Основные способы цементирования скважин

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.

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.

 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.

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

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

Источник: http://aqua-rmnt.com/vodosnab/kolod-skvaj/cementirovanie-skvazhin.html

Технологический процесс цементирования скважин

  • Дата: 25-05-2015
  • Просмотров: 375
  • Рейтинг: 30

Оглавление: [скрыть]

  • Процесс цементирования
  • Инструменты и материалы
  • Рекомендации специалистов

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.

]

Источник: http://www.vseoburenii.ru/skvazhina/cementirovanie-skvazhin.html

Цементирование скважины

Цементирование скважины является последним этапом в ее строительстве.

Основная цель цементации скважины – это изоляция эксплуатируемого водоносного горизонта от вышележащих неэксплуатируемых, крепление стенок скважины в рыхлых и неустойчивых породах, а также защита поверхности обсадных металлических труб от коррозии. В зависимости от гидрогеологических условий цементация выполняется на всю глубину до устья скважины или в определенном интервале.

Виды тампонажных растворов

Для цементирования скважин используется специальный раствор, на основе тампонажного цемента. Тампонажный цемент отличается от обычных повышенными механическими свойствами после затвердевания, замедленными сроками схватывания. Состав раствора выбирается в зависимости от геологических и природных условий.

  1. Песчанистый цемент – смесь 80% тампонажного цемента и 20% кварцевого песка. Такой раствор имеет хорошую сцепляемость с горными породами, применяется для цементации направлений и кондукторов.
  2. Волокнистый цемент. Такой цемент применяется для уменьшения глубины проникновения в трещины пород, которые имеют небольшое пластовое давление или если нужно ликвидировать поглощение промывочного раствора. Этот раствор готовится из тампонажного цемента с волокнистыми добавками в количестве от 1 до 3%, в качестве добавок используется (асбест, бумага).
  3. Расширяющие цементы – используются для создания прочного непроницаемого цементного камня. Такие цементы при твердении увеличиваются в объеме до 2%. Расширяющий цемент получается при использовании в качестве добавки диатомита, трепала.

Одним из главных показателей цементного раствора является водоцементное соотношение, то есть отношение массы воды к массе сухого цемента, и составляет оно 0,4–0,5. Если увеличить количество воды, то понизится предел прочности цементного камня и он дольше схватывается. При увеличении количества цемента снижается текучесть тампонажного раствора.

Расчет количества раствора и цемента

Количество раствора для цементации определяется по формуле

Vц=0,785[(k1D2–)hц+d2hс]

где

D– диаметр скважины, м

dн– наружный диаметр обсадной колоны, м ;

d– внутренний диаметр колоны, м;

k1 – коэффициент учитывающий фактический диаметр скважины (коверны, трещины) принимается 1,2–2,5;

hц– высота цементирования затрубного пространства, м;

hс – высота цементного стакана, м;

Расход сухого цемента на приготовление 1м3 раствора

q=

где

gц–удельный вес сухого цемента, в средне 3,15 т/м3;

gв– удельный вес воды, т/м3;

m– водоцементное отношение (0,4–0,5);

Расход воды для затворения раствора

Q=mq, м3

Методы цементирования

Цементирование скважины, как правило, выполняется по одноступенчатой схеме с одной или двумя пробками. На практике используются такие способы подачи тампонажного раствора в скважину:

  • Прямая закачка тампонажного раствора в затрубное пространство, раствор при таком способе движется сверху вниз. Отличается быстротой выполнения работ, но качество цементирования низкое, такой способ применяется на неглубоких скважинах.
  • Обратное цементирование считается более сложным в выполнении, по данной технологии раствор закачивается непосредственно вовнутрь обсадной трубы, и с помощью воды или глинистого раствора под давлением выдавливают раствор в затрубное пространство. Раствор движется снизу вверх. Для исключения смешивания раствора с продавочной жидкостью, закладывают разделяющую пробку, одну или две.

Если конструкция скважины имеет телескопическую конструкцию, цементацию выполняют на каждом этапе установки секции трубы, бурение продолжается только после полного затвердения раствора.

Монтажное цементирование применяют, если необходим тампонаж затрубного пространства, расположенного выше забоя, например, когда водораскрывающая колонна является одновременно эксплуатационной, а фильтр находится внизу. Монтажное цементирование применяют также при ремонте скважин и для устранения мест утечек в колоннах труб.

Во всех случаях цементирования после заливки раствора в скважину оставляют в покое для твердения. Для кондукторов на 12 часов, а для эксплуатационных колонн на 16–24 часа, под давлением, которое было при продавке.

Агрегаты и механизмы для цементации

Затворение цемента и закачку раствора в скважину следует производить в кратчайший срок, это вызывает необходимость их максимальной механизации. Раствор перемешивают гидравлическими цементомешалками.

Для подачи раствора в скважины применяются цементировочные агрегаты, которые монтируются на шасси автомобиля и в состав которых входит водяной насос для закачки раствора, бак.

Основными параметрами цементировочного агрегата являются производительность и давление, которое он создает. Для проведения цементирования применяются цементировочные головки

Проверка качества тампонажа

После твердения цементного раствора снимают заливочную головку и приступают к разбуриванию пробок и цемента. Эта часть цемента называется цементным стаканом. При проверке качества тампонажа сначала испытывают герметичность колонны, а затем герметичность затрубного пространства.

Технология испытания герметичности основывается на разности давлений жидкости в затрубном пространстве и в обсадных колоннах. Опресовку выполняют чистой водой, для этого навинчивают на колонну заливочную головку и с помощью насоса создают давление в колонне до 60–120 ат и оставляют под этим давлением на 30 мин.

Если по истечении времени давление упадет не более чем на 5 ат, колонна считается герметичной.

Видео

В этом видео рассказывается о цементировочном агрегате для скважин с поршневым насосом:

Источник: https://infoaqua.ru/cementirovanie-skvazhiny/

Способы цементирования скважин

Способ цементирования выбирается в зависимости от условия залегания, литологического состава, проницаемости и степени насыщенности продуктивных пластов. Существует несколько способов цементирования скважин:

1. Одноступенчатый

2. Двухступенчатый

3. Манжетный

Одноступенчатое цементирование наиболее распространенное и заключается в следующем (рисунок 73). После того, как обсадная колонна спущена в скважину, на устье устанавливают цементировочную головку и приступают к промывке до полного выравнивания плотности бурового раствора (плотность бурового раствора на входе в скважину должна равняться плотности на выходе).

Перед началом цементирования все манифольдные линии от цементировочных агрегатов к цементировочной головке должны быть опрессованы на 1,5 кратное давление относительно рабочего в течение 3 минут.

Перед закачиванием в скважину цементного раствора желательно в колонну закачать буферную жидкость (водный раствор солей NaCl, CaCl2 и др. или щелочь NaOН) для разжижения бурового раствора и уменьшения вязкости и статического напряжения сдвига.

Затем при помощи цементировочных агрегатов и цементосмесителей затворяют цементный раствор, который закачивают в обсадную колонну через цементировочную головку.

Для того, чтобы расчетный объем цементного раствора выдавить в затрубное пространство, необходимо освободить цементировочную разделительную пробку, которая удерживается внутри цементировочной головки с помощью стопорного винта.

Сверху цементировочной разделительной пробки в обсадную колонну закачивают продавочную жидкость.

Рисунок 73. Схема одноступенчатого цементирования

Последние 0,5-1 м3 продавочной жидкости закачивается одним цементировочным агрегатом. В результате пробка «садится» на кольцо-стоп и в этот момент резко возрастает давление на цементировочной головке. Это служит окончанием процесса цементирования.

Двухступенчатое цементирование применяется в тех случаях, когда возникают трудности подъема цементного раствора на заданную высоту, либо высокая забойная температура, ограничивающая по времени проведение одноступенчатого цементирования, или требуется не сплошное цементирование.

Для этого в оснастку обсадной колонны включают разделительную цементировочную муфту, которую устанавливают на границе интервалов цементирования. Цементирование нижнего интервала происходит таким же образом как и одноступенчатое.

Перед тем, как закачать вторую порцию тампонажного раствора объемом, равным объему верхней части затрубного пространства, в скважину сбрасывают шар. Дойдя до цементировочной муфты, шар под действием давления сдвигает вниз подвижную втулку и открываются боковые отверстия, через которые в затрубное пространство выходит вторая порция тампонажного раствора.

Дата добавления: 2016-06-18; просмотров: 848;

Источник: http://poznayka.org/s17966t1.html

Цементирование скважины: способы, оборудование, цементаж затрубного пространства

Завершающим этапом строительства скважин является укрепление обсадного ствола.

Чтобы предотвратить возможное повреждение конструкции вследствие негативного воздействия подземных вод, солей металлов и коррозий, предусмотрено цементирование скважин. В этом случае качество проведенных работ может повлиять на общий срок службы готового сооружения.

Необходимость цементирования скважин

Цементация скважины – технологический процесс, направленный на замещение бурового состава заполняющим цементным раствором. Для этого он вводится в затрубное пространство скважины, превращаясь в монолит после полного затвердения.

Технология цементирования требует наличия особых знаний, навыков и привлечения специализированной техники. Частные скважины можно тампонировать самостоятельно, это позволит сэкономить семейный бюджет и получить необходимый практический опыт.

Цементирование гидросооружения позволяет решить следующие задачи:

  • обеспечить износостойкость и долговечность конструктивных элементов скважины;
  • защитить водозаборный ствол от негативного воздействия подземных вод и верховодок;
  • укрепить колонну, защитить от разрушения и коррозии, увеличить срок службы источника;
  • удалить образовавшиеся пустоты, зазоры и трещины, через которые в воду могут проникать загрязняющие элементы;
  • заполнить пространство вокруг колонны тампонажным укрепляющим раствором.

Качество водного источника и технические особенности гидросооружения напрямую зависят от того, насколько правильно был проведен цементаж.

Технологический процесс цементирования гидросооружений

Цементирование скважины предусматривает поэтапное выполнение следующих работ:

  • замешивание раствора для тампонажа затрубного пространства;
  • подача состава к гидросооружению;
  • закачивание смеси в пространство вокруг обсадной трубы;
  • затвердевание заполняющего раствора;
  • проверка полученного результата после завершения работ.

До начала проведения тампонажных работ рекомендуется выполнить все необходимые расчеты на основе геологических изысканий, учитывая протяженность ствола, который требует цементирования, эксплуатационные параметры конструкции, а также ее техническое состояние.

Кроме того, каждый отдельный этап работ требует применения специализированной техники и оборудования.

Типы спецоборудования для проведения тампонажа

В основной перечень технического оснащения для проведения работ включено следующее оборудование для цементирования скважин:

  • устройства для подачи цементного состава и его проталкивания в гидросооружение под высоким давлением;
  • агрегаты для замешивания цементной смеси;
  • головка для прочистки водозаборного ствола с последующим цементированием стен;
  • пробивные пробки для заливки цемента (используются при двухступенчатой системе тампонажа);
  • крановые установки высокого давления;
  • металлические шланги на гибкой основе;
  • агрегаты для распределения цементной смеси.

Доступные способы цементирования скважин предусматривают единый принцип работы – подачу и распределение заполняющего раствора в затрубном пространстве. Правильный выбор технологии тампонажа определяется типом почвы, глубиной сооружения, материалом труб для обсадной колонны, климатическими и геодезическими условиями местности.

Цементация скважины проводится следующими способами:

  • одноступенчатым (сплошным);
  • двухступенчатым;
  • манжетным.

Одноступенчатая (сплошная) система цементирования

Для быстрого и надежного укрепления обсадных стволов частных гидросооружений применяется сплошная система подачи смеси. Одноступенчатое цементирование скважин предусматривает закачку цементного состава в пространство вокруг трубы под высоким давлением при помощи спецоборудования, установленного на основу автосредства или вблизи сооружения.

Раствор для тампонажа под собственным весом направляется к башмачному основанию колонны, тем самым заполняя все имеющиеся полости.

Перед началом работ осуществляется тщательная промывка водозаборного ствола, далее устанавливается специальная пробка – ограничитель. Бетононасос осуществляет подачу смеси, под тяжестью которой пробка опускается на башмачное основание.

После завершения закачки цемента закладывается еще одна пробка и выполняется трамбовка смеси до тех пор, пока обе пробки не упрутся друг в друга. Это гарантирует полное заполнение раствором пространства вокруг трубы.

Для трамбовки смеси используется бетононасос, оснащенный вибропрессом. Полное затвердение цемента наступает через 48 часов.

Сплошное цементирование используется для мелких скважин правильной конфигурации. Недостатком можно считать сложность проведения контроля над качеством трамбовки залитой цементной смеси.

Система двухступенчатого цементирования

Подобная система разработана для глубоких скважин, используемых в тяжелой промышленности. Она требует применения специализированного и дорогостоящего оборудования (мощных бетономешалок и насосов), для обустройства частных питьевых скважин используется редко.

Двухступенчатое цементирование скважин применяется:

  • когда цементная смесь застывает достаточно быстро, что не позволяет выполнить тампонаж за один рабочий цикл;
  • когда необходимо заполнить два отдельных участка в пространстве за обсадной трубой, расположенных на значительном расстоянии друг от друга;
  • когда скважина глубокая и все работы по тампонажу невозможно выполнить за один рабочий цикл.

При других условиях использование двухступенчатой системы тампонажа нерационально и экономически не обосновано.

Принцип работы заключается в подаче цементной смеси в обсадную колонну в два этапа. Первая часть цемента закачивается и сразу проталкивается, воздействуя на нижнюю пробку. Вторая часть подается только после полного застывания первой части.

Цементирование с использованием манжета

Подобный способ тампонажа гидросооружений применяется в случае, когда требуется укрепление верхней части конструкции. При этом следует определить, какой высоты должен быть цементный стакан – пространство в обсадной колонне, подвергающееся цементированию.

Подобный уровень определяется монтажом манжета, когда нижняя часть конструкции защищается специальной вставкой, чтобы предотвратить проникновение раствора вглубь. Закачка цемента проводится по схеме, аналогичной сплошному цементированию.

Манжетное тампонирование применяется для скважин, верхняя часть конструкции которых обустроена в песчаниках, а нижняя – в глинистых почвах.

Цементирование гидросооружения напрямую зависит от качества материалов, оборудования и квалификации специалистов, привлеченных для решения подобной задачи.

Источник: https://GidPoVode.ru/skvazhina/tsementirovanie.html

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.

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.

Источник: http://aquagroup.ru/articles/cementirovanie-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.

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.

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.

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:

  • определяется оптимальный состав тампонажной смеси;
  • вычисляется необходимое количество расходных материалов для приготовления раствора;
  • 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.

Для успешного расчета нужны перечисленные ниже входящие данные:

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

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

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

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

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

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

В заключении подведем итоги.

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.

YouTube responded with an error: The calling IP address 87.236.17.12 does not match the IP restrictions configured on the API key. Please use the API Console to update your key restrictions.

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

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.

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

Ссылка на основную публикацию