Способы и технологии цементирования скважин: как приготовить и залить тампонажный раствор

Меры безопасности при глушении скважин.

6.1. Глушение скважины может быть
начато только после оформления двухстороннего акта о приеме скважины в ремонт
(мастер бригады КРС и представитель ПДНГ, ЦППД).

            6.2. Глушение скважины
производится по заданию мастера КРС. Проведение глушения скважины без плана
ЗАПРЕЩАЕТСЯ.

6.3. Глушение скважин
производится, как правило, в светлое время суток. В особых случаях глушение
может быть произведено в ночное время при обеспечении освещенности скважины не
менее 26 люк.

6.4. Площадка размером
40х40 м, на которой устанавливаются агрегаты, должна быть освобождена от
посторонних предметов, зимой от снега.

            6.5. Перед глушением
необходимо проверить: исправность всех задвижек и фланцевых соединений на
устьевом оборудовании; наличие протока
жидкости по выкидной линии от скважины до замерной установки и при его
отсутствии работы на скважине прекратить до выяснения и устранения причин.

6.6. Промывочный агрегат и
автоцистерны следует располагать с наветренной стороны на расстоянии не менее
10 м от устья скважины. При этом кабина агрегата и автоцистерн должны быть
обращены в сторону противоположную от устья скважины, выхлопные трубы агрегата
и автоцистерн должны быть оборудованы искрогасителями, расстояние между ними
должно быть не менее 1.5 м.

Промывочный агрегат, кроме
того, должен быть оборудован предохранительным и обратным клапанами.

6.7. В процессе глушения
скважина ЗАПРЕЩАЕТСЯ крепление каких-либо узлов агрегата или обвязки устья
скважины и трубопроводов. Должен быть обеспечен постоянный контроль: за
показаниями манометров, за линией обвязки, за местонахождением людей. Манометры
должны быть установлены на прокачивающем агрегате и выкидной линии скважины.

6.8. При глушении скважин
давление прокачки жидкости глушения не должно превышать давления опрессовки
эксплуатационной колонны данной скважины.

6.9. Разборку промывочной
линии следует начинать только после снижения давления в линии нагнетания до
атмосферного. При этом задвижка на фонтанной арматуре со стороны скважины
должна быть закрыта.

6.10. После окончания
работ по глушению скважины задвижки должны быть закрыты, территория вокруг
скважины очищена, заглушенная скважина должна находиться в ожидании ремонта не
более 36 часов.

При более длительном
простое скважины в ожидании ремонта, скважина должна быть заглушена повторно до
начала ремонтных работ.

6.11. После окончания всех
работ по глушению скважины составляется “Акт на глушение скважины”.

В акте на глушение
скважины должно быть указано:

-дата глушения скважины;

-удельный вес жидкости глушения;

-объем жидкости глушения по циклам;

-время начала и окончания циклов глушения;

-начальное и конечное давление прокачки жидкости глушения.

6.12. “Акт на глушение скважины” подписывается (с
указанием удельного веса и объема жидкости глушения), лицом производившим
глушение скважины, мастером бригады КРС и машинистом агрегата.

            Ответственность за выполнение требований инструкции.

7.1. За подготовку
территории куста и скважины к глушению скважины отвечает мастер ЦДНГ, ЦППД.

7.2. За достоверность
данных по текущему пластовому давлению, на момент глушения скважины, отвечает
геологическая служба ЦДНГ, ЦППД.

7.3. За соответствие
удельного веса жидкости глушения расчетной величине – указанной в плане-задании
на глушение скважины, выполнение всего комплекса работ по подготовке скважины к
глушению, соблюдение технологии глушения скважины и мер безопасности при
глушении скважины отвечает мастер бригады КРС.

Приложение 1

Р А С Х О Д

материалов
необходимых для приготовления одного кубометра жидкости глушения  соответствующей
плотности.

Жидкость для приготовления раствора
– сеноманская вода плотностью 1.01 г/см3.

Плотность жидкости глушения	Количество NaCl,кг	Плотность жидкости глушения	Количество NaCl,кг
1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10	19 38 56 75 94 113 132 151 170	1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18	188 207 226 245 264 283 302 321

Плотность жидкости глушения, г/см3	Количество СaCl2, кг
	Пресная вода	Сеноманская вода	Подтоварная вода
1.19 1.20 1.21 1.22 1.23 1.24 1.25 1.26 1.27 1.28

Приложение 2.

О Б Ъ Е М

кольцевого
пространства в зависимости

отдиаметраэксплуатационных колонн

и
НКТ спущенных в скважину.

	Объем кольцевого пространства, м3
Глубина спуска Насоса (НКТ), м	НКТ-60 мм	НКТ-73 мм	НКТ-89 мм
	При диаметре эксплуатационной колонны – 146 мм
800 1 000 1 200 1 400	8.68 10.85 13.02 15.19	7.50 9.38 11.26 13.13	5.86 7.32 8.78 10.25
	При диаметре эксплуатационной колонны – 168 мм
800 1 000 1 200 1 400	12.25 15.31 18.37 21.43	11.06 13.83 16.60 19.36	9.42 11.73 14.11 16.49
	При диаметре эксплуатационной колонны – 114 мм
800 1 000 1 200 1 400	4.27 5.34 6.41 7.48	— — — —	— — — —

Технологии тампонирования

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

Имеются следующие схемы закачки готовых смесей:

Прямая схема. В ходе закачки по такой схеме подача смеси осуществляется непосредственно внутрь обсадной колонны, которая опускается до «башмака», выходит в затрубное пространство и заполняет его снизу до верха скважины.

Обратная схема. Цементаж подается непосредственно в затрубное пространство, заполнение происходит сверху вниз.

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

Оборудование для тампонирования

Оборудование для цементирования скважин должно быть таким:

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

Одноступенчатое тампонирование

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

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

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

Двухступенчатое или двухцикловое цементирование

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

В основном способ применяется при таких условиях:

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

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

Тампонирование скважины при ликвидации

Внутри свежины, в первую очередь, необходимо провести обеззараживание, дело в том, что в стволе скважины образуются бактерии, которые необходимо за собой прибрать. Для этого в скважину закачивается, например, хлорка в определенном объеме и ровно такой же объем выкачивается обратно. После обеззараживания скважины, необходимо приступить к восстановлению геологической среды вокруг нее. Она напоминает из себя слоеный пирог, если очень сильно упростить, то можно свести все слои к двум основным типам:

• первый — это тип, который содержит и проводит воду. Такой тип называется водоносный;

• горизонт — второй тип, который не содержит и не проводит воду. Он называется водоупорный.

В интервалах, где находятся водоносные горизонты засыпается песок и гравий, причем засыпается не просто так, а в таком соотношении чтобы восстановить фильтрационные параметры каждого водоносного горизонта, а те интервалы, где находится водоупорные толще, бетонируются.

Описание разновидностей тампонажа

Если более подробно рассматривать геологические причины, можно сказать, что в данном случае водозабор может попросту перестать выполнять свою роль, что довольно часто становится следствием геологических процессов. Технические причины – это тот случай, когда водозабор в течение длительного времени не поддерживался в рабочем состоянии.

В качестве альтернативного варианта может выступить нарушение технических норм во время бурения. Работы могли вестись с использованием несоответствующих материалов, долгое время не проводился ремонт, и не осуществлялось обслуживание. Тампонаж скважин осуществляется еще и в том случае, когда водозабор выстраивался для временного использования.

Как тампонажный раствор попадает в скважину

Существует несколько основных способов подачи раствора в затрубное пространство. Если тампонажный раствор подается прямо внутрь обсадной колонны — этот метод называется прямым. После чего идет медленное заполнение нижней части скважины, которая переходит в затрубное пространство, заполняя его. Именно этот вид подачи чаще всего используется. Чтобы проверять количество массы тампонажного раствора, используют две специальные пробки. Суть работы этих пробок в том, что когда подается раствор, то под определенным давлением закачивается еще дополнительно жидкость, давящая на верхнюю пробку. После чего она давит на раствор и нижнюю часть скважины. Бывает и более простой способ с применением всего одной пробки. Чтобы измерять давление жидкости, используют обычно манометр. Существует также и обратная подача раствора, при которой он попадает в затрубное пространство, но потом опускается через обсадную колонну.

Также бывает такой вид цементирования, как цементирование в одну ступень. При его использовании, практически вся порция раствора проходит в один прием. В этом виде также используют одну или две пробки с элементами прямой подачи.

При цементировании в две ступени, нужен немного больший опыт и слаженность действий. Этот вариант немного сложнее и его частично используют для больших глубин. На таких глубинах сопротивление возрастает, поэтому очень сложно сделать все в один прием, как в методах, описанных выше. Чтобы хоть как-то компенсировать такую глубину, применяют метод манжетного цементирования. Эти манжеты, образовывают некие кольца, которые постепенно ограничивают продвижение раствора. Такой метод позволяет осуществить постепенное цементирование отдельных участков скважины.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

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

ПРОЦЕСС ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ

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

Перед стартом работ должна быть составлена схема цементирования, которая имеет в основе технические расчеты процесса

Важно будет при этом взять во внимание горно-геологические условия; протяженность интервала, которому необходимо укрепление; характеристики конструкции скважинного ствола, а также его состояние. Следует использовать в процессе проведения расчетов и опыт осуществления таких работ в определенном районе

ОСОБЕННОСТИ НАГНЕТАНИЯ

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

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

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

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

ИНСТРУМЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ:

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

Длительность затвердения защитного слоя и проверка его качества

Образование цементного камня начинается сразу после завершения заливки смеси. Процесс полного затвердения зависит от температуры окружающей среды, состава и влажности грунта, материала обсадных элементов, а также характеристик и перечня компонентов самого раствора. Если нет возможности определить момент, когда защитный слой полностью сформировался, следует выждать как минимум 48 часов до выполнения каких либо действий.

По истечении двух суток рекомендуется провести проверку полученного защитного слоя. Более точные результаты можно получить только с использованием специального профессионального оборудования. Существует три способа проверки целостности раствора:

• Акустический. Методика основана на простукивании обсадных труб по всей длине шахты и обработке полученных результатов через компьютерную программу.
• Радиологический. Измерение проводится специальными радиоприборами.
• Термальный. Проводится измерение температур в процессе застывания слоя.

Если нет возможности пригласить специалистов для оценки выполненных работ, проверить готовность цементного слоя можно при помощи упрощенного термального метода. Для этого в течение периода застывания смеси измеряют температуру у стенок обсадных труб. Она должна вначале сравнятся с температурой окружающего воздуха, а затем стать на 1-1,5 градуса ниже.

Завершающим этапом является очистка ствола от остатков смеси. При выполнении работ своими руками очистку можно проводить желонкой. Перед вводом источника в эксплуатацию проводится проверка шахты на герметичность. Для этого в течение 20-30 минут в ствол закачивают воду под давлением. Если за это время давление воды снизилось не более, чем на 0,5 МПа, работы были выполнены качественно.

Способы цементирования скважин;

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

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 м 3 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.

Грамотное приготовление раствора

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

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

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

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

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

Самыми простыми растворами, которые можно приготовить самостоятельно, являются:

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

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

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

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

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

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

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

Выводы и полезное видео по теме

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

Процедура одноступенчатого цементирования скважины:

Специфика производства манжетного цементирования:

Технологические особенности двухступенчатого цементирования:

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

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

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

Как вам статья?