Цементирование скважин: способы и технологии тампонажа

Для обеспечения эффективной работы скважины должна быть выполнена обязательная герметизация пространства между обсадной трубой и основными стенками сооружения.

Тампонаж или цементирование скважины выполняется путем подачи специальных вяжущих растворов в скважину или непосредственно за обсадную трубу.

Цементирование скважин: способы и технологии тампонажа

Дезинфекция воды в колодце

Что дает тампонирование скважины?

Данный технологический прием позволяет достичь нескольких целей:

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

Типы применяемых растворов и особенности цементирования

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

Цементирование скважин: способы и технологии тампонажа

Анализ скважины

При выполнении анализа необходимо учитывать следующие факторы:

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

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

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

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

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

Технология цементирования

На практике применяют следующие основные способы цементирования скважин:

Цементирование скважин: способы и технологии тампонажа

Тампонирование скважины

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

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

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

Какое оборудование необходимо для выполнения тампонажа?

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

Данные механизмы осуществляют следующие операции:

Цементирование скважин: способы и технологии тампонажа

Оборудование для тампонажа

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

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

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

Источник: http://canalizator-pro.ru/metody-i-texnologiya-cementirovaniya-skvazhin.html

Цементирование нефтяных скважин: цели, цементировочный агрегат

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».

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
1 определяется оптимальный состав тампонажной смеси
2 вычисляется необходимое количество расходных материалов для приготовления раствора
3 проводится 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.

Читайте также:  Печное отопление в частном доме: правила обустройства и схемы разводок с водяным контуром

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.

Читать также: Цементирование скважин: способы и технологии тампонажаОсновные причины, почему дорожает нефть

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

Источник: https://neftok.ru/raznoe/tsementirovanie-neftyanyh-skvazhin.html

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.

https://www.youtube.com/watch?v=RgBe0WlLp5g

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.
Читайте также:  Вентиляция гаража своими руками: виды, схемы, правила обустройства

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

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

  2. Процедура одноступенчатого цементирования скважины:
  3. Специфика производства манжетного цементирования:
  4. 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.

Источник: https://sovet-ingenera.com/vodosnab/kolod-skvazh/cementirovanie-skvazhin.html

Тампонаж скважины: что это такое, когда необходимо и технология тампонирования

Тампонирование (цементирование) – процесс заполнения скважин жидким пластиком, глиной или вяжущими растворами цемента. Метод применяют для защиты конструкций от загрязнения грунтовыми водами. Таким же образом ликвидируют гидротехнические сооружения, пришедшие в негодность.

Особенности тампонирования

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

Выделяют 2 разновидности тампонажа скважин:

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

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

Этапы работ по ликвидации скважины.

Когда нужно тампонирование

Необходимость цементирования скважин объясняется рядом причин:

  • заброшенностью источника;
  • уменьшением напора в стволе;
  • ухудшением качества воды;
  • угрозой заражения соседних водоносных горизонтов;
  • деформацией обсадных труб.

К этому способу цементирования прибегают для заглушки фонтанирующих скважин. Обязательному тампонажу подлежат поисковые и пробные разведывательные шахты.

Преимущества тампонирования

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

Тампонаж скважин позволяет защитить водоносные жилы от загрязнений.

Используемые растворы и особенности метода

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

Для этого определяют:

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

Грамотное проектирование экономит финансовые средства.

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

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

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

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

Подготовительные работы

Подготовительный этап включает составление акта экспертизы и разработку проекта, который должен пройти согласование в органах санитарного надзора. Технические отчеты и акты о проведении работ передаются в санэпидемстанцию и коммунальные службы по завершению процедуры.

Технология

Чтобы правильно тампонировать шахту, необходимо следовать инструкции о порядке ликвидации скважин. Специалисты, которые будут проводить эти работы, должны обладать специальным допуском. Необходимо присутствие оборудования для смешивания, а также цементировочных машин.

Читайте также:  Обустройство скважины с кессоном: пошаговая технология работ + разбор технических нюансов

Принцип технологического процесса заключается в том, что промежутки между стенкой и колонной труб заполняются вяжущим составом. Сам тампонаж производят на глубине, где проходит нижний водоносный горизонт.

Существует несколько способов цементирования скважин. Наиболее эффективным из них считают метод обратного тампонирования.

При его выполнении на нижнем уровне колонны, который будет подвергнут блокировке, устанавливают пробку с каналом, перекрытым диафрагмой. Верхнюю заглушку устанавливают на цементировочной головке в верхней части обсадной трубы.

Вслед за закачкой тампонажной смеси ее открывают и заливают продавливающее жидкое вещество. Под высоким давлением цементный субстрат вместе с нижней заглушкой углубляется вниз. Одновременно происходит выталкивание буровой жидкости.

При соприкосновении нижней пробки с упорным кольцом наблюдается резкое усиление давления. Под воздействием этого перемычка разрушается, и цемент протекает в затрубные полости.

Технология ликвидации скважины.

При 2-цикловом тампонировании вместо нижней пробки устанавливают заливочную муфту, после чего производят промывку, монтаж цементировочной головки и заливку вяжущего состава. Затем сквозь муфту проводят еще одну пробку, которая при взаимодействии с продавочной жидкостью проталкивает смесь вглубь.

Вслед за этим отпускают и продавливают размещенную внутри головки нижнюю пробку. Под давлением она прижимается к муфте и, смещаясь вниз, открывает сквозное отверстие.

Следующая операция может быть выполнена в 2 вариантах:

  • Способом непрерывного цементирования. По завершению тампонирования 1 цикла сразу же приступают ко 2 ступени.
  • Методом 2-циклового тампонажа с разрывом. Заливку второго сегмента трубы совершают после застывания уже закачанной смеси. На этот промежуток времени в заливочном клапане сохраняют циркуляцию бурового раствора.

После завершения подачи тампонажной смеси для второго сегмента колонны устанавливают и продавливают последнюю верхнюю пробку. Смещаясь вниз вместе с втулкой, она закроет проходное отверстие.

Оба варианта уменьшают риск затекания промывного средства в раствор цемента и ослабляют давление на почву в ходе его подъема.

Не менее эффективен для заглушки колодцев глиняный столбик. Его помещают в проходку, а затем посредством насоса выдавливают из колонны. Снаряд оборудован небольшими отверстиями для сбрасывания избыточного давления.

Более простой способ цементирования связан с заливкой раствора в середину трубы, при этом состав погружается вниз и заполняет пространство. Главным достоинством метода является простота, но качество тампонирования будет невысоким.

Время застывания цементного столба обусловлено составом вяжущей смеси и видом забоя. Эксплуатационная шахта будет готова через 24 часа, забой с кондукторной трубой – спустя 16 часов.

Спустя сутки после окончания работ в ствол опускают электрический термометр. По смене температур определяют высоту подъема раствора.

Контроль качества выполняют с помощью акустического зонда (скважинного локатора). Пустые участки определяют по диапазонам колебаний звука. Вслед за этим производят обвязку выходного отверстия скважины. Затем посредством желонки удаляют цемент и пробки.

Для проверки ствола на непроницаемость в него закачивают воду под давлением, которое на 20% превышает расчетный показатель. В том случае, если спустя 30 минут он понизится не более чем на 0,5 МПа и при этом не произойдет выделения газа и слива воды, скважину признают герметичной.

Источник: https://vodasovet.ru/scvazhina/tamponazh

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5ca868558b888800b3ebdd26/5cacf08d71871700afcbaf10

А вы знаете, как проходит тампонирование скважин

Заключительный этап бурения, это тампонажные работы. Процесс заключается в том, что в затрубное пространство обсадной колонны вводится цементный (тампонажный) состав, после чего в течение нескольких суток происходит его затвердевание.

В результате раствор превращается в камень – монолитную «рубашку», в которой заключена обсадная колонна скважины.  Технология цементирования скважин сложная, требует специальных знаний и опыта, а в работе используется специальное оборудование для цементирования скважин.

Работа проводится несколькими методами, в зависимости от назначения сооружения, типа грунтов и глубины залегания водяных жил.

Завершающий этап бурения скважин — это цементирование, данная операция влияет на всю работоспособность сооружения

Зачем проводить цементирование

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

Цементирование скважин преследует три основные цели:

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

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

Подготовка к цементированию

Еще на этапе проектирования, до начала буровых работ, производятся все технические расчеты, благодаря которым можно заготовить в необходимом количестве все материалы для цементирования.

Расчет труб для обсадных колонн

Расчет обсадных колонн необходим, чтобы правильно выбрать трубы: диаметр, прочность материала и толщину стенок. В зависимости от технологических условий эксплуатации конструкции (геологическая структура, давление со стороны грунта и возможность его смещения) используются пластиковые или металлические трубы.

При расчете обсадной колонны используются максимальные значения внутреннего и наружного давлений. Запас прочности позволит использовать конструкцию с предельно возможными нагрузками в конкретных условиях.

Состав для цементирования

Рассчитать заполнение трубы цементным раствором можно по формуле, с использованием конкретных данных: глубина скважины, диаметр трубы, ширина затрубного пространства. Также в расчетах учитывается коэффициент (K1), обозначающий расход цементного раствора на заполнение трещин, каверн и погрешности в диаметре обсадной колонны.

Стандартный цементно-песчаный раствор может применяться для тампонажа скважин, которые устроены в плотном глинистом грунте

  • Формула для расчета количества цементного раствора выглядит так: Vц = (π/4)*[К1*(D2 – d12)*Нц d22*h], м3.
  • В силу сложности проведения вычислений, ведения работ по тампонированию, а также необходимость использовать профессиональное оборудование, технологически грамотный тампонаж скважины может обеспечить только центр цементирования скважин.

Рекомендации по выбору тампонажных смесей

Состав раствора подбирается с учетом структурного строения грунтовых слоев. Чтобы тампонажная смесь более плотно контактировала с трубой, в ее состав должны входить компоненты, увеличивающие раствор в объеме.

Если предварительное исследование грунта показало, что некоторые геологические слои имеют пористую структуру, использование обычного цементного раствора не рекомендуется.

Причина – он станет проникать в мелкие пустоты в толще грунта, а это перерасход тампонажного материала.

Чтобы избежать этого, цементирование обсадных колонн на таких почвах производится с добавлением волокнистых компонентов, например, асбест, тростник и подобные им материалы.

Составляющие технологического процесса

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

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

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

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

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

Способы закачивания тампонажного раствора в затрубное пространство

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

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

Основные способы прямого способа тампонирования:

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

Оборудование для цементирования

Технологический процесс невозможно провести без специализированного оборудования. Это громоздкие механизмы, которые имеются в распоряжении центра цементирования скважин.

Оборудования для тампонажных работ:

  • Смесительные машины для замешивания раствора;
  • Цементировочные механизмы для продавливания раствора в ствол;
  • Цементировочная головка для промывки ствола;
  • Заливочные пробки.

Кроме этого, используются другие инструменты и приспособления, выполняющие подсобную, но не менее важную роль в цементировании. К ним относятся шланги, манометр и краны высокого давления, вибраторы и прочее. Оборудование транспортируется на платформах грузового автотранспорта, а для его запуска и работы с ним используется двигатель машины.

Тампонаж горизонтальных скважин

Гораздо реже проводится тампонирование горизонтальных скважин. Они имеют более сложное устройство, так как включают в себя элементы вертикальных и наклонных конструкций.

В экономическом плане устройство горизонтальных скважин обходятся в 3-4 раза дороже, чем вертикальные, поэтому технология тампонажа горизонтальных труб должна обеспечить максимальную надежность цементных «рубашек» обсадных колонн и длительность эксплуатации выработки.

Чтобы она была рентабельной, нужно, чтобы доход от добычи превышал вложенные в ее создание средства.

Источник: https://trubexpert.ru/water/a-vy-znaete-kak-proxodit-tamponirovanie-skvazhin/

Ссылка на основную публикацию