Назначение буровых смесей
Циркуляция воды в скважине способствует прочистке отверстия, чем помогает бурительному и заделочному процессам. При условии, что используется активный состав с дополнительными эксплуатационными свойствами, можно рассчитывать на целый ряд других эффектов, среди которых следующие:
- Образование фильтрационной корки на стенах открытого ствола. В результате укрепляются неустойчивые отложения, глинистые породы и сыпучие пласты.
- Создается противодействие поровому давлению.
- На забойную силовую установку и долото транслируется дополнительная гидравлическая энергия.
- Буровые и тампонажные растворы транспортируют разработанную породу и после завершения циркуляции удерживают эту массу во взвешенном состоянии.
- Предотвращаются риски возникновения осложнений, дифференциальных прихватов, нефтегазопроявления и поглощения скважины.
- Предупреждаются обвалы и осыпи.
- Оказывается смазывающее воздействие на буровое оборудование.
- Обеспечиваются охлаждение и смазка инструмента.
Особенности цементирования нефтяных скважин и скважин на воду
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.
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.
Галерея изображений
Фото из
Цементирование проводится для кустовых водозаборных сооружений, предназначенных для обеспечения водой населенных пунктов. В частном хозяйстве водозаборные точки цементируют в редких случаях
Укрепление положения скважинного ствола путем цементирования проводится, если бурение выполнялось в несвязных рыхлых грунтах, не способных «держать» стенки обсадной колонны
Затрубное пространство цементируют, если есть вероятность проникания паводковых и сточных вод, стекающих вдоль ствола скважины в водоносный пласт
Заполнение ствола цементом, т.е. тампонирование скважины, выполняют если больше не будут эксплуатировать водозабор
Цементирование куста водозаборных скважин
Цементирование выработок в несвязных грунтах
Цементирование как защита от паводковых вод
Тампонирование старой скважины
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:
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.
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.
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.
1 Когда необходимо применение ликвидационного тампонажа скважин?
Что касается назначения — ликвидационный тампонаж скважин предназначен для непосредственного предотвращения попадания загрязняющих поверхностных вод в чистый водоносный слой. Это зачастую происходит после окончания эксплуатации водозаборного колодца.
Помимо всего прочего ликвидация скважины может происходит и в следствии других причин, таких как:
- неисправность (по геологическим или же техническим причинам) питьевой скважины;
- максимальная выработка колодцем ресурса водоносного слоя;
- предотвращение опасного загрязнения колодцем водоносного слоя вследствие неправильной эксплуатации или же его бурения;
- предотвращение слияния вод разных горизонтов (как, к примеру, пресных и минеральных).
Кроме этого, применение тампонажа артезианской скважины в последних двух случаях может проводиться по той причине, что в течение эксплуатационного срока скважины были разрушены её обсадные колоны. Также при обустройстве колодца могло быть плохо заизолировано устье. Как видим, бурение, и дальнейшее обустройство артезианской скважины играет огромную роль в продлении срока её эксплуатации.
Но не менее важным для артезианки является и сам процесс тампонирования. Благодаря нему в будущем вы сможете пробурить ещё одну скважину недалеко от предыдущей.
1.1 Способы проведения работ
В большинстве случаев на практике используются 2 способы тампонирования, о которых мы упомянем ниже. Главное при этом разобраться с их особенностями и технологией.
Процесс проведения ликвидационного тампонажа скважины на воду
Итак, первым (временным) является способ применения различных тампонов и глины.
Для этого требуется использовать жирную глину, в которой не будет содержаться посторонних примесей — для чего его требуется тщательно перемешать с использованием мешалки.
Из получившейся породы требуется скатать (можно вручную) шарики. Размер каждого — примерно с кулак величиной. Скатанные шарики требуется высушить — просто оставить на солнце — после чего забросить их в выработку (порционно — штук по 12-15 за раз).
Как вариант — шарики можно опустить на дно выработки с помощью желонки, на конце которой устанавливается открывающийся наружу клапан (в случае применения желонки шарики можно и не высушивать). Каждую из порций желательно трамбовать, одновременно с этим поднимая трубы. Всего высота «пробки» из глины должна составлять примерно полтора метра — не более.
Второй же тип относится уже к постоянным, так как скважину заливают бетонном специальным раствором. Многие думают, что первый способ является не актуальным. Но это не так. Ведь, когда нужно испытать скважину, с целью изолирования водоносных слоев или же их отдельных интервалов, необходимо произвести временное тампонирование. В случае, когда скважина уже изжила свое, вам необходимо выбрать второй тип – непосредственно её ликвидацию.
Если же скважины на некоторое время разделяют на определенные отрезки, то в данном случае необходимо применять специальные тампоны – пакеры. Они также используются в процессе исследования горных пород, разнящихся наличием трещин и пористостью. Благодаря ним также можно проверить качество цементирования скальных пород.
1.2 Какое требуется оборудование для ликвидационного тампонажа скважин?
В отличие от бурения, для проведения ликвидационного тампонажа вам потребуется гораздо техники и материалов.
Скважина до (слева) и после (справа) проведения тампонажа
Что же касается самого непосредственно оборудования, то вам понадобится специальный насос, металлическая трамбовка и бурильные трубы.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН
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.
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
ОСОБЕННОСТИ НАГНЕТАНИЯ
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.
Осуществление цементирования скважин при этом может производиться в один подход, в ходе которого требуемый объем для тампонирования смеси продавливается за один раз.
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.
ИНСТРУМЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ:
- 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.
Консервация и ликвидация скважин
Тампонирование скважины при ликвидации – это наполнение пустых мест в породе цементом или глиной. Такая мера нужна для укрепления котлована, чтобы отделить слой водной почвы от загрязнений извне и талой воды. Изолирующим составом заполняются пустоты между почвой и обсадкой. Ликвидационный тампонаж различного назначения происходит по такому же принципу, только изолирующим составом наполняют не пустоты между почвой и обсадкой, а сам котлован.
В состав работ по ликвидации скважин входят следующие операции:
- 1Монтаж и демонтаж бурового агрегата.
- 2Устройство циркуляционной системы.
- 3Геофизическое обследование.
- 4Опытная откачка воды.
- 5Подготовка глинистого раствора.
- 6Извлечение посторонних предметов.
- 7Разбуривание песчаной пробки.
- 8Промывка водой.
- 9Дезинфекция.
- 10Песчаная или гравийная засыпка фильтровой части.
- 11Закачка цементно-глинистого раствора.
- 12Копка шурфа.
- 13Обрезка обсадных труб и приварка заглушки.
- 14Заливка дна шурфа.
- 15Обратная засыпка шурфа.
Правила ликвидации и консервации скважин
Тампонаж нужен, если водозаборная скважина сделана с нарушениями технологии или действующего законодательства о недропользовании. Государство четко регламентирует порядок и правила ликвидационного тампонажа буровых скважин.
Выполнение ликвидации может потребоваться при:
- ухудшении качества воды, когда меры по очищению водозабора не дадут результата или будут стоить дороже;
- понижении дебета водозабора до минимальных значений, при которых использовать его в дальнейшем буде невозможно;
- потери необходимости в использовании участка;
- появлении риска загрязнения всего водоносного слоя артезианского источника из-за неправильного обустройства.
Кроме аварийных, ликвидации подлежат безводные, разведочные, инженерно-геологические, скважины, по тем или иным причинам не достигшие расчетной глубины водоносного горизонта, указанной в проекте, либо не обнаружившие воду на расчетной глубине. Такие случаи могут происходить по форс-мажорным обстоятельствам (техногенное или природное воздействие), но чаще причиной является непрофессионализм бурового подрядчика.
Свидетельство о допуске СРО на 2021 год
Ликвидируются скважины, пробуренные на запретных территориях, брошенные или слишком долго простоявшие в состоянии консервации. Слишком долгая консервация скважины на воду может привести к тому, что за время длительного простоя без контроля с соответствующим техническим обслуживанием разрушаются конструкции с основными узлами. Различные виды коррозии разрушают металл, бетон или другие материалы, в результате снижается прочность конструкций, нарушается герметичность соединений.
Материалы для тампонирования
Тампонирование скважины это процесс довольно сложный и ответственный. Кроме того, исправить допущенные в процессе ошибки не получится. Поэтому, все работы должны проводиться после предварительных расчетов и делаться профессиональными организациями.
Что нужно учесть при расчетах:
- глубина источника;
- состав грунта;
- наличие технических загрязнений;
- существующие дефекты конструкции.
Для закупорки чаще всего применяются цементные растворы – они обеспечивают хороший результат. В основе должен использоваться цемент, не ниже марки М400, а лучше М500. В некоторых случаях в раствор домешиваются специальные добавки – это нужно для пористых почв. Благодаря этому, получается сэкономить на растворе.
Консервация скважины с установленным адаптером
Скважинный адаптер представляет собой приспособление для герметичного соединения водопроводной трубы со скважиной ниже уровня промерзания почвы. Скважина с адаптером может использоваться и в зимний период. В этом случае, трубопровод, ведущий в дом, прокладывают в траншее глубиной не менее 1,6 метра. При этом, гидробак и автоматика установлены в доме.
Порядок действий таков:
- Отключаем электричество от насоса.
- Открываем любой водоразборный кран в доме.
В скважине установлен автоматический сбросной клапан. Когда давление воды в системе упадет до 0,5 bar, клапан откроется, вода из трубопровода сольется в скважину.
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.
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:. Выбранная технология цементирования должна обеспечить:
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
