробка верхняя; 4 -Пробка нижняя; 5 — Цементируемая обсадная колонна; 6 — Стены скважины; 7 — Стоп-кольцо; 8 — Жидкость для продавливания тампонажного материала; 9 — Раствор буровой; 10 — Цементный раствор

В очень глубоких скважинах прибегают к двухступенчатому цементированию. Весь фронт работ делится на интервалы, которые заполняются с помощью специального оборудования поочередно.

Наряду с перечисленными вариантами цементирования обсадных колонн существует также манжетный способ, при использовании которого часть ствола защищается от проникновения тампонажного раствора. С помощью манжеты происходит изоляция участка, расположенного в интервале продуктивного пласта.

В отдельную группу принято выделять способы цементирования потайных секций и колонн.

Важно! Все способы цементирования преследуют одну цель, заключающуюся в вытеснении из затрубного пространства скважины бурового раствора с помощью тампонажного раствора, который необходимо поднять на заданную высоту, согласно проведенным расчетам.

 Выбранная технология цементирования должна обеспечить:

• заполнение тампонажным раствором всего интервала ствола по всей длине его протяженности;
• полное вытеснение промывочной жидкости цементным раствором в рамках цементируемого интервала;
• защиту тампонажного раствора от попадания промывочной жидкости;
• получение прочного цементного камня, обладающего высокой стойкостью к механическим и химическим воздействиям, способного к выдерживанию высоких нагрузок, которые испытывают стенки ствола на глубине;
• хорошее сцепление затвердевшего цементного камня со стенками скважины и с поверхностью обсадной колонны.

Важно! Обеспечение качественного проведения процесса цементирования обсадных колонн позволяет заметно увеличить долговечность данных глубинных сооружений и срок добычи  посредством их эксплуатации нужной продукции.

Виды оборудования которое может понадобиться

В перечень технического обеспечения проведения работ включают следующее оборудование для цементирования скважин:

• цементировочные агрегаты, необходимые для затворения цемента и его продавливания в скважину под давлением;
• цементно-смесительные машины используют в тех же целях, что и цементировочные агрегаты;
• цементировочная головка необходима для проведения промывки скважинного ствола и последующего цементирования его стенок;
• заливочные пробки применяются в том случае, если выбирается двухступенчатое цементирование скважин;

• другие виды мелкого оборудования, включая краны высокого давления, гибкие металлические шланги, устройства для распределения раствора и др.

Оборудование, необходимое для цементирования скважин, может быть установлено на грузовых автомобилях

Важно! Чтобы обеспечить качество выполнения сложной инженерной задачи, необходимо неукоснительно следовать требованиям технологического регламента, разработанного специалистами для крепления скважинных стволов. Также тампонажная бригада, в состав которой входят лишь квалифицированные рабочие, должна соблюдать технологическую дисциплину. Большое внимание уделяют и качеству используемых тампонажных материалов.

Как видите, процесс цементирования скважин зависит от профессионализма людей, задействованных в работах, и от материалов, используемых для выполнения поставленной задачи.

Цементирование скважин

Строительство водозаборной скважины не может обойтись без цементирования скаженного ствола, т.к. от этого мероприятия зависит надежность фиксации металлических обсадочных труб в скважине и отсутствие проникновения жидкости между различными водоносными слоями. Качество проведения цементирования скважины непосредственно влияет на сроки надежной эксплуатации водозабора.

Способы цементирования скважины

Цементирование скважины или тампонаж входит в заключительный этап строения скважины, причем в силу невозвратности процесса отверждения цементного раствора повторное проведение или исправление технологических ошибок практически невозможно, поэтому проведение данного мероприятия несет высокую ответственность с точным соблюдением технологического процесса.

Цементация скважины имеет этапы проведения отдельных работ:

• Подготовительные мероприятия с установкой всего необходимого оборудования для тампонажа, при этом выбирается способ подачи раствора и состав раствора в зависимости от геологических особенностей и строения скважины.
• Закачка раствора в затрубное пространство с вытеснением (замещением) бурового раствора.
• Собственно период цементации (отверждения) раствора и набор крепости камня.

Цементирование скважин имеет два основных способа подачи тампонажного (цементного) раствора в затрубное пространство:

• Простое заполнение затрубного пространства, когда раствор заливается сверху вниз, проникая вглубь под воздействием гравитации. Такой способ применим на объектах без обнаружения отклонений разноструктурных слоев грунта и присутствия плавунов, т.к. цементируемый раствор не всегда плотно и глубоко заполняет затрубное пространство. Большую роль в таком тампонажном способе играет глубина скважины, ведь проникновение раствора на глубину более 10 м значительно осложняется его изменением вязкости из-за капиллярного водопоглощения грунта.
• «Обратное» заполнение затрубного пространства требует применения специализированной техники, способной подавать тампонажный раствор под большим давлением. Технология обратного цементирования скважины заключается в подаче раствора в затрубное пространство снизу, для чего в обсадочную трубу водозабора устанавливается «башмак», который перекрывает водоносный ствол и направляет закачиваемый цементный раствор, подаваемый через скважину, в затрубное пространство. Подъем тампонажного цементного раствора осуществляется за счет создаваемого давления, при этом происходит вытеснение наружу остатков бурового грунта, что создает особо качественное заполнение затрубного пространства с надежной герметизацией.

При телескопическом изготовлении водоносной скважины тампонаж присутствует на каждом этапе установки телескопической секции трубы, при этом бурение продолжают только после полного затвердения цементного раствора.

 

Видео инструкция — Обсадка и цементирование скважины

Особенности цементирования

Цементирование скважин осуществляется только после тщательного изучения геологических особенностей пробуренного ствола, т.к. неправильный выбор метода подачи и состава раствора может привести к некачественному проведению мероприятия с перерасходами материалов.
Особую важность при тампонаже имеет состав цементируемого раствора, который существенно отличается составом в зависимости от структуры грунтовых слоев:

Для лучшего заполнения затрубного пространства с целью надежной герметизации используют расширяющиеся в объеме цементные растворы.

Цементирование скважин с пористой горной структурой не может проводиться стандартным цементным раствором, т.к. он будет проникать глубоко в геологическую структуру, приводя к большим перерасходам раствора. Поэтому при обнаружении пористых слоев грунта применяют цементные растворы с волокнистым наполнителем из асбеста, бумаги, тростника и других волокнистых материалов.

Стандартный цементно-песчаный раствор используют при обнаружении глинистого грунта, с которым обеспечивается надежное сцепление, при этом жидкий раствор позволяет выполнить высокое разобщение слоев грунта, т.е. организуется качественная межпочвенная герметизация.

Этапы работы

Цементирование скважины выполняется в строгой последовательности:

• Выбор способа заполнения затрубного пространства и подбор состава цементирующего раствора.
• Подготовка оборудования, в которую входит проверка максимального рабочего давления и производительности подачи раствора.
• Тщательная промывка скважины и затрубного пространства водой с целью тщательной очистки пространства от буровых остатков грунта, т.к. их присутствие вызывает при тампонировании ослабление заполнения цементным раствором. Некачественное заполнение цементным раствором затрубного пространства может в дальнейшем привести к перемещению грунта и возникновению деформации обсадной трубы.
• Замес тампонажного раствора в специализированном оборудовании с добавлением коррекционных добавок, регулирующих пластичность раствора и его сроки схватывания, ведь заполнение затрубного пространства требует значительного времени.
• Заполнение затрубного пространства со строгим контролем качества заполнения по остаткам заливаемого раствора и выходу наружу промывочной жидкости.
• Чтобы обеспечить качественное заполнение пространства без нарушения самой скважины время жизни тампонажного раствора должно составлять не менее 3 часов, а его полное отверждение должно осуществляться не позднее 72 часов.

Фиксация раствора до момента его схватывания. Выдержка скважины до полного отверждения цементного раствора.

Так как от качества цементирования скважины зависит ее срок эксплуатации, то этому этапу строения скважины уделяется особое внимание, при этом без привлечения профессионального оборудования невозможно выполнить качественный тампонаж.

Технология затрубной цементации скважин

Некоторые конструкции скважин и условия бурения требуют цементации скважин, точнее затрубного пространства между обсадной колонной и грунтовой стенкой скважины. Цементация призвана укрепить скважину, повысить уровень герметизации, в результате — продлить срок службы водозаборной системы.

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

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.

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.

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.

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

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.

Оборудование для цементирования скважины

Какое оборудование понадобится для проведения цементации скважины?

• смесительная установка для приготовления тампонажного раствора и других технологических жидкостей
• цементировочный насос, задача которого нагнетать тампонажную смесь в скважину и продавить ее при определенном давлении
• насосная установка для нагнетания в скважину рабочих жидкостей
• цементировочная головка
• муфта ступенчатого цементирования
• гибкие стальные шланги

оборудование для затрубной цементации скважины

Советы буровиков

Состав тампонажного раствора подбирается в зависимости от структуры и свойств геологических слоев, в которых пробурена скважина. Плотность затрубной цементации можно повысить, если использовать раствор, который увеличивается в объеме. Если порода пористая, с высоким коэффициентом поглощения, то обычный раствор использовать нельзя, так как неизбежен его перерасход. Вместо заполнения затрубного пространства тампонажная смесь под давлением будет уходить в стороны от скважины. В такой ситуации рекомендуется применять тампонажный раствор с волокнистым наполнителем. В качестве наполнителя могут выступать многие натуральные или искусственные волокносодержащие материалы.

Перед цементацией затрубного пространства скважины не только выбирается тампонажный раствор и метод цементации, но также проверяется все оборудование в условиях максимального рабочего давления и производительности при подаче смеси.

Предварительно скважина и затрубное пространство должны быть промыты водой для очистки от шлама, оставшегося после бурения. Без промывки крупные куски породы, оставшиеся после бурения, помешают равномерному заполнению объема тампонажным раствором, что в будущем может привести к повреждению конструкции скважины.

Цементирование буровых газовых и нефтяных скважин

Цементирование буровых скважин является завершающим этапом их подготовки к эксплуатации и служит, прежде всего, для обеспечения максимальной долговечности всей конструкции. Производится цементирование колонны скважин путем применения технологии (прообраз которой впервые появился в далеком 1905 году на бакинских промыслах Российской империи), направленной на полное вытеснение специальным цементным раствором буровых жидкостей. Поскольку итогом цементирования становится образование непроницаемой «пробки» (или «тампона») – заливаемая смесь также носит название тампонажной.

Причины необходимости цементирования скважин

Главными среди них следует назвать три:

• необходимость значительного повышения общей конструктивной прочности (цементирование нефтяных скважин, а также цементирование газовых скважин нивелирует влияние на обсадные трубы сил, возникающих при подвижках грунтов)
• цементирование скважин позволяет защитить металлическую трубную поверхность от коррозии, вызываемой подпочвенной влагой
• кроме того, скважина, соединяющая собой различные нефте-, газо- и водоносные горизонты при цементировании вновь надежно изолирует их друг от друга, предотвращая смешивание

Технология цементирования скважин

Современная технология цементирования скважин существенно отличается от своей «прабабушки» столетней давности – как компьютеризированными технологическими расчетами нужного водоцементного соотношения для цементных растворов (учитывающими десятки различных геологических, климатических, технических и прочих параметров), так и использующимися для них же специализированными добавками.

В число последних входят:

• кварцевый песок (позволяющий минимизировать усадку и максимально увеличить прочность)
• волокнистая целлюлоза (не допускающей утечки жидкого цемента даже в самую пористую породу)
• «грунтующие» полимеры (при застывании расширяющиеся и уплотняющие прилежащий грунт)
• «пуццоланы» (крошка сверхлегких минералов вулканического происхождения – водостойких и не боящихся агрессивных химикатов)

Кроме того, в процессе цементирования нефтяных скважин (а также цементирования газовых скважин) производится многоступенчатый контроль качества получаемого тампонажа.

Качество цементирования скважин оценивается с помощью следующих процедур:

• термической (необходимой для определения уровня поднятия цемента)
• акустической (позволяющей в 100% случаев обнаружить внутренние пустоты в цементе за счет разной скорости прохождения звуковой волны)
• радиологической (своеобразного «рентгена» при цементировании скважин)

Способы цементирования скважин

На сегодняшний день используют 4 основных способа цементирования скважин:

• одноступенчатое, или сплошное (после заливки цементной смеси в обсадную колонну, последняя заглушается пробкой, на которую под избыточным давлением подают промывочный раствор – в результате чего происходит вытеснение цемента в затрубное пространство)
• двухступенчатое (технологически идентичное первому способу, но производящееся последовательно и отдельно для нижней части, а затем для верхней – при этом оба отдела разделяются специальным кольцом)
• манжетное (также использующее сплошное кольцо-манжету – но уже для возможности провести цементирование скважин только в их верхней части)
• обратное (единственный метод с заливкой раствора не в колонну, а сразу в затрубное пространство – с вытеснением буровых либо очистных растворов в колонную полость)

Процесс цементирования скважин

Сам процесс цементирования скважин происходит в 5 последовательных этапов:

• в бетономешалках готовится тампонажная цементная смесь с необходимым водоцементным соотношением и количеством добавок
• готовый к заливке раствор подается в скважину
• запускается та или иная процедура его вытеснения в пространство между трубами и стенами шахты
• ожидается окончание периода полного застывания
• производится контроль качества (вышеописанными в предыдущих разделах методами)

Для удобства работы оборудование для цементирования скважин устанавливается на шасси одного из видов грузовиков (КАМАЗ, УРАЛ и пр.). Это удобно сразу по двум причинам – отсутствия необходимости каждый раз привлекать сторонние транспортные средства для перевозки комплексов конвейерного, смесительного, нагнетающего и прочего цементирующего оборудования, и возможности стационарно запитать данные системы от автомобильных двигателей.

В результате процесс подготовки раствора принимает следующий вид – все составляющие части дозируются и соединяются в бетономешалке, посредством добавления воды замешиваются до получения полностью однородной массы и закачиваются насосами в скважину (давление при этом достигает 30-35 МПа).

Цементирование скважин: способы и технология тампонирования

Цементирование скважин является обязательной процедурой при бурении. Пренебрегать ей нельзя. Цель цементирования заключается в защите ее от попадания грязи сверху вниз.

Технологии тампонирования

Способы цементирования скважин, которые применяются в настоящее время, имеют между собой различия в подаче цементирующих (тампонажных) смесей в пространство, находящееся за обсадной колонной, и в применяемом технологическом оборудовании.

Имеются следующие схемы закачки готовых смесей:

1. Прямая схема. В ходе закачки по такой схеме подача смеси осуществляется непосредственно внутрь обсадной колонны, которая опускается до «башмака», выходит в затрубное пространство и заполняет его снизу до верха скважины.
2. Обратная схема. Цементаж подается непосредственно в затрубное пространство, заполнение происходит сверху вниз.

В ходе масштабного бурения наиболее часто используется прямая схема, и сама процедура выполняется за один цикл, при котором подается все необходимое количество тампонажной смеси.

Оборудование для тампонирования

Оборудование для цементирования скважин должно быть таким:

• агрегат цементировочный, обеспечивающий затворение растворов и их подачу внутрь скважин под давлением;
• смесительный агрегат аналогичного назначения, что и цементировочный;
• головка цементировочная, при помощи которой промывают ствол скважин и тампонируют его стены;
• заливочные пробки, которые используют в качестве ограничителей в случае выполнения двухступенчатого процесса цементации;
• прочее оборудование, такое как распределительные устройства для подачи смеси, металлорукава, краны высокого давления.

Одноступенчатое тампонирование

Одноступенчатое цементирование скважин получило большое распространение при цементировании водяных скважин бытового назначения. При этом тампонажная смесь с избыточным давлением подается в затрубное пространство агрегатами, установленными на грузовое автомобильное шасси или стационарную платформу, расположенную на близком расстоянии. Тампонажная смесь движется вниз по колонне, достигает дна и затем заполняет все затрубное пространство.

Есть определенная технология цементирования скважин. Перед цементированием они промываются, и в ствол обсадной колонны проводится крепление нижней пробки в качестве ограничителя. Затем с помощью бетонного насоса производится подача смеси. Опускаясь по стволу, смесь давит на пробку, продвигая ее до «башмака» колонны. После этого в колонну ставят верхнюю пробку и начинают процесс уплотнения смеси при помощи вибропресса с одновременной подкачкой дополнительного количества смеси внутрь скважины.

В момент касания верхней пробки нижней считается, что процесс уплотнения раствора завершен и что весь поданный раствор наполнил пространство за обсадной колонной. По завершении процесса цементирования раствору дают до 48 часов для полного застывания. Одноступенчатый тампонаж применяется для скважин небольшой глубины, имеющих простую геометрию ствола. Главный недостаток данного метода состоит в том, что нельзя определить время достижения раствором «башмака» колоны.

Двухступенчатое или двухцикловое цементирование

Двухступенчатое цементирование скважин было специально создано для тампонирования нефтеносных источников. Требуя наличия технологического оборудования большой мощности, этот метод тампонирования используется редко.

В основном способ применяется при таких условиях:

• когда тампонажная смесь застывает за такое короткое время, что невозможно за 1 раз заполнить пространство за обсадной колонной;
• необходимо пространство за обсадной колонной разделить на несколько участков;
• большая глубина, что не дает провести тампонирование из-за очень высокого давления, требуемого для подачи смеси.

В другом случае двухступенчатая цементация скважин нецелесообразна по временным критериям, а также по величине материальных затрат.

Метод двухступенчатого тампонирования состоит в том, что подачу тампонажной смеси выполняют в два цикла. В ходе первого цикла закачивается количество смеси, которое заполняет только определенную часть затрубного пространства. После застывания смеси, по истечении не менее 13 часов, подается оставшееся требуемое количество смеси для полного заполнения затрубного пространства.

Проверка качества проведенной цементации

Проверить качество выполненных работ по тампонированию возможно только с привлечением сторонних специалистов. Самому это сделать не представляется возможным, так как для проверки требуется особые приборы, так называемые дефектоскопы, которые зачастую имеются только в специализированных лабораториях. В этих лабораториях необходимо заказывать услугу по оценке качества цементирования при помощи следующих методов:

1. Акустического, в ходе которого при помощи ультразвука проверяется отсутствие полостей в затрубном пространстве. Метод использует свойства звуковой волны менять свои характеристики при прохождении сред с разной плотностью.
2. Радиологического, основанного на измерении степени рассеивания ионизирующего излучения, издаваемого радиоизотопным источником.
3. Термального, основанного на изменении температуры застывающего раствора.

Результатом проверки является презентация, которую вам предоставляют сотрудники лаборатории.

Термальным методом проверить качество работ можно и самостоятельно, для чего достаточно замерить температуру стен скважины. Если температура стен равна температуре воздуха, то это свидетельствует о том, что тампонажная смесь застыла полностью. Но и после этого требуется, чтобы скважина отстоялась в течение 2 дней.

По истечении этого времени выполняется очистка устья скважины от остатков тампонажной смеси. После этого скважина проверяется на герметичность в течение 30-40 минут высоким избыточным давлением воды. Величина падения давления в течение указанного времени не должна превышать установленного значения.

После выполнения этих процедур считается, что скважина готова к эксплуатации.

Технология цементирования скважин

Распространенные способы и технология цементирования скважин. Описание процесса цементации.

Скважины цементируют на завершающем этапе бурения. Данный процесс подготавливает их к использованию и обеспечивает максимальную долговечность конструкции в целом. Процесс осуществляется при помощи особой технологии, появившейся впервые более ста лет назад. Технология заключается в вытеснении при буровых жидкостей из скважины, для чего используют специальный цементный раствор. Результат цементирования – образуется непроницаемая пробка.

Зачем необходимо цементировать скважины

• Во-первых, повышается общая прочность конструкции
• Во-вторых, цементация защищает поверхность трубы, которая изготовлена из металла от коррозии, которая может возникнуть из-за подпочвенной влаги
• В-третьих, если скважина построена таким образом, что соединяет разные нефтеносные и газоносные пространства, то после цементирования они точно будут изолированы друг от друга.

Описание процесса цементации

Не удивительно, что технология цементации претерпела серьезные изменения. Она полностью отличается от старой. Сейчас используют компьютеризированные технологические расчеты для правильного соотношения воды в цементных растворах и используют специальные добавки для них.

Добавки к цементным растворам могут быть в виде:

• Кварцевого песка – он позволяет снизить усадку и по максимуму увеличивает прочность
• Волокнистой целлюлозы, которая не допускает утечку жидкого цемента никуда, особенно самые пористые породы
• Грунтующих полимеров – во время застывания они расширяют и уплотняют грунт
• Пуццоланов. Это специальная крошка – сверхлегкие минералы, они водостойкие и не боятся агрессивных химикатов. Нефтяные скважины при цементации нуждаются в особом многоступенчатом контроле качества сделанной пробки.

Как оценивают качество зацементированных скважин?

Выполняют специальные процедуры:

• Термическую – определяют уровень максимального поднятия цемента
• Акустическую – обнаруживают возможные внутренние пустые пространства в цементе
• Радиологическую – она является своего рода рентгеном во время данной процедуры

Методы цементирования скважин

На данный момент распространены четыре основные способы цементирования:

• Одноступенчатый способ. Цементную смесь заливают в обсадную колонну и заглушают ее пробкой. На пробку подается промывочный раствор. Такие действия приводят к тому, цемент вытесняется в затрубное пространство
• Двухступенчатый. По технологии он точно такой же, как и одноступенчатый. Отличие в том, что действия сначала производятся с нижней частью, а затем с верхней. Для раздела двух отделов используют специальное кольцо.
• Манжетный. Цементирование используется при помощи сплошного кольца-манжета, чтобы зацементировать только верхнюю часть скважины.
• Обратный. Тампонажный раствор заливается сразу в пространство за трубой, буровые и очистные растворы вытесняются в полость колонн.

Компания «МосОблБурение» качественно производит бурение скважин. Вы останетесь довольны сотрудничеством с нашими специалистами.