Цементирование скважин – основные особенности процесса. Цементаж скважин
способы, оценка качества, цементный мост, видео-инструкция по монтажу своими руками, фото
Если производитель работ по бурению скважины на вашем участке сделал заключение, что источник нуждается в дополнительном укреплении, не стоит игнорировать рекомендацию, так как ваш водозабор может разрушиться через несколько лет. Цементирование скважин – достаточно сложный технологический процесс, позволяющий укрепить столб источника и сделать его практически неподверженным повреждениям.
С помощью данной технологии из пространства вокруг трубы вытесняется буровой раствор и закачивается цементный – получается монолитная конструкция
Суть процесса заключается в заполнении околотрубной полости специальным цементным раствором, который еще называется тампонажным. После его застывания и набора прочностных характеристик получается материал, по твердости практически не уступающий камню.
Основные виды работ, проводимых в рамках процесса
Отметим сразу, что провести работы своими руками без специального оборудования практически невозможно, высокое качество работ достигается только при неукоснительном соблюдении всех стадий технологического процесса. Цена данной услуги достаточно высока, но эти затраты полностью оправданны.
Весь рабочий процесс можно разделить на несколько основных этапов, рассмотрим каждый из них подробнее:
- Приготовление специального раствора для заполнения полости. Так как к составу предъявляются самые высокие требования, в нем лучше всего использовать специальный тампонажный портландцемент, который обеспечивает раствору высочайшие показатели прочности.
Тампонажный цемент – лучшее решение для укрепления скважин
- Готовый тампонажный состав необходимо доставить к скважине, так как он достаточно быстро застывает, проще всего использовать специальное оборудование на автомобильной платформе, в этом случае все необходимые операции будут проводиться прямо на месте.
- Далее производится закачка затрубного пространства цементным составом. Эта операция может производиться двумя способами, каждый из которых мы рассмотрим ниже.
- После этого необходимо дать раствору застыть и набрать определенные прочностные характеристики. Необходимое время зависит от нескольких факторов: марки раствора, глубины скважины и особенностей проведения работ.
- Также необходима проверка качества работы и выявление всех факторов: толщина слоя, равномерность заполнения и другие факторы.
Для улучшения эксплуатационных свойств тампонажного раствора применяются различные добавки, с помощью которых достигаются высочайшие показатели надежности
Важно! Перед началом работы необходимо проведение многочисленных расчетов, которые должны учитывать все особенности цементируемой скважины. На их основании составляется подробный план проведения работ.
Статьи по теме:
Основные методы закачивания раствора
Способы цементирования скважин подразделяются на виды в зависимости от того, как подается тампонирующий раствор в затрубное пространство и какие для этого используются приспособления. Широко применяется несколько основных методов, которые мы и рассмотрим.
Цементирование сплошного типа или одноступенчатое
Этот способ имеет следующие особенности:
- Состав закачивается прямо в обсадную колонну с помощью специального устройства.
- Раствор продвигается по всей колонне вплоть до его основания – башмака.
- Далее смесь заполняет все затрубные полости, двигаясь снизу вверх – от основания к поверхности.
Промышленные организации чаще всего используют именно этот способ, так как с его помощью можно добиться гораздо лучшего результата. Чаще всего работы производятся за один цикл, при таком варианте важно, чтобы весь необходимый объем тампонажного состава был закачан в скважину и продавливался сразу же в затрубное пространство.
Проведение работ по цементированию за один цикл
Рассмотрим особенности проведения процесса:
- Вначале обычно проводится очистка всех полостей. Скважина заполняется промывочной жидкостью.
- Работа начинается с ввода в скважину специального устройства – нижней пробки, которая будет служить ограничителем.
- Далее начинается закачка необходимого объема раствора, в процессе чего пробка постепенно опускается вниз.
- Когда весь раствор загружен в скважину, ставится верхняя пробка и начинается продавливание смеси вниз по столбу скважины, пока нижняя пробка не упрется в ограничительное кольцо внизу системы.
- Продавливание продолжается до тех пор, пока верхний ограничитель не упрется в нижний и весь раствор уйдет в межтрубное пространство, поднимаясь по нему снизу вверх по мере заполнения.
Двухступенчатая система
Этот способ имеет свои особенности, которые мы и рассмотрим:
- Все работы производятся следующим образом: отдельно заделывается нижний уровень, а отдельно – верхний. Это необходимо в случаях, когда температурные показатели уровней значительно различаются или количество раствора, необходимого для проведения работ, слишком велико.
- Еще до начала работ для разграничения слоев ставится специальное устройство: разделительное кольцо.
Кольцо часто представляет собой специальный самозаклинивающийся протектор
- Существует два способа проведения работ. При первом вначале заливается нижний слой, а после его застывания в полость закачивается верхний. Второй способ предполагает одновременное закачивание смеси как снизу, так и сверху.
Данный метод чаще всего применяется при большой глубине объекта, для его реализации требуется наличие достаточно серьезного промышленного оборудования.
Цементирование манжетного типа
Этот способ применяется в случаях, когда надо изолировать только верхнюю часть скважины. Определяется необходимый уровень, до которого будет производиться заполнение. На этой отметке на обсадной трубе закрепляется специальный манжет.
Для заполнения раствором в колонне должна быть предусмотрена перфорация.
Способы заполнения раствором затрубного пространства при двухступенчатом и манжетном способах
Обратное цементирование
Этот способ отличается от вышеперечисленных:
- Раствор закачивается не через обсадную колонну, а через полости поступает в затрубное пространство.
- Раствор, по мере поступления выталкивает жидкость через обсадную трубу.
Большого распространения этот способ не получил, так как очень сложно проконтролировать, когда раствор достигнет низа колонны. Кроме того, при этом методе нельзя контролировать, что раствор внизу обладает всеми необходимыми свойствами прочности.
Замечание. Обычно заказчик не выбирает конкретный способ проведения работ, его определяет исполнитель в зависимости от особенностей скважины и собственного парка оборудования.
При обратном цементировании цементная смесь идет по полости, выталкивая буровой раствор через обсадную трубу
Факторы, от которых зависит состав раствора для цементирования
Раствор, приготавливаемый для заполнения околоскважинного пространства, может отличаться по составу в зависимости от условий, в которых он применяется:
- Чем выше температура, тем быстрее схватывается раствор – это фактор следует учитывать всегда.
- Чем выше содержание воды в растворе, тем он лучше заполняет все полости. Но при этом состав гораздо дольше сохнет и при застывании набирает меньшие показатели прочности.
Чем жиже раствор, тем меньше его прочность после высыхания
- Виды цементов и добавки к ним. Для работ применяются самые различные типы цемента: от специальных тампонажных сортов до кварцевых, волокнистых и саморасширяющихся составов. А добавки могут придать составу поистине уникальные свойства, но и их стоимость достаточно высока.
Какое оборудование применяется при производстве работ
Набор необходимых агрегатов достаточно обширен, они обладают значительным весом и внушительными габаритами, поэтому чаще всего их располагают на платформе мощной автотехники, как отечественного, так и зарубежного производства.
Автомобиль несет на себе целый комплекс оборудования, которое способно приготовить раствор и под давлением продавить его даже на самую большую глубину
Источником энергии для данных комплексов оборудования служит двигатель автомобиля, поэтому они не зависят от прокладки энергетических магистралей.
Автомобильная установка самостоятельно проводит весь технологический цикл:
- Вначале в емкость добавляется точно дозированное количество цемента, после чего подается определенный объем воды.
- Смесь тщательнейшим образом перемешивается и полностью готова к использованию.
- Далее специальное насосное оборудование под высоким давлением подает состав в обсадную колонну.
Аспекты контроля качества работ
На фото: для проверки применяются специальные передвижные станции
После окончания работ и застывания раствора проводится оценка качества цементирования скважин.
Существует множество методов проверки, мы подробнее остановимся на основных трех:
- Радиологический способ – в этом случае в скважину помещается специальный прибор с гамма—излучением, оно фиксируется датчиками, разнесенными радиально по всей поверхности. Метод прост: если при спуске диаграммы равномерны и не различаются по всей высоте скважины – работы проведены на высоком уровне, если присутствуют скачки – бетонирование проведено с браком.
- Акустический способ – суть его заключается в пропускании через стенки обсадной колонны акустических волн. Если вокруг присутствует цементный покров – волны затухают очень быстро, если его нет – беспрепятственно распространяются. Метод достаточно удобен: все данные принимает и анализирует компьютер и выдает готовый результат.
Специальная программа поможет лучше разобраться с поступающими данными
- Термальный способ основан на свойстве цементного раствора выделять тепло в процессе затвердевания. Инструкция по его применению проста: следует промерять температуру стенок на разных уровнях обсадной трубы, так достаточно легко можно определить уровень, на который поднялась смесь.
Стоит отметить, что в тех случаях, когда заливается цементный мост в скважине, т.е. прослойка, отделяющий уровни или пласты грунта друг от друга, определить его толщину и прочность невозможно с помощью вышеперечисленных способов.
Вывод
Несмотря на высокую стоимость и сложность проведения подобных работ они пользуются высокой популярностью в силу ряда причин:
- Как известно, в почве имеется не один, а несколько водоносных горизонтов. Цементирование позволяет объединить их и значительно увеличить дебит скважины.
- Заполнение полости раствором служит надежной защитой стальных труб от коррозии и значительно повышает ресурс конструкции. Лишние затраты окупаются высокой долговечностью и увеличенным сроком эксплуатации.
- Весьма повышается прочность системы – она становится практически неуязвима перед движениями грунта и его термальными деформациями.
Видео в этой статье поможет лучше понять, как должно проводиться цементирование скважин.
kolodec.guru
обзор технологий, расчет и оборудование для тампонирования
Для обеспечения эффективной работы скважины должна быть выполнена обязательная герметизация пространства между обсадной трубой и основными стенками сооружения.
Тампонаж или цементирование скважины выполняется путем подачи специальных вяжущих растворов в скважину или непосредственно за обсадную трубу.
Дезинфекция воды в колодце
Что дает тампонирование скважины?
Данный технологический прием позволяет достичь нескольких целей:
- Дополнительное крепление обсадной трубы, снижающее риск ее деформации и нарушения стыков.
- Герметизация различных водяных горизонтов. Процесс цементирования скважины позволяет предотвратить проникновение верховодки на горизонт с питьевой грунтовой водой вдоль поверхности обсадной трубы.
- Некоторые растворы для тампонажа выполняют функцию дополнительного гидроизолятора.
Типы применяемых растворов и особенности цементирования
Перед выполнением работ по цементированию скважин необходимо выполнить целый ряд расчетов, определяющих необходимое количество применяемой смеси, ее тип, способ подачи в пространство за обсадкой скважины.
Анализ скважины
При выполнении анализа необходимо учитывать следующие факторы:
- Глубина скважины и размер зазора между обсадной трубой и стенками сооружения.
- Геометрия скважины, имеющиеся нарушения, выявленные в процессе бурения.
- Состав грунта и его особенности (пористость, трещиноватость и другое).
Многие данные для анализа принимаются на основе ранее выполненных в данном районе работ. Только грамотный и точный расчет цементирования скважины поможет получить положительный эффект от операции при минимальном расходе материалов.
Следует помнить о том, что цементирование это необратимый процесс, поэтому исправить ошибки практически никогда не удается, а это приводит к снижению эффективности скважины, поэтому разработку проектных решений, связанных с тампонажем, должен выполнять профессиональный бурильщик.
В качестве рабочего раствора могут применяться различные смеси, выбор зависит от особенностей грунта:
- Стандартная цементно-песчаная смесь (раствор) может использоваться для тампонажа скважины, устроенной в плотном глинистом грунте.
- Если скважина пробурена в грунтах пористого типа или имеющих пористую структуру, то необходимо применять смеси с различными наполнителями (бумага, асбест, другие материалы с волокнистой структурой). Попытка затампонировать скважину стандартной смесью приводит к значительному перерасходу материала.
- В последнее время все чаще стали использоваться вспенивающиеся смеси, способные увеличивать свой объем в процессе затвердевания. Применение таких материалов позволяет существенно повысить качество герметизации скважины.
Технология цементирования
На практике применяют следующие основные способы цементирования скважин:
Тампонирование скважины
- Прямая закачка рабочего раствора в пространство за обсадной трубой, при этом тампонажная смесь движется сверху вниз под собственным весом. Способ отличается простотой, на качество цементирования может быть недостаточно высоким.
- Более приемлемым считают обратное цементирование. По данной технологии внизу скважины устанавливается пробка или диафрагма, перекрывающая рабочую зону. Рабочая смесь подается непосредственно в обсадную трубу, после чего начинается продавливание раствора при помощи подачи специальной жидкости под высоким давлением. При этом смесь попадает в пространство за обсадной трубой и перемещается снизу вверх.
- Глубокие скважины тампонируются в несколько этапов, по отдельным участкам.
Выбирая методы цементирования скважины необходимо учитывать то, что процесс должен дать следующие результаты:
- Раствором для тампонажа должно быть заполнено все пространство между обсадной трубой и стенками скважины. Наличие пустот не допускается, при этом полученный цементный слой должен обладать хорошим сцеплением со всеми поверхностями.
- Полученный так называемый цементный камень должен выдерживать воздействие грунтовых вод, в состав которых могут входить различные химические соединения, в том числе и агрессивные. Кроме того, он должен обладать высокой механической прочностью, способностью выдержать значительные нагрузки, которые могут возникать на большой глубине под действием окружающих пород.
- Из зоны тампонирования промывочная жидкость должна быть вытеснена полностью, ее остатки в зацементированном массиве считаются браком.
Какое оборудование необходимо для выполнения тампонажа?
Основное оборудование для цементирования скважин — цементно-смесительные агрегаты и цементировочные машины.
Данные механизмы осуществляют следующие операции:
Оборудование для тампонажа
- Приготовление раствора для тампонажа, смешивание его компонентов, доведение массы до необходимой консистенции.
- Подача раствора в скважину или непосредственно в пространство за обсадной трубой. При этом агрегаты должны обеспечивать подачу смеси под высоким давлением, величина которого может изменяться в зависимости от условий выполнения работ.
- При выполнении работ в несколько этапов применяют специальные заиловочные пробки, которые позволяют отделить необходимый сегмент скважины.
- Цементировочная головка, используемая для промывки ствола скважины от остатков бурового грунта (наличие таких включений существенно снижает качество цементирования).
После выполнения работ по цементированию необходимо выдержать время до полного отвердения раствора, на это обычно уходит до 3 суток. Только после истечения этого срока можно приступать к выполнению других операций по скважине.
Работы по цементированию скважины отнесены к технологическим процессам, к которым предъявляются жесткие требования по соблюдению технологии. Только в этом случае можно обеспечить высококачественную герметизацию обсадной трубы. Работы такого назначения должны выполнять профессионально подготовленные исполнители.
canalizator-pro.ru
Цементирование скважины: особенности процесса и его назначение
Подходя к завершающему процессу возведения скважины на дачном участке, проводят ее цементирование. От данного процесса будет зависеть качество воды и долгий срок службы источника.
Зачем применяют тампонирование цементом?
Технологический метод, такой как цементирование скважин, дает возможность достичь таких целей:
- надежная фиксация обсадных колонн;
- заполнение щелей и лишних зазоров, через которые возможно проникновение биологических и химических частиц;
- предотвращение попадания в русло питьевого источника верховодной жидкости;
- раствор для тампонажа выполняет функцию гидроизолятора.
Технологический процесс
Цементирование скважин основано на таких действиях:
- подготовка тампонажной смеси и ее компонентного состава;
- загрузка цементного сырья в затруб скважины;
- время схватывания раствора;
- контроль качества тампонажной смеси.
В начале процесса создается порядок действий в виде расчетной схемы, в которой указан количественный состав сырья в соотношении разведения и загустения. При этом учитываются геологические параметры типа почвы на территории, зона протяженности, которая подлежит укреплению, и технологическая структура скважинной колонны, состояние скважины.
В независимости от выбранного способа на цементирование, все они направлены на один результат – вывод из пространства за колоннами буровой смеси тампонажным раствором, который согласно техническому регламенту должен подняться на определенный уровень.
Тип раствора
Перед процессом необходимо определить, какой тип цементной смеси будет использоваться. При расчетах стоит воспользоваться такими основными параметрами:
- Глубина источника и размеры вокруг обсадной колонны и шахтной стенкой.
- Геометрическая характеристика скважины, деформация в процессе бурения.
- Тип почвы и ее породистый состав. Многие расчеты на цементирование основываются на ранее выполненных в районе работах.
- Правильный состав смеси и его замес даст положительный результат проделанной работы.
- Цемент в соотношении с песком применяют для тампонажа водоисточника, пробуренного на глинистой местности.
- Если источник возведен на пористом грунте, стоит задействовать разного рода наполнитель на пористой структуре. Затамповка скважины цементно-песочной смесью приводит к лишнему перерасходу материала.
- На качественное цементирование можно использовать вспенивающий состав, способствующий затвердеванию цемента. Такого рода состав поможет качественно загерметизировать все зазоры и трещины на колоннах, закрыть пространство между ними.
Порядок действий
Существует несколько способов на цементирование, а именно:
- Прямое введение раствора за пространственные участки обсадной трубы, при этом тампонажный наполнитель направляется сверху вниз под собственным напором. Способ легкий, но не всегда дает положительный результат.
- Обратное цементирование. Технологический процесс обусловлен предварительной установкой заглушки или диафрагмы, закрывающей доступ к рабочему участку скважины.
- Раствор заливается прямо в обсадный трубопровод, а затем с помощью специальной жидкой суспензии продавливается внутрь. В процессе продавливания тампонажная смесь выступает за пределы трубы и заполняет пространство между шахтой.
- Скважины с предельной глубиной цементируются отдельно, несколькими слоями.
- Тампонажной смесью должны быть заполнены все пространства за обсадными колоннами. Образование пустотелостей не допустимо, при этом раствор должен быстро схватываться.
- Сцепление цемента должно иметь высокие технологические показатели, которые укажут на возможность выдержки напора грунтовых вод, в составе которых содержатся агрессивные взвеси.
- Тамонажный раствор должен быть устойчив к глубинным нагрузкам, которые возможны под влиянием характерных каменистых пород.
- Зона томпонирования должна исключить содержание продавливающей жидкости и быть вытесненной, так как ее остатки нарушают процесс цементирования и являются браком.
Выбор оборудования
Основным оборудованием для цементированного процесса является смесительный станок и цементная техника. Данный вид оборудования необходим для следующего порядка действий:
- Смешение всех растворов и доведение их до необходимой консистенции.
- Подача смеси в пространство за обсадную колонну, которая проводится под большим напором.
- Для охарактеризации сегмента источника используют иловую пробку.
- Промывочный штырь, удаляющий в стволе скважины остатки земляных пород, поможет увеличить качество цементирования.
- В качестве дополнительного оборудования используются агрегаты мощной продувки, металлические трубки для распределения цементного состава.
Чтобы полноценно справиться с процессом цементирования скважины, все работы должны выполняться профессионалами.
delovvode.ru
Оборудование для цементирования скважин: технические характеристики
Эффективная работа любой скважины невозможна без тщательной и надежной герметизации пространства между обсадными трубами и грунтом. Герметизация достигается специальной операцией – цементированием скважины с помощью специального технологического оборудования.
СодержаниеСвернуть
- Оборудование для цементирования скважин
- Виды оборудования и общие технические характеристики
Оборудование для цементирования скважин
Сразу оговоримся, что все без исключения оборудование для цементирования скважин, является специальной техникой, поэтому его изготовление в домашних условиях «своими силами» невозможно.
При этом надо знать, что цементирование скважины – это необратимый и неисправимый процесс. Поэтому любая самодеятельность ведет к существенным временным и финансовым потерям на «пересверливание» сооружения.
Основное оборудование для цементирования скважин – цементно-смесительные машины и цементировочные установки. При выполнении данной операции необходимо «иметь под» рукой значительные объемы цементно-песчаного раствора, который одномоментно под действием высокого давления закачивается в пространство скважины.
Указанные установки осуществляют операции:
- Приготовление раствора для тампонажа: смешивание компонентов и доведение до необходимой консистенции;
- Подача раствора в пространство за обсадными трубами под высоким давлением. При этом величина давления подачи раствора изменяется в зависимости от условий цементации и глубины скважины.
Виды оборудования и общие технические характеристики
В производственно-технологическом процессе цементирования могут быть задействованы следующие смесительные установки и агрегаты отечественного производства: АУМ, ОСБ-II-30, УС-IV, УС6-30, СМР-20, УЦП, цементировочные головки и специальная арматура.
Смесительные установки используются для транспортирования цемента, тампонажной смеси, песка и т.п., регулировки величины подачи данных материалов и замешивания тампонажных растворов для цементации скважин и гидравлических разрывов водоносных пластов.
Самой большой популярностью пользуется смесительная установка УСБ-30. Машина предназначена для транспортирования порошкообразных компонентов тампонажных смесей и оборудована механически регулируемой величиной подачи (дозирования) материалов (цемента, песка и пр.). Система состоит из бункера, механизма отбора мощности от штатного двигателя, трансмиссии, смесительной головки, загрузочно-дозировочных конвейеров, приборов управления и вспомогательных механизмов.
Загрузка и выгрузка происходит в автоматическом режиме с помощью дозирующих конвейеров. При этом привод конвейеров осуществляется через коробку отбора мощности от штатного двигателя машины. Загрузка установки производится вакуумным способом с применением вакуумного компрессора или гравитационно через люки бункера. Выгрузка тампонажной смеси – пневматическая.
Цементировочная головка (ГУЦ или ГЦК), является одним из основных видов оборудования для цементирования скважин и предназначена для обвязки устья скважины. Модификации данного оборудования отличаются друг от друга конструктивным решением, габаритами и техническими характеристиками.
При этом цементировочные головки ГУЦ поставляются со штатными кранами высокого давления. Это позволяет вставлять цементировочную пробку заблаговременно, что исключает необходимость ее разборки-сборки в процессе цементирования. Головки ГЦК поставляются без кранов высокого давления, поэтому цементировочную пробку вставляют в нее после закачки тампонажного раствора.
Цементировочная арматура устанавливается на устье скважина. Данное оборудование предназначено для обеспечения герметичности соединения НКТ с обсадными трубами, «продавки» в тело скважины тамопнажного раствора и нагнетания давления жидкости при промывке скважины.
Как видно из сказанного, работы по цементированию скважин относятся к специальным технологическим процессам, которые характеризуются жесткими требованиями по соблюдению этапов технологии. Поэтому цементирование любых скважин, в том числе водонапорных частных сооружений, должны выполнять профессионально подготовленные исполнители при соответствующем специальном материально-техническом обеспечении, предварительных расчетах и геодезических исследованиях.
salecement.ru
Цементирование скважин: как проходят тампонажные работы
Заключительный этап бурения, это тампонажные работы. Процесс заключается в том, что в затрубное пространство обсадной колонны вводится цементный (тампонажный) состав, после чего в течение нескольких суток происходит его затвердевание. В результате раствор превращается в камень – монолитную «рубашку», в которой заключена обсадная колонна скважины. Технология цементирования скважин сложная, требует специальных знаний и опыта, а в работе используется специальное оборудование для цементирования скважин. Работа проводится несколькими методами, в зависимости от назначения сооружения, типа грунтов и глубины залегания водяных жил.
Завершающий этап бурения скважин — это цементирование, данная операция влияет на всю работоспособность сооружения
Зачем проводить цементирование
Тампонирование скважин позволяет вытеснить буровой раствор цементным, обеспечить прочность конструкции и довести ее до рабочего состояния.
Цементирование скважин преследует три основные цели:
- Укрепление обсадной трубы;
- Предотвращение коррозии трубы под действием почвенных вод;
- Предупреждение смешивания воды разных уровней.
Когда заполнение труб раствором производится с целью ликвидации скважины, а не запуска ее в действие, производится ее цементация – процесс, имеющий различия с цементированием. Хотя это два типа работ с отличиями в технологическом процессе, оборудование для цементации и цементирования может использоваться одинаковое.
Подготовка к цементированию
Еще на этапе проектирования, до начала буровых работ, производятся все технические расчеты, благодаря которым можно заготовить в необходимом количестве все материалы для цементирования.
Расчет труб для обсадных колонн
Расчет обсадных колонн необходим, чтобы правильно выбрать трубы: диаметр, прочность материала и толщину стенок. В зависимости от технологических условий эксплуатации конструкции (геологическая структура, давление со стороны грунта и возможность его смещения) используются пластиковые или металлические трубы.
При расчете обсадной колонны используются максимальные значения внутреннего и наружного давлений. Запас прочности позволит использовать конструкцию с предельно возможными нагрузками в конкретных условиях.
Состав для цементирования
Рассчитать заполнение трубы цементным раствором можно по формуле, с использованием конкретных данных: глубина скважины, диаметр трубы, ширина затрубного пространства. Также в расчетах учитывается коэффициент (K1), обозначающий расход цементного раствора на заполнение трещин, каверн и погрешности в диаметре обсадной колонны.
Стандартный цементно-песчаный раствор может применяться для тампонажа скважин, которые устроены в плотном глинистом грунте
Формула для расчета количества цементного раствора выглядит так: Vц = (π/4)*[К1*(D2 – d12)*Нц d22*h], м3.
В силу сложности проведения вычислений, ведения работ по тампонированию, а также необходимость использовать профессиональное оборудование, технологически грамотный тампонаж скважины может обеспечить только центр цементирования скважин.
Рекомендации по выбору тампонажных смесей
Состав раствора подбирается с учетом структурного строения грунтовых слоев. Чтобы тампонажная смесь более плотно контактировала с трубой, в ее состав должны входить компоненты, увеличивающие раствор в объеме.
Если предварительное исследование грунта показало, что некоторые геологические слои имеют пористую структуру, использование обычного цементного раствора не рекомендуется. Причина – он станет проникать в мелкие пустоты в толще грунта, а это перерасход тампонажного материала. Чтобы избежать этого, цементирование обсадных колонн на таких почвах производится с добавлением волокнистых компонентов, например, асбест, тростник и подобные им материалы.
Составляющие технологического процесса
Цементаж скважин проводятся в определенной последовательности, не зависимо от выбранного метода тампонирования, и выполняется в пять этапов.
- Приготовление цементирующего состава;
- Заполнение трубы раствором;
- Продавливание тампонажного состава в затрубное пространство;
- Затвердение цементной смеси;
- Проверка качества цементации.
Тампонирование проводится по заранее составленной программе, в которой учитываются особенности горно-геологических условий, глубина скважины или отдельной ее части, подвергающейся цементированию, состояние ствола и другие особенности конструкции.
Ключевое оборудование, которое применяется при цементировании скважин — это цементно-строительный агрегат и цементировочная машина
Если в данной местности ранее уже проводилось цементирование скважин, расчеты и процесс тампонирования могут опираться на уже имеющийся опыт, но с коррекцией на новые технические данные.
Способы закачивания тампонажного раствора в затрубное пространство
Введение тампонажного материала в затрубное пространство осуществляется по двум схемам: обратный и прямой методы. Цементация затрубного пространства обратным способом проводится путем заливки смеси непосредственно между трубой и почвой. По мере заполнения пространства тампонажным составом, буровой раствор вытесняется через нижний конец трубы.
Прямой метод в свою очередь разделается на разные способы цементирования скважин, и каждый из них применяется в зависимости от технических возможностей и цели, которую нужно достичь цементированием.
Основные способы прямого способа тампонирования:
- Одноступенчатое цементирование производится за один подход. Готовится полный объем цементирующего состава, вводится в трубу и накрывается пробкой. После этого в скважину под давлением запускается промывочная жидкость, пробка медленно опускается, и выдавливает цемент за пределы трубы;
- Двухциклевое, или двухступенчатое цементирование скважин проводится, если по техническим причинам (большая глубина) приготовление полного объема раствора невозможно. При этом способе процесс осуществляется в два захода: цементирующий раствором заполняется сначала нижняя часть затрубного пространства, а затем верхняя. Второй этап работ может проводиться со значительным временным интервалом после окончательного схватывания первой порции раствора, или сразу же, без перерыва во времени;
- Метод манжетного цементирования применяют в том случае, если нижний фрагмент трубы нужно изолировать, а цементированию подвергается только верхний участок скважины. Между обсадной колонной и почвой монтируется кольцо-манжетка, а в пространство над ним через отверстия в трубе нагнетаются тампонажные материалы.
Оборудование для цементирования
Технологический процесс невозможно провести без специализированного оборудования. Это громоздкие механизмы, которые имеются в распоряжении центра цементирования скважин.
Оборудования для тампонажных работ:
- Смесительные машины для замешивания раствора;
- Цементировочные механизмы для продавливания раствора в ствол;
- Цементировочная головка для промывки ствола;
- Заливочные пробки.
Кроме этого, используются другие инструменты и приспособления, выполняющие подсобную, но не менее важную роль в цементировании. К ним относятся шланги, манометр и краны высокого давления, вибраторы и прочее. Оборудование транспортируется на платформах грузового автотранспорта, а для его запуска и работы с ним используется двигатель машины.
ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО
Тампонаж горизонтальных скважин
Гораздо реже проводится тампонирование горизонтальных скважин. Они имеют более сложное устройство, так как включают в себя элементы вертикальных и наклонных конструкций. В экономическом плане устройство горизонтальных скважин обходятся в 3-4 раза дороже, чем вертикальные, поэтому технология тампонажа горизонтальных труб должна обеспечить максимальную надежность цементных «рубашек» обсадных колонн и длительность эксплуатации выработки. Чтобы она была рентабельной, нужно, чтобы доход от добычи превышал вложенные в ее создание средства.
trubexpert.ru
Цементирование буровых газовых и нефтяных скважин
Цементирование буровых скважин является завершающим этапом их подготовки к эксплуатации и служит, прежде всего, для обеспечения максимальной долговечности всей конструкции. Производится цементирование колонны скважин путем применения технологии (прообраз которой впервые появился в далеком 1905 году на бакинских промыслах Российской империи), направленной на полное вытеснение специальным цементным раствором буровых жидкостей. Поскольку итогом цементирования становится образование непроницаемой «пробки» (или «тампона») – заливаемая смесь также носит название тампонажной.
Причины необходимости цементирования скважин
Главными среди них следует назвать три:
- необходимость значительного повышения общей конструктивной прочности (цементирование нефтяных скважин, а также цементирование газовых скважин нивелирует влияние на обсадные трубы сил, возникающих при подвижках грунтов)
- цементирование скважин позволяет защитить металлическую трубную поверхность от коррозии, вызываемой подпочвенной влагой
- кроме того, скважина, соединяющая собой различные нефте-, газо- и водоносные горизонты при цементировании вновь надежно изолирует их друг от друга, предотвращая смешивание
Технология цементирования скважин
Современная технология цементирования скважин существенно отличается от своей «прабабушки» столетней давности – как компьютеризированными технологическими расчетами нужного водоцементного соотношения для цементных растворов (учитывающими десятки различных геологических, климатических, технических и прочих параметров), так и использующимися для них же специализированными добавками.
В число последних входят:
- кварцевый песок (позволяющий минимизировать усадку и максимально увеличить прочность)
- волокнистая целлюлоза (не допускающей утечки жидкого цемента даже в самую пористую породу)
- «грунтующие» полимеры (при застывании расширяющиеся и уплотняющие прилежащий грунт)
- «пуццоланы» (крошка сверхлегких минералов вулканического происхождения – водостойких и не боящихся агрессивных химикатов)
Кроме того, в процессе цементирования нефтяных скважин (а также цементирования газовых скважин) производится многоступенчатый контроль качества получаемого тампонажа.
Качество цементирования скважин оценивается с помощью следующих процедур:
- термической (необходимой для определения уровня поднятия цемента)
- акустической (позволяющей в 100% случаев обнаружить внутренние пустоты в цементе за счет разной скорости прохождения звуковой волны)
- радиологической (своеобразного «рентгена» при цементировании скважин)
Способы цементирования скважин
На сегодняшний день используют 4 основных способа цементирования скважин:
- одноступенчатое, или сплошное (после заливки цементной смеси в обсадную колонну, последняя заглушается пробкой, на которую под избыточным давлением подают промывочный раствор – в результате чего происходит вытеснение цемента в затрубное пространство)
- двухступенчатое (технологически идентичное первому способу, но производящееся последовательно и отдельно для нижней части, а затем для верхней – при этом оба отдела разделяются специальным кольцом)
- манжетное (также использующее сплошное кольцо-манжету – но уже для возможности провести цементирование скважин только в их верхней части)
- обратное (единственный метод с заливкой раствора не в колонну, а сразу в затрубное пространство – с вытеснением буровых либо очистных растворов в колонную полость)
Процесс цементирования скважин
Сам процесс цементирования скважин происходит в 5 последовательных этапов:
- в бетономешалках готовится тампонажная цементная смесь с необходимым водоцементным соотношением и количеством добавок
- готовый к заливке раствор подается в скважину
- запускается та или иная процедура его вытеснения в пространство между трубами и стенами шахты
- ожидается окончание периода полного застывания
- производится контроль качества (вышеописанными в предыдущих разделах методами)
Для удобства работы оборудование для цементирования скважин устанавливается на шасси одного из видов грузовиков (КАМАЗ, УРАЛ и пр.). Это удобно сразу по двум причинам – отсутствия необходимости каждый раз привлекать сторонние транспортные средства для перевозки комплексов конвейерного, смесительного, нагнетающего и прочего цементирующего оборудования, и возможности стационарно запитать данные системы от автомобильных двигателей.
В результате процесс подготовки раствора принимает следующий вид – все составляющие части дозируются и соединяются в бетономешалке, посредством добавления воды замешиваются до получения полностью однородной массы и закачиваются насосами в скважину (давление при этом достигает 30-35 МПа).
www.png-drilling.ru
Технология затрубной цементации скважин
Некоторые конструкции скважин и условия бурения требуют цементации скважин, точнее затрубного пространства между обсадной колонной и грунтовой стенкой скважины. Цементация призвана укрепить скважину, повысить уровень герметизации, в результате — продлить срок службы водозаборной системы.
Как цементируют скважину?
Для цементации скважины используется тампонажный раствор. В отличие от бурового раствора, облегчающего процесс бурения, тампонажный раствор превращается в твердое тело. Благодаря этому обсадная колонна крепится к стенка скважины. Такое техническое решение делает во много раз прочнее всю конструкцию.
Известно несколько методов цементации, каждый из которых содержит следующие основные этапы:
- приготовление тампонажного раствора
- подача раствора в затрубное пространство одним из способов
- твердение тампонажной смеси
- проверка качества тампонажа
тампонажный цемент
Учитывая важность и высокую сложность предстоящего процесса, перед началом тампонирования обязательно составляется схема будущих работ. Схема составляется с учетом конструкции скважины, характеристик грунта, в котором было произведено бурение, протяженности участка тампонирования, марка тампонажного раствора и многое другое. Все параметры обязательно проверяются инженерным расчетом, так как неправильно сделанное тампонирование способно навсегда вывести скважину из строя и тогда уже придется применять ликвидационное тампонирование, цель которого защита водоносного горизонта от загрязнений с поверхности и из промежуточных геологических слоев. Кроме теоретических расчетов всегда учитывается опыт тампонирования скважин, проведенный в сходных условиях. Кроме упрочнения и герметизации скважины цементация позволяет удалить буровой раствор, смесь раствора с буровым шламом и другие жидкости (например, промывочную жидкость) из затрубного пространства.
Как тампонажный раствор попадает в скважину?
Цементировочная смесь может быть доставлена в затрубное пространство скважины несколькими способами, для чего используется различное оборудование.
Прямая подача
Тампонажный раствор подается непосредственно внутрь обсадной колонны. Далее смесь через нижнюю часть скважины — так называемый башмак — проникает в затрубное пространство и заполняет его, поднимаясь между внешней поверхностью обсадной колонны и грунтовой стенкой выработки. Чаще всего используется прямая подача цементировочной смеси.
цементация скважины с двумя пробками
Для контроля положения массы тампонажного раствора применяют две пробки. Находясь между этими пробками раствор опускается внутри обсадной колонны до нижней части скважины. Затем в колонну под давлением закачивается жидкость, которая давит на верхнюю пробку, которая в свою очередь как поршень передает давление тампонажному раствору и раствор через нижнюю часть скважины попадает в затрубное пространство. Существует более простой вариант затрубной цементации скважины с использованием одной пробки. Давление жидкости контролируется по манометру.
цементация затрубного пространства завершена
Обратная подача
При обратной подаче тампонажный раствор сначала попадает в затрубное пространство, опускаясь снаружи вдоль обсадной колонны.
Одноступенчатое цементирование
При одноступенчатом цементировании весь объем тампонажного раствора доставляется за один цикл. Например, так происходит при цементировании скважины с помощью одной или двух пробок с прямой подачей раствора.
Одноступенчатое цементирование
При одноступенчатом цементировании весь объем тампонажного раствора доставляется за один цикл. Например, так происходит при цементировании скважины с помощью двух пробок с прямой подачей раствора.
Двухступенчатое цементирование
пакеры для двухступенчатого и манжетного цементирования
Данный вид цементирования сложнее в реализации и применяется при большой глубине скважины. Большая глубина увеличивает сопротивление, что затрудняет продавливание вязкого тампонажного раствора вдоль всей скважины за один проход. Потребовалось бы слишком высокое давление, что не всегда можно использовать без риска нарушить конструкцию скважины или характеристики геологических слоев в результате поглощения цементирующего раствора. Для компенсации большой глубины скважины используется метод манжетного цементирования. Манжеты ограничивают продвижение тампонажной смеси, организуя отдельные цементные кольца в затрубном пространстве, защищают продуктовый пласт от попадания смеси, позволяют цементировать скважину отдельными участками.
Оборудование для цементирования скважины
Какое оборудование понадобится для проведения цементации скважины?
- смесительная установка для приготовления тампонажного раствора и других технологических жидкостей
- цементировочный насос, задача которого нагнетать тампонажную смесь в скважину и продавить ее при определенном давлении
- насосная установка для нагнетания в скважину рабочих жидкостей
- цементировочная головка
- муфта ступенчатого цементирования
- гибкие стальные шланги
оборудование для затрубной цементации скважины
Советы буровиков
Состав тампонажного раствора подбирается в зависимости от структуры и свойств геологических слоев, в которых пробурена скважина. Плотность затрубной цементации можно повысить, если использовать раствор, который увеличивается в объеме. Если порода пористая, с высоким коэффициентом поглощения, то обычный раствор использовать нельзя, так как неизбежен его перерасход. Вместо заполнения затрубного пространства тампонажная смесь под давлением будет уходить в стороны от скважины. В такой ситуации рекомендуется применять тампонажный раствор с волокнистым наполнителем. В качестве наполнителя могут выступать многие натуральные или искусственные волокносодержащие материалы.
Перед цементацией затрубного пространства скважины не только выбирается тампонажный раствор и метод цементации, но также проверяется все оборудование в условиях максимального рабочего давления и производительности при подаче смеси.
Предварительно скважина и затрубное пространство должны быть промыты водой для очистки от шлама, оставшегося после бурения. Без промывки крупные куски породы, оставшиеся после бурения, помешают равномерному заполнению объема тампонажным раствором, что в будущем может привести к повреждению конструкции скважины.
www.biiks.ru
