Основные способы цементирования скважин(2018г)

Содержание

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

Основные способы цементирования скважинПосле 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.

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».

Внимание!

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

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

Необходимое для работ оборудование

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

Способы заливки 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.

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.

Важно!

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.

Совет!

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

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

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.

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

Ответы к экзамены “Бурение скважин”. Часть 2 – Цементирование скважин

Цементирование скважин. Приготовление тампонажных растворов.

Цель цементирования – вытеснить буровой раствор тампонажным из затрубного пространства скважины и поднять последний на заданную высоту.

В результате этого предотвращается возможность движения любой жидкости или газа из одного пласта в другой через заколонное пространство, обеспечивается длительная изоляция продуктивных объектов от посторонних вод, укрепляются неустойчивые, склонные к обвалам и осыпям породы, обсадная колонна предохраняется от коррозии пластовыми водами и повышается ее несущая способность.

Процесс цементирования скважин состоит из следующих основных работ:

  • – приготовление тампонажного (цементного) раствора;
  • -закачка тампонажного раствора в скважину;
  • – подача тампонажного раствора в затрубное пространство;
  • -ожидание затвердения закачанного материала (цемента) – ОЗЦ;
  • – проверка качества цементировочных работ.

Важность качественного цементирования обусловлена тем, что это заключительный этап строительства скважин, поэтому неудачи при его выполнении могут свести к минимуму ожидаемый эффект, стать причиной неправильной оценки перспективности разведываемых площадей, появления «новых» залежей нефти и, особенно, газа в коллекторах, перетоков флюидов, газопроявлений и т.д.

Стоимость скважин, особенно глубоких, высока, а ущерб от некачественного их крепления может быть еще большим. Процесс цементирования скважин – операция необратимая, ремонт и восстановление их связаны со значительными затратами средств и времени.

Цементный раствор поступает в заколонное пространство, замещая находящийся там буровой раствор, и затвердевает в камень.

Назначение и функции, выполняемые цементным камнем:

1. Разобщение пластов, их изоляции, т.е. образование в стволе безусадочного тампона, внутреннюю часть которого составляет колонна обсадных труб.

Важным условием является равномерная толщина цементного камня со всех сторон.

Толщина цементного кольца не определяет качества разобщения пластов, однако влияет на формирование цементного камня или предопределяет его отсутствие.

2. Удержание обсадной колонны (ОК) от всевозможных перемещений; проседания под действием собственного веса, температурных деформаций, деформаций вследствие возникновения перепадов давления в колонне,

ударных нагрузок, вращений и т.д.

3. Защита ОК от действия коррозионной среды.

4. Повышение работоспособности ОК с увеличением сопротивляемости повышенным внешнему и внутреннему давлениям. Естественно, цементное кольцо должно быть сплошным и иметь при этом определенную физико-механическую характеристику.

5. Сплошное цементное кольцо, приобретая в процессе формирования камня способность к адгезии (цементный камень сцепляется с металлом труб, образуя интерметаллический слой), создает предпосылки к еще большему повышению сопротивляемости высоким внешним и внутренним давлениям.

Внимание!

Эксплуатация скважин требует устойчивой работы крепи, что обеспечивается формированием цементного камня вдоль ствола и заполнением им всего заколонного пространства, соответствием свойств камня (и всей крепи) требованиям, обусловленным внешними воздействиями (нагрузки, коррозия и т.д.).

Количественно оценить все факторы сложно, что объясняется скудностью исследовательского материала, сложностью моделирования процессов и сложностью получения достоверных результатов.

Основные трудности при этом заключаются в отсутствии информации (почти полное) об условиях, в которых предстоит формироваться цементному камню, и о свойствах материала, который образуется в скважине в результате замещения им бурового раствора.

Тампонажный раствор (ТР)

Раствор, получаемый после затворения тампонажного цемента водой (или другой жидкостью), обработанной хим.реагентами (или без них) для повышения качества раствора и камня или облегчения проведения технологического процесса, называют тампонажным.

ТР применяют для разобщения пластов в различных геолого-технических условиях:от 15 до 2500С и от 1,5 до 250 МПа в каналах заколонного пространстваразмером от неск.мм до 0,5 м,в каналах длинной от неск.сот и до неск. тысяч метров при наличии разнообразных пород в разрезе скв.

В таких условиях, используя цементный раствор лишь одного типа нельзя обеспечить герметичность заколонного пространства.Нужен ряда растворов, изготавляемых из разных цементов и обрабатываемых хим.реагентами, при использовании разл.схем приготовления.

Тампонажные цементы. из кот. изготовляют  ТР классифицируются по след.признакам:

  1. · вещественный состав: 1)без добавок, 2) с добавками
  2. · температура применения: 1)для низких t0(ниже +15), 2) для норм.t0 (от +15 до +50), 3)для умеренных t0 (от +50 до +100), 4) для повышенных t0 (от +100 до +150), 5)для высоких t0 (+150-250) 6)для сверхвысоких t0 (выше +250), 7) для циклически меняющихся t0
  3. · плотность ТР,(кг/м3): 1) легкие (ниже 1400), 2) облегченные (1400-1650), 3) нормальные (1650-1950), 4) утяжеленные (1950-2300), 5) тяжелые (выше 3000)
  4. · устойчивость тамп.камня к воздействию агрессивных пластовых вод, линейным деформациям тамп.камня при твердении.
  5. -устойчивые к хлоркальциево-натриевым водам
  6. -устойчивые к кислым (углексислым, сероводородным) водам
  7. -устойчивые к магнезиальным водам
  8. – устойчивые к полимерным водам
  9. · Также применяют ТР, в которых в качестве жидкости затворения применяют воду с солями (до насыщения),Тр на нефтяной основе, аэрированные ТР, быстросхватывающиеся составы для борьбы с поглощением при бурении скважин и др.

Водоцементное отношение- отношение массового кол-ва воды к массовому кол-ву цемента (В:Ц). Для цеметиования скважин прмиеняют ТР с В:Ц от 0,4 до 0,5.

В промысловой практике зачастую возникают условия, когда необходимо готовить тампонажный раствор для цементирования продуктивных и других интервалов в скважинах при ограниченном составе цементировочного оборудования и отсутствии смесительно-осреднительной установки.

Сложность выполнения цементировочного процесса в таких случаях заключается в необходимости частого переключения манифольдов, с изменением характера выполняемой каждым агрегатом технологической операции.

Буферная жидкость-промежуточная жидкость между буровым и ТР, которая способствует повышению качества цементирования скв. И облегчает проведение процесса цем-я. При отсутсвиии буф.жид-ти в зоне смешения бур.р-ра и ТР наблюдается рост давления в 1,4-1,8 раза.

Буферные жидкости деляться на:

  • -вязкоупругие
  • -вязкие: низковязкие (большинство буф.жид-тей) и низковязкие

Буф.жидкости классифицируют по их основе:

на водяной, на нефтяной, полимерной или на основе других орган.соединений.

Состав буферной жид-ти:

  1. -Однофазные: вода, вода с растворенными материалами, нефть, газ, кислоты (соляная)
  2. -Двухфазные: жидкость + твердые нерастворимые (обычно абразивные) добавки (нефть с песком, вода с цементом)
  3. -Трехфазные: жидкая фаза (вода, нефть)+ газообразная фаза (азот, воздух)+ твердые в-ва (например кварц.песок)
  4. -Многофазные: жидкость, газообразные в-ва, хим.реагенты, твердые в-ва

Применяют следующие виды буф.жидкости: утяжеленные, аэрированные, комбинированные, эрозионные, незамерзающие, растворы кислот,вода, жид-ти с низким показателем фильтрации, нефть и нефтепродукты, вязкоупругий разделитель.

Важно!

Выбор буф.жикости базируется на лаб.проверке,ее совместимостью с буровым раствором и ТР.

Эффект применения буф.жид-тей возрастает с увеличением времени их воздействия на стенки скважины,с увеличением объема закачиваемых жид-тей качество цементирования улучшается.

Цементировочное оборудование

  • -Цементировочный агрегат (ЦА):для приготовления, закачки и продавливания ТР и др. растворов в скв.и за колонну и вымывания излишков р-ра из скв.;
  • промывки скв.через спущенную колонну ОК; обработки призабойной зоны скв. и др.операций
  • -Цементно-смесительная машина (СМ): для транспортировки сухих тампонажных материалов и механизированного приготовления ТР.
  • -Самоходный блок манифольдов (БМ).
  • -Станция контроля процесса цементирования (СКЦ).
  • -Осреднительная емкость.
  • -Цементировочная головка: для обвязки устья скв.
  • -Трубопроводы и арматура (можно производить прямую и обратную промывки,продавка в пласт ТР через заливочные трубы и кольцевое пространство) для обвязки оборудования.

Основные способы цементирования:

1)Прямое одноступенчатое цементирование.

2)Двухступенчатое цементирование– это раздельное последовательное цементирование двух интервалов в скважине (сначала нижнего, затем верхнего).

Способ позволяет:

-снизить давление на пласт при высоких уровнях подъема ТР;- увеличить высоту подъема ТР в заколонном пространстве без значительного роста давления нагнетания;- уменьшить смешение ТР с ПЖ в заколонном пространстве;- избежать воздействия высоких температур на ТР, используемый в верхнем интервале (можно оптимизировать выбор ТР).

3) Манжетное цементирование применяется , когда попадание ТР ниже интервала цементирования нежелательно.

Для этого ОК оборудуется манжетой или специальным пакером для манжетного цементирования.

ТР нагнетается через перфорированный участок ОК над манжетой (пакером) и не попадает в затрубное пространство ниже манжеты (пакера).

4) Цементирование потайной колонны

Спуск потайной колонны осуществляют на колонне бурильных труб (БК), с которой они соединены разъединителем с левой резьбой.

Используют способ одноциклового цементирования с одной разделительной пробкой, состоящей из двух частей:

проходной (нижней) пробки, имеющей наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру цементируемых ОТ, которая  закрепляется шпильками в разъединителе;

упругой пробки малого диаметра (верхняя), которая может свободно проходить по колонне бурильных труб.

Упругую пробку вводят в БК вслед за ТР. Под давлением продавочной жидкости она опускается до проходной пробки и задерживается в ней.

Давление возрастает, шпильки срезаются, и обе пробки как одно целое перемещаются вниз.

При  посадке пробок на упорное кольцо происходит скачок давления нагнетания.

Для промывки БК от остатков ТР в нижнем переводнике разъединителя с помощью шара, сбрасываемого в колонну, открывают проточные отверстия. После ОЗЦ бурильную колонну отсоединяют и поднимают.

5) Установка цементных мостов

Цементный мост – прочная газонефтеводонепроницаемая перемычка, устанавливаемая в скважине с целью перехода на вышележащий объект, забуривания нового ствола, ликвидации проявления и поглощения, укрепления неустойчивой кавернозной части ствола, консервации или ликвидации скважины.

Совет!

Для установки моста цементный раствор (ЦР) закачивают через БК или колонну НКТ, спущенную до нижней отметки интервала установки моста.

Чтобы предотвратить смешивание ЦР с ПЖ используют буферную жидкость, разделительные пробки и т.п.

По мере выдавливания ЦР в ствол скважины колонну поднимают и, когда ее нижний конец окажется выше уровня ЦР, промывают по методу обратной циркуляции.

Чтобы ЦР не погружался в ПЖ ниже места установки моста устанавливают разделитель (тампон, пакер и т.п.).

6) Обратное цементирование

Способ заключается в закачивании ТР с поверхности непосредственно в затрубное (межтрубное) пространство и вытеснении находящейся там промывочной жидкости через башмак ОК и по ней на поверхность.

Способ применяют при цементировании ОК, перекрывающих пласты большой мощности, которые подвержены гидроразрыву при небольших перепадах давления, а также при комбинированном способе цементирования, когда нижняя часть ствола цементируется по технологии прямой циркуляции, а верхняя – по технологии обратной циркуляции.

Расчет цементирования скважин

Перед  началом  цементирования  скважины  необходимо  определить:

1)   количество сухого цемента, т;

2)   количество воды, потребной для приготовления цементного раствора или нефтепродуктов для нефтецементных растворов, т;

3)   количество жидкости, потребной для продавки раствора в пласт, м3;

4)   продолжительность процесса цементирования, ч;

5)   давление в трубах и в затрубном пространстве в конце продавки раствора,кгс/см2;

6)   число и тип цементировочных агрегатов и   цементосмесительных машин.

Источник: http://shpori-vsem.ru/geologia/222-burenie-skvajin.html?start=13

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.

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.

Внимание!

Следует использовать в процессе проведения расчетов и опыт осуществления таких работ в определенном районе.

Рисунок 1. Схема процесса одноступенчатого цементирования.

Цементирование допустимо производить разными методами подачи смеси в затрубное пространство, более того, могут быть применены в процессе проведения работ и различные приспособления.

Цементирование скважин может предполагать прямую подачу смеси, такая схема предполагает поступление цемента во внутреннее пространство обсадной колонны с последующим его прохождением непосредственно до башмака и дальнейшим поступлением в затрубное пространство, при этом поступление раствора производится снизу вверх. При обратной схеме закачка производится в обратном порядке, сверху вниз.

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

На рис. 1 можно увидеть изображение схем процесса одноступенчатого цементирования. «I» — старт подачи смеси в ствол.

«II» — это подача смеси, нагнетаемой в скважину, когда раствор перемещается вниз по обсадной колонне, «III» — это старт продавливания тампонажного состава в затрубное пространство, «IV» — это заключительный этап продавливания смеси.

На схеме

  • 1 — манометр, который отвечает за контроль уровня давления;
  • 2 — цементировочная головка;
  • 3 — пробка, расположенная сверху;
  • 4 — нижняя пробка; 5 — обсадная колонна;
  • 6 — стены скважины;
  • 7 — стоп-кольцо;
  • 8 — жидкость, предназначенная для продавливания тампонажной смеси;
  • 9 — буровой раствор;
  • 10 — цементная смесь.

Схема цементирования с двумя пробками.

Двухступенчатое цементирование применяется, когда скважина имеет значительную глубину. Технологический процесс делится на поочередное заполнение отдельных интервалов посредством применения оборудования.

Манжетное цементирование, в отличие от вышеперечисленных способов, предполагает защиту части ствола от прохождения тампонажной смеси. Манжета позволяет изолировать участок, располагающийся на протяженности продуктивного пласта.

Скважина может иметь скрытые колонны и секции, их цементирование можно выделить в отдельную группу.

Важно!

Осуществление цементирования скважин, независимо от выбранного метода проведения работ, преследует цель изгнания из затрубного пространства раствора, образованного бурением, что возможно путем помещения туда тампонажного раствора.

  • Цементирование обеспечивает полное заполнение тампонажной смесью интервала ствола;
  • устранение промывочной жидкости посредством проникновения цементной смеси в рамках интервала, предназначенного для цементирования;
  • защиту тампонажной смеси от проникновения промывочной жидкости; образование цементного камня, который характеризуется значительной устойчивостью к разного рода воздействиям в виде глубинных нагрузок;
  • отличное сцепление цементного камня со стенами скважины и с поверхностью обсадной колонны.

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

Схема цементировочной головки.

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

Цементируется скважина только раствором с тщательно подобранным составом, который будет зависеть от структуры грунтовых слоев.

Для того чтобы более плотно была произведена цементация затрубного пространства, необходимо применять увеличивающийся в объеме раствор.

Если скважина обустроена в толще пористой горной структуры, то при ее цементировании нельзя использовать обычный цементный раствор, так как он станет поступать в толщу геологической структуры, и это станет причиной большого перерасхода материала.

По этой причине, если при предварительном геологическом обследовании были обнаружены пористые слои грунта, следует использовать смесь, которая имеет в составе волокнистый наполнитель на базе тростника, асбеста, бумаги и иных материалов волокнистого типа.

Схема заканчивания скважины открытым забоем.

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

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

Необходимо произвести качественную промывку скважины и самого затрубного пространства обычной водой, что позволит очистить пространство от буровых остатков почвы.

Совет!

Если пренебречь этим этапом, то это может стать причиной недостаточного заполнения смесью нужного пространства.

В дальнейшем это приведет к перемещению почвы и повреждению обсадной трубы.

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

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

Для того чтобы цементировать скважину, оборудование можно установить на грузовых автомобилях.

Стоит помнить, что цементирование будет проведено качественно, если в процессе осуществления работ будет использован квалифицированный труд, а также материалы, оборудование и инструменты, которые предназначены для выполнения поставленной задачи.

Источник: http://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.

Внимание!

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.

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

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

Цементирование скважин затрубное и оборудование

Когда буровые работы полностью окончены и машина достигла забоя скважины, необходимо осуществить грамотное цементирование скважин.

Такой процесс позволяет полностью вытеснить из ствола колодца весь буровой раствор, и укрепить трубу.

Кроме того, цементирование скважин позволяет добиться и таких эффектов:

  • Объединение двух и более водоносных горизонтов, что способствует увеличению общего дебита рабочей скважины;
  • Усиление и укрепление обсадной трубы скважины. В результате затвердения цементного раствора в околоскважинном пространстве труба полностью защищена от природных смешений пластов грунта и выхода из строя трубы;
  • Защита обсадной трубы от коррозии в течение всего срока эксплуатации. Здесь стоит отметить, что слишком высокие затраты на проведение цементации полностью окупаются длительным сроком службы готового источника.

Цементирование скважин должны проводить только опытные профессионалы

В ходе выполнения всего процесса работ цементный раствор закачивается в околотрубное пространство, после чего вытесняет своей массой всю первичную буровую жидкость. В процессе застывания такой раствор принимает форму и крепость камня.

Пример многоступенчатой скважины с цементными кондукторами

В первую очередь после проведения расчетов необходимо подготовить нужное количество раствора.

Для этого проводят установку специального смесителя и используют портландцемент.

Именно это вещество является максимально прочным и устойчивым к различным механическим повреждениям после застывания.

  • Готовый раствор закачивается в околотрубное пространство непосредственно после приготовления, поскольку имеет высокий порог застывания (то есть очень быстро стынет).
  • Следующими этапом является затвердевание раствора. На это может уйти разное количество времени в зависимости от глубины скважины, толщины околотрубного пространства, марки и типа цементной смеси.
  • На конечном этапе выполняется проверка выполненных работ, и качество цементирования скважин, а именно — испытание застывшего раствора на прочность.

В случае с водой, напомним, что большое её количество в растворе позволяет лучше заполнить все околотрубные пространства, но при этом скорость застывания цемента и его прочность оставляют желать лучшего. Поэтому так важен первичный расчет. А различные виды добавок позволяют усилить свойства готового цементного раствора, что также требует проведения глубокого анализа и расчета.

Необходимое оборудование

Установка такого агрегата в непосредственной близости к скважине позволяет готовить раствор и подавать его к месту назначения в непрерывном процессе

Для выполнения работ по вытеснению бурового вещества, контроля над  процессом работ и укрепления обсадной трубы различными способами применяется специальное оборудование для цементирования скважин. Машины чаще всего являются массивными и имеют крупные габариты. Поэтому все агрегаты располагаются на тяжёлой автомобильной платформе и работают от автомобильного двигателя.

Установка такого агрегата в непосредственной близости к скважине позволяет готовить раствор и подавать его к месту назначения в непрерывном процессе.

Составляющими агрегата являются:

  • Специальный растворосмеситель (миксер);
  • Насосное оборудование для перекачки готового раствора.

Методы закачки готового цементного раствора

Профессионалы при проведении цементации используют три основных способа работ, в зависимости от глубины и сложности скважины:

  • Сплошная или одноступенчатая цементация;
  • Двухступенчатое цементирование;
  • Цементация манжетного типа;
  • Обратная цементация.

Все способы рассмотрим более подробно.

Цементирование одноступенчатое

Схема одноступенчатого цементирования скважины

Такой способ цементирования еще называется сплошной. Особенностями данного метода заливки околоскважинного пространства являются:

  • В обсадную трубу устанавливается пробка, которая играет роль своеобразного моста-ограничителя для готового раствора;
  • При помощи установки насосного оборудования готовый состав под большим давлением закачивается непосредственно в обсадную трубу скважины;
  • Сверху на залитый цементный раствор производят установку верхней пробки, которую методом нажима опускают, заставляя всю цементную смесь достигнуть дна скважины и выйти в околотрубное пространство;
  • Благодаря высокому напору загруженная цементная смесь выталкивается из забоя скважины и поднимается наверх до самого устья;
  • Остаётся дать цементу застыть (а это требует дополнительного контроля со стороны специалистов).

Цементирование скважин таким способом считается самым быстрым и простым. Но есть одно но:

Подробнее о процессе выполнения работ смотрите на видео.

Если скважина слишком глубокая

В этом случае профессионалы используют двухступенчатый способ цементирования. Схема работ в этом случае выглядит так:

  • Скважина делится на два уровня при помощи специального кольца-моста. В результате получаются два участка.
  • Раствор заливается сначала в нижний отсек скважины. Затем — в верхний.

Такая технология цементации используется, если температурные показатели на всей глубине скважины различаются существенно, а количества готового раствора не достаточно для единоразовой загрузки по всему периметру скважины.

Манжетный способ

Этот метод цементирования используется в тех случаях, когда необходимо закрепить только верхнюю часть обсадной трубы.

Здесь на необходимой отметке трубы крепится специальный мост-манжета, который играет роль ограничителя для поступающего раствора.

Важно: для использования такой технологии необходимо предусмотреть перфорацию в трубе для монтажа моста.

Обратное цементирование

Этот способ проведения работ не нашёл широкого применения в кругах профессионалов. Принцип работ прямо пропорционален однофазной цементации.

Здесь раствор загружается непосредственно в околотрубное пространство, но даже самый тщательный контроль не позволяет установить качество выполненных работ и уровень крепости застывшего раствора.

Подробнее о способе цементирования однофазном и его технологии вы можете узнать из фото и видео, приложенных в тексте.

Источник: http://VodaKanazer.ru/vodosnabzhenie/skvazhiny/cementirovanie-skvazhin.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.

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

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.

Важно!

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.

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

Технология цементирования нефтяных и газовых скважин

Технология цементирования складывалась на основе многолетнего практического опыта и совершенствовалась с использованием достижений науки и техники.

На современном уровне она включает систему отработанных норм и правил выполнения цементировочных работ, а также типовые схемы организации процесса цементирования.

В каждом конкретном случае технологию цементирования уточняют в зависимости от конструкции и состояния  ствола скважины,
протяженности цементируемого интервала, горно-геологических условий, уровня оснащенности техническими средствами и опыта проведения цементировочных работ в данном районе.                                                                                                                    Применяемая технология должна обеспечить:

— цементирование предусмотренного интервала по всей его протяженности;

— полное   замещение   промывочной   жидкости   тампонажным   раствором   в   пределах цементируемого интервала;

–предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости;

–получение цементного камня с необходимыми механическими свойствами, с высокойстойкостью и низкой проницаемостью; обеспечение хорошего сцепления цементною камня с обсадной колонной и стенками скважины.

При разработке технологии цементирования для конкретных условий прежде всего подбирают такой способ который должен обеспечить подъем тампонажного раствора на заданную: высоту, заполнение им всего предусмотренного интервала (а если есть необходимость, то и защиту некоторого интервала от проникновения тампонажного раствора), предохранение тампонажного раствора от поподания в него промывочной жидкости при движении по обсадной колонне.

Наиболее полное замещение промывочной жидкости происходит при турбулентном  режиме (98%), худшие показатели (4 2%) дает струйный режим. Для наиболее полного замещения промывочной жидкости рекомендуется ряд мероприятий

I. – начало подачи цементного раствора в скважину; II-подача закачинноий порции
цементного раствора по обсадной колонне; III- начало продавки в затрубное пространство;        IV – окончание продавки.

1 -манометр; 2 – цементировочная головка; 3 – верхняя пробка; 4 -нижняя пробка; 5
цементируемая обсадная колонна; 6 – стенки скважины; 7 – стоп-кольцо; 8- продаво
жидкость; 9 – буровой раствор; 10 – цементный раствор

— тщательное регулирование реологических свойств промывочной жидкости, заполняющей скважину перед цементированием, с целью снижения вязкости и статического напряжения сдвига до минимально допустимых значений;

— нагнетание тампонажного раствора в затрубное пространство со скоростями течения, обеспечивающими турбулентный режим;

— применение соответствующих буферных жидкостей на разделе промывочной жидкости и тампонажного раствора;

— расхаживанне или вращение обсадной колонны при подаче тампонажного раствора в затрубное пространство;

— применение полного комплекса технологической оснастки обсадной колонны.

При разработке технологии подбирают тампонажный материал, рецептуру и свойств тампонажного раствора, определяют режим закачки и продавки тампонажного раствора, суммарную продолжительность цементировочных работ и промежуток времени, необходимый для формирования в затрубном пространстве цементного камня с достаточной прочностью, позволяющей возобновитьработы в скважине.

Одноцикловое цементирование с двумя пробками

Способ одноциклового цементирования с двумя пробками (рис. 9,1.) был предложен в 1905 г. бакинским инженером А. А. Богушевским.

По этому способу после завершения подготовительных работ в колонну вводят нижнию  пробку с проходным каналом, временно перекрытым диафрагмой.

На верхний конец колонны навинчивают цементировочную головку и приступают к закачке тампонажного раствора, который тут же приготавливают в смесительной установке.

Когда весь расчетный объем цементного раствора закачан в скважину, освобождают верхнюю пробку, которая до этого удерживалась в цементировочной головке шпильками.

Совет!

Начиная с этого момента в обсадную колонну подают продавочную жидкость, под давлением которой верхняя пробка гонит в низ столб цементного раствора.

Вследствие своей более высокой плотности цементный раствор под собственным весом вытесняет промывочную жидкость, что отмечается по падению давления на цементировочной головке.

Как только нижняя пробка достигнет упорного кольца, давление над ней повысится и   под его воздействием диафрагма, перекрывающая канал в нижней пробке, разрушится; при этом насподается повышение давления на 4 – 5 МПа.

После разрушения диафрагмы раствору открывается путь в затрубное пространство. Объем   продавочной   жидкости,   закачанной   в   скважину,   непрерывно   контролируют.   Когда  до окончания продавки остается 1 – 2 м3продавочной жидкости, интенсивность подачи резко снижают.

Закачку прекращают, как только обе пробки (верхняя и нижняя) войдут в контакт; этот момент отмечается по резкому повышению давления на цементировочной головке. В обсадной колонне под упорным кольцом остается некоторое количество раствора, образующего стакан высотой 5 – 20 м.

 Если колонна оснащена обратным клапаном, можно приоткрыть краны на цементировочной головке и снизить давление.

Двухступенчатое (двухцикловое) цементирование

Двухступенчатым цементированием называется раздельное последовательное цементирование двух интервалов в стволе скважины (нижнего и верхнего). Этот способ по сравнению с предыдущим имеет ряд преимуществ. В частности он позволяет:

–снизить гидростатическое давление на пласт при высоких уровнях подъема цемента,

–существенно увеличить высоту подъема цементного раствора в затрубном пространстве без значительного роста давления нагнетания,

–уменьшить загрязнение цементного раствора от смешения его с промывочной жидкостью в затрубном пространстве,

–избежать    воздействия    высоких    температур    на    свойства    цементного

раствора, используемого в верхнем интервале, что, в свою очередь,

позволяет более правильно подбирать цементный раствор по условиям

цементируемого интервала;

Для осуществления двухступенчатого цементирования в обсадной, колонне на уровне. соответствующем низу верхнего интервала, устанавливают специальную заливочную. муфту (рис.9.2.).

Подготовку скважины к цементированию ведут тем же путем, что был описан выше.

После промывки скважины и установки на колонну цементировочной головки приступают к закачке первой порции цементного раствора, соответствующей цементируемому объему первой ступени.

Закачав нужный объем цементного раствора, в колонну вводят верхнюю пробку первой ступени, которая
беспрепятственно проходит через заливочную муфту (рис. 9.2, а). Продавочной жидкостью вытесняют раствор в затрубное пространство.

После закачки объема продавочной жидкости, равного внутреннему объему обсадной колонны в интервале между заливочной муфтой и упорным кольцом, освобождают находящуюся в цементировочной головке нижнюю пробку второй ступени.

Достигнув заливочной муфты, пробка садится во втулку и под давлением смещает ее вниз, открывая сквозные отверстия в муфте (рис. 9.8, б). Сигналом открытия отверстий является резкое падение давления нагнетания.

Внимание!

Существуют две разновидности способа двухступенчатого цементирования, По одной из них тампонажный раствор для цементирования второй ступени закачивают тотчас за нижней пробкой второй ступени – это так называемый способ непрерывного цементирования.

В другом случае после открытия отверстий в заливочной муфте возобновляют циркуляцию бурового раствора, а тампонажный раствор второй ступени подают в скважину спустя некоторое время, например требуемое для схватывания раствора первой порции, такое цементирование называется двухступенчатым с разрывом.

Этот способ позволяет повысить качество цементирования нижнего интервала а счет регулирования гидродинамического давления в затрубном пространстве.

Третью пробку (верхняя пробка второй ступени) вводят в колонну после подачи всего расчетного объема раствора для цементирования второй ступени. За третьей пробкой в скважину нагнетают продавочную жидкость.

Эта пробка задерживается в заливочной муфте и под давлением сменает вниз втулку, которая перекрывает отверстия. Резкое повышение давления сигнализирует о завершении цементирования.

После этого скважину оставляют в покое для формирования цементного камня.

Манжетный способ цементированияРис. 9.3. Манжета для манжетного цементирования; 1′ обсадная труба; 2 -заливочные отверстия; 3 – манжета; 4 -муфта; 5 – клапанРис. 9.2. Заливочная муфта для ступенчатого цементирования: а – при цементировании перойступени; б – при цементировании второй ступени; 1 -корпус; 2 – верхнее седло; 3 – верхняя втулка; 4 – заливочные отверстия; 5 -нижнее седло; 6 – нижняя втулка

Манжетный способ цементирования применяют в тех случаях, когда необходимо предупредить

загрязнение цементным раствором продуктивных горизонтов с низким пластовым давлением или избежать попадания цементного раствора в зону расположения фильтра. Против нижней отметки

интервала цементирования в обсадной колонне устанавливают муфту с проходными отверстиями для пропуска раствора в затрубное пространство и металлической или брезентовой манжетой снаружи (рис. 9.3).

При закачке цементного раствора манжета раскрывается и перекрывает затрубное пространство таким образом, что раствор может проходить только в одном направлении – вверх. Внутри колонны ниже муфты помещают клапан, который перекрывает доступ в нижнюю часть колонны .

Цементирование потайных колони и секций

Спуск обсадной колонны секциями, а также потайной колонны осуществляют на колонне бурильных труб, с которой они соединены переводником с левой резьбой. Для цементирования секций и потайных колонн используют способ одно-циклового цементирования с одной разделительной пробкой.

Она состоит из двух частей: проходной пробки, имеющей наружный диметр, соответствующий внутреннему диаметру цементируемых труб (она закрепляется шпильками на разъединителе нижнего конца бурильной колонны), и упругой пробки малого  диаметра, которая свободно может проходить по колонне бурильных труб.

Упругую пробку вводят в бурильную колонну вслед за тампонажным раствором, под давлением продавочной жидкости она опускается до проходной пробки и задерживается в ней.

Под воздействием возрастающего давления шпильки, удерживающие проходную пробку на бурильной олонне срезаются, и обе пробки как одно целое перемещаются вниз до упорного кольца.

Сигналом полного
продавливания раствора в затрубное пространство служит повышение давления нагнетания.

Для промывок колонны бурильных труб от оставшегося в них цементного раствора в нижнем переводнике с помощью шара сбрасываемого в колонну, открывают проточные отверстия. Потоком промывочной жидкости остатки цементного раствора вымываются из колонны.

Способ обратного цементирования

Под обратным цементированием понимается такой способ, когда цементный раствор с поверхности закачивают прямо в затрубное пространство, а находящийся там буровой раствор через башмак, поступает в обсадную колонну и по ней выходит на поверхность.

Способ обратного цементирования уже давно привлекает внимание специалистов, однако широкого промышленного применения пока не получил  силу ряда технических трудностей, и в первую очередь сложности контроля момента достижения цементным раствором низа обсадной колонны и надежного обеспечения высокого качества

цементирования в этой наиболее ответственной части.

Установка цементных мостов

В отдельных случаях возникает необходимость в обсаженном или открытом стволе скважин надежно изолировать от остальной его части отдельный интервал (например, при проведении испытаний пластов  в  обсаженной  скважине  последовательно  от  нижнего  к  верхнему,  при  переходе   на эксплуатацию вышележащего продуктивного горизонта и т. п.). Самый распространенный на практике способ  изоляции   нижнего   интервала  скважины   –  создание  в  стволе   цементного  моста.   Его устанавливают также при необходимости создания искусственного забоя (например, при искривлении ствола скважины и т.п.)

Цементный мост представляет собой цементный стакан в стволе высотой в несколько десятков метров, достаточно для создания надежной и не пронецаемой изоляции.

9.9.

ОСОБЕННОСТИ КРЕПЛЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

В настоящее время в отечественной практике горизонтальный участок ствола скважины или ствол с большим углом отклонения от вертикали, как правило, оставляли не зацементированным в лучшем случае его обсаживают колонной или хвостовиком с щелевидными фильтрами в интервале продуктивного пласта. Однако этот способ заканчивания скважин имеет ряд существенных недостатков.

  1. Прорыв газа или воды на любом участке горизонтального ствола скважины в интервале продуктивного пласта может привести к потере скважины в целом.
  2. Возникают труднопреодолимые проблемы при необходимости стимулирования скважины путем кислотной обработки или гидроразрыва продуктивного пласта,
  3. Невозможным становится точное регулирование добычи или нагнетания жидкости в интервалах пласта, имеющих различную проницаемость.

По этой причине, хотя цементирование и перфорация более дороги и могут загрязнить, пласт, и ограничить темп добычи (или нагнетания) в некоторых породах, преимущества его в  борьбе с указанными выше проблемами перевешивают эти недостатки.

В первые десять лет практики цементирования горизонтальных и наклонно направленных скважин применялась обычная стандартная технологическая оснастка обсадных колонн.

Однако оказалось, что она не обеспечивает нормальной работы в условиях, когда сама оснастка находится в наклонном положении, либо когда ствол скважины в наклонном или горизонтальном положении отличается от вертикального ствола наличием желобных выработок либо зашламленностью нижней его части.

Оказалось, что обратные клапаны с неподпружиненным шаровым затвором перестали  надежно закрываться, а в случае когда шаровой затвор подпружинен, шары размываются при промежуточных промывках и не перекрывают затвор.

Поэтому в зарубежной практике пошли путем усложнения конструкции клапанов.

У нас обратные дроссельные клапаны остались с шаровыми затворами, но дроссели, расположенные ниже шаровых затворов, были усовершенствованы и обеспечивали заполнение спускаемой обсадной колонны жидкостью из скважины на 95 % ее длины, не допуская при этом сифона — перелива жидкости из колонны на устье скважины.

Испытания в промысловых условиях показали, что в сравнении с клапанами типа ЦКОДМ этот клапан надежно работает в наклонном и горизонтальном положениях.

При этом шар не имеет заметного износа при циркуляции через клапан абразивного бурового раствора в течение 30 ч при расходе до 60 л/с.

Идеальным центратором является жесткий спиральный центратор, наружный диаметр которого меньше диаметра ребер стабилизатора, применявшего при бурении скважин.

При цементировании обычных вертикальных или наклонных скважин рекомендовано применение нижних разделительных пробок для предупреждения образования смеси тампонажного раствора с буферной жидкостью при движении их внутри колонны.

При этом устраняетеся также опасность загрязнения наиболее ответственной последней порции тампонажного раствори буровым, прилипшим к внутренней поверхности обсадной колонны в виде пленки, снимаемой со стенки манжетами

продавочной пробки. По этой причине предусматривают оставлять в колонне цементный стакан до 20м между башмаком колонны и кольцом “стоп”.

При цементировании горизонтальных скважин комплектное применение продавочных и нижних пробок становится обязательным, так как наличие цементного стакана внутри колонны в пределах продуктивного пласта вообще недопустимо по экономическим соображениям.

В НПО “Бурение” разработан и подготовлен к серийному производству комплект разделительных пробок типа КРПФ который включает, кроме верхней пробки1и нижней2 ещеи специальное кольцо “стоп”-3.

От зарубежных наш комплект пробок выгодно отлечается наличием фиксаторов 7, позволяющих фиксировать пробки между собой, а комплект в целом – на кольце “стоп”,тем самым подстраховывая функцию обратного клапана.

Источник: http://zinref.ru/000_uchebniki/0000AZS/001_00_Konspekt_lektsiy_Tekhnologia_burenia_2008/049.htm

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.