Цементирование скважин: способы и технологии тампонажа

Содержание

БУРЕНИЕ СКВАЖИНЫ и цементирование.

Готовая пробуренная скважина представляет собой выработку небольшого диаметра, проходящую через один или несколько водоносных горизонтов. Чтобы порода не осыпалась внутрь скважины, стенки выработки укрепляются обсадными трубами из стали или НПВХ.

Стыки обсадных колонн соединяются резьбовым соединением или сварным швом. В большинстве случаев сразу после кондуктора, монтируется фильтрующая колонна.

Примечание:

Чем глубже находится водоносный горизонт, тем выше давление внутри пласта породы. В целях снижения механических нагрузок на стыки обсадных колонн, пространство между породой и стволом обсадных труб промывается и заполняется раствором на основе глины или цемента — то есть, тампонируется.
Следует отметить, что качественно выполненные работы по тампонированию скважин, позволяют полностью исключить случаи попадания поверхностных вод, и значительно повышает срок службы скважины. Без тампонирования скважины, водозабор прослужит недолго. Из-за нагрузки на обсадные трубы со стороны грунтовых вод и окружающих их пород, обсадные трубы могут деформироваться, или полностью разрушиться. В таком случае останется или дорогостоящий ремонт скважины или ее последующая ликвидация.

Тампонаж — это заключительный этап бурения скважины, который необратим, и ошибку, допущенную при выполнении работ по монтажу, исправить впоследствии будет невозможно.

Процесс тампонирования скважины предусматривает несколько этапов производимых работ. В процессе тампонирования скважины необходимо произвести штамповые испытания грунтов в скважине, подготовку оборудования, выбрать способ подачи и закачки раствора.

Чтобы определить наиболее подходящий способ тампонажа, необходимо учитывать геологические особенности грунта и конструкцию водозабора.

С целью предотвращения попадания поверхностных загрязняющих вод в водоносный горизонт при прекращении эксплуатации водозаборной скважины, необходимо в обязательном порядке произвести тампонаж скважины.

Тампонаж скважины осуществляется в целях:

разделение и изолирование различных водоносных горизонтов.
защита обсадных труб после бурения скважины от агрессивного воздействия подземных вод, богатых солями и вызывающими коррозию металла.
изолирование непригодных к использованию скважин, вода в которых не соответствует санитарным нормам.

Зачем цементировать скважину?

Цементирование скважины — процесс, который следует сразу после окончания буровых работ. Процедура цементирования заключается в том, что в затрубное или межтрубное (в случае если обсадная труба помещена в свою очередь в полиэтиленовую более широкую трубу) вводится цементный раствор, который со временем затвердевает, образуя монолитный ствол скважины.

Цементный раствор в этом случае называется «тампонажный», а сам процесс «тампонированием». Сложный инженерный процесс, именуемый технологией цементирования скважин, требует определённых знаний и специального оборудования.

В большинстве случаев источники воды можно тампонировать своими руками, что обходится гораздо дешевле, чем привлечение специалистов.

Цементирование скважин – комплекс мероприятий, направленный на укрепление затрубного пространства и обсадной колонны от разрушающего бокового давления горных пород и воздействия грунтовых вод

Правильно произведённое тампонирование скважин на воду способствует:

обеспечению прочности конструкции скважины;
защите скважины от грунтовых и верховых вод;
укреплению обсадной трубы и защите её от коррозии;
повышению срока эксплуатации водоисточника;
устранению крупных пор, пустот, зазоров, через которые в водоносный горизонт могут попасть нежелательные частицы;
вытеснению бурового раствора цементным, если первый использовался при бурении.

От того, насколько грамотно осуществлено цементирование, будет зависеть качество добываемой воды и эксплуатационные характеристики скважины. Также цементирование производится для ликвидируемых скважин, которые больше не будут больше эксплуатироваться.

Галерея изображений
Фото из
Цементирование проводится для кустовых водозаборных сооружений, предназначенных для обеспечения водой населенных пунктов. В частном хозяйстве водозаборные точки цементируют в редких случаях

Укрепление положения скважинного ствола путем цементирования проводится, если бурение выполнялось в несвязных рыхлых грунтах, не способных «держать» стенки обсадной колонны

Затрубное пространство цементируют, если есть вероятность проникания паводковых и сточных вод, стекающих вдоль ствола скважины в водоносный пласт

Заполнение ствола цементом, т.е. тампонирование скважины, выполняют если больше не будут эксплуатировать водозабор

Цементирование куста водозаборных скважин

Цементирование выработок в несвязных грунтах

Цементирование как защита от паводковых вод

Тампонирование старой скважины

Применяемые машины, механизмы и материалы

Все работы по бурению, промывке, герметизации скважин выполняются в полевых условиях. Возникает потребность иметь все механизмы, смонтированные на шасси автомобилей повышенной грузоподъемности и проходимости.

Необходимые машины, механизмы и вспомогательная оснастка для выполнения работ по цементации:

машина приготовления пластической герметизирующей смеси (цементосмесительная);
агрегат закачки готовой смеси и продавливания в скважине;
насос, подающий герметизирующую смесь в колонну;
насос, подающий воду в смеситель приготовления смеси;
головка промывки ствола скважины перед цементацией;
пробки разделительные – только для двухступенчатой заливки;
задвижки и вентили высокого давления;
специальное распределительное устройство смеси;
набор гибких рукавов, металлических шлангов;
муфта ступенчатого цементирования;
мерные баки для определения количества закачанной смеси.

Правильный подбор вяжущего материала (цемента) в составе герметизирующей смеси обеспечивает:

образование после затвердения высокопрочного цементного камня с высокой способностью противостоять агрессивным химическим воздействиям, повышенной прочностью к механическим перегрузкам;
хорошую адгезию после затвердения с породами стенок скважины и обсадной трубой;
качественное заполнение щелей, скосов и пазух в породе стен скважин;
высококачественное твердение и приобретение проектной твердости раствора за указанный период времени.

Кроме выше названных характеристик, герметизирующая смесь должна обеспечить:

равномерное заполнение нагнетаемой смеси по длине и окружности скважины;
защиту герметизируемой смеси от попадания промывочных остатков.

Такие характеристики смеси достигаются при применении тампонажных цементов, изготовляемых из портландцемента и доменных шлаков. Применение таких цементов позволит получить высококачественный герметизирующий раствор. Дозировка наполнителя и вяжущего средства определяется специальным расчетом, с учетом конкретного места строительства скважины.

Технология цементирования

Есть два варианта подачи раствора в пространство вокруг обсадной трубы — прямой и обратный способ. Их главное отличие заключается в технологии заливки цемента:

прямой способ закачки тампонажного раствора в пространство вокруг обсадной трубы подразумевает подачу цементной смеси сверху вниз. Таким образом, она опускается на дно скважины под тяжестью своего веса и заполняет все пустоты. Такой метод считается наиболее простым и эффективным;
обратный метод подачи смеси выглядит несколько иначе. Смесь заливается прямо в обсадную трубу, на дне которой установлена пробка или диафрагма. Затем происходит продавливание раствора специальной жидкостью, которая подаётся под высоким давлением, и цементирующий раствор проходит снизу вверх.

Во время бурения скважин в промышленных масштабах наиболее востребованным является прямой метод подачи цементного раствора, так как он не требует больших затрат. При этом весь процесс заливки может иметь один цикл, а необходимый объём раствора подаётся сразу. В очень глубоких скважинах используется двухступенчатое цементирование. Такой процесс проходит несколькими этапами на отдельных участках скважины.

Реже всего используется манжетный метод, поскольку он очень затратный. В этом случае часть ствола закрывается манжетой, которая уберегает его от проникновения цементирующего раствора, а также с его помощью происходит изоляция участка, находящегося в районе продуктивного пласта.

Также при выборе метода подачи раствора необходимо принимать во внимание то, что в итоге нам необходимо получить такие результаты:

тампонажный цемент должен абсолютно заполнить всё пространство между трубой и стенами скважины, поскольку наличие воздушных карманов при создании конструкции не допускается. Готовое покрытие должно иметь превосходное сцепление со всеми типами поверхностей;
после полного застывания смеси образуется цементный камень. В процессе эксплуатации скважины он должен выдерживать воздействие грунтовых вод, а также хорошо переносить значительные нагрузки, возникающие на большой глубине под давлением земляных пород;
вся промывочная жидкость из участка проведения работ должна быть полностью устранена, поскольку её наличие в готовом массиве является браком.

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.

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.

Зачем цементировать скважину?

Цементирование скважины – процесс, который следует сразу после окончания буровых работ. Процедура цементирования заключается в том, что в затрубное или межтрубное (в случае если обсадная труба помещена в свою очередь в полиэтиленовую более широкую трубу) вводится цементный раствор, который со временем затвердевает, образуя монолитный ствол скважины.

Цементный раствор в этом случае называется “тампонажный”, а сам процесс “тампонированием”. Сложный инженерный процесс, именуемый технологией цементирования скважин, требует определённых знаний и специального оборудования.

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.

из Цементирование проводится для кустовых водозаборных сооружений, предназначенных для обеспечения водой населенных пунктов. В частном хозяйстве водозаборные точки цементируют в редких случаях Укрепление положения скважинного ствола путем цементирования проводится, если бурение выполнялось в несвязных рыхлых грунтах, не способных «держать» стенки обсадной колонны Затрубное пространство цементируют, если есть вероятность проникания паводковых и сточных вод, стекающих вдоль ствола скважины в водоносный пласт Заполнение ствола цементом, т.е. тампонирование скважины, выполняют если больше не будут эксплуатировать водозабор Цементирование куста водозаборных скважинЦементирование выработок в несвязных грунтахЦементирование как защита от паводковых водТампонирование старой скважины

Консервация скважины с установленным адаптером

Скважинный адаптер представляет собой приспособление для герметичного соединения водопроводной трубы со скважиной ниже уровня промерзания почвы. Скважина с адаптером может использоваться и в зимний период. В этом случае, трубопровод, ведущий в дом, прокладывают в траншее глубиной не менее 1,6 метра. При этом, гидробак и автоматика установлены в доме.

Порядок действий таков:

Отключаем электричество от насоса.
Открываем любой водоразборный кран в доме.

В скважине установлен автоматический сбросной клапан. Когда давление воды в системе упадет до 0,5 bar, клапан откроется, вода из трубопровода сольется в скважину.

Консервация и ликвидация скважин

Тампонирование скважины при ликвидации – это наполнение пустых мест в породе цементом или глиной. Такая мера нужна для укрепления котлована, чтобы отделить слой водной почвы от загрязнений извне и талой воды. Изолирующим составом заполняются пустоты между почвой и обсадкой. Ликвидационный тампонаж различного назначения происходит по такому же принципу, только изолирующим составом наполняют не пустоты между почвой и обсадкой, а сам котлован.

В состав работ по ликвидации скважин входят следующие операции:

1Монтаж и демонтаж бурового агрегата.
2Устройство циркуляционной системы.
3Геофизическое обследование.
4Опытная откачка воды.
5Подготовка глинистого раствора.
6Извлечение посторонних предметов.
7Разбуривание песчаной пробки.
8Промывка водой.
9Дезинфекция.
10Песчаная или гравийная засыпка фильтровой части.
11Закачка цементно-глинистого раствора.
12Копка шурфа.
13Обрезка обсадных труб и приварка заглушки.
14Заливка дна шурфа.
15Обратная засыпка шурфа.

Правила ликвидации и консервации скважин

Тампонаж нужен, если водозаборная скважина сделана с нарушениями технологии или действующего законодательства о недропользовании. Государство четко регламентирует порядок и правила ликвидационного тампонажа буровых скважин.

Выполнение ликвидации может потребоваться при:

ухудшении качества воды, когда меры по очищению водозабора не дадут результата или будут стоить дороже;
понижении дебета водозабора до минимальных значений, при которых использовать его в дальнейшем буде невозможно;
потери необходимости в использовании участка;
появлении риска загрязнения всего водоносного слоя артезианского источника из-за неправильного обустройства.

Кроме аварийных, ликвидации подлежат безводные, разведочные, инженерно-геологические, скважины, по тем или иным причинам не достигшие расчетной глубины водоносного горизонта, указанной в проекте, либо не обнаружившие воду на расчетной глубине. Такие случаи могут происходить по форс-мажорным обстоятельствам (техногенное или природное воздействие), но чаще причиной является непрофессионализм бурового подрядчика.

Свидетельство о допуске СРО на 2021 год

Ликвидируются скважины, пробуренные на запретных территориях, брошенные или слишком долго простоявшие в состоянии консервации. Слишком долгая консервация скважины на воду может привести к тому, что за время длительного простоя без контроля с соответствующим техническим обслуживанием разрушаются конструкции с основными узлами. Различные виды коррозии разрушают металл, бетон или другие материалы, в результате снижается прочность конструкций, нарушается герметичность соединений.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ

Турбулизатор

Лекция 14. Цементирование скважины

Цементирование – процесс заполнения заданного интервала скважины суспензией вяжущих материалов, способной в покое загустевать и превращаться в твердое, непроницаемое тело.

Цементирование О.К. – один из наиболее ответственных этапов строительства скважины. Высокое качество цементирования любых скважин включает: герметичность о.к. и цементного камня за колонной.

Основными целями цементирования являются:

1). Изоляция проницаемых горизонтов друг от друга после того, как они вскрыты скважиной, и предотвращения перетоков пластовой жидкости по заколонному пространству;

2). Удержание в подвешенном состоянии обсадной колонны;

3). Защита обсадной колонны от воздействия агрессивных пластовых жидкостей;

4). Устранение дефектов в крепи скважины;

5). Создание разобщающих экранов, препятствующих обводнению продуктивных горизонтов;

6). Создание высокопрочных мостов в скважине, способных воспринимать достаточно большие осевые нагрузки;

7). Изоляция поглощающих горизонтов;

8). Упрочнение стенок скважины;

9). Герметизация устья в случае ликвидации скважины.

-осуществление выработанных норм и правил работы с целью наиболее полного заполнения заколонного пространства скважины тампонажным раствором определенного качества (взамен бурового) на заданном участке с обеспечением контакта цементного раствора – камня с поверхностью О.К. и стенкой скважины при сохранении целостности пластов.

Технологический процесс цементирования определяется геологическими и технологическими факторами.

Эти факторы следующие:

1. Сроки схватывания и время загустеваниятампонажного раствора, его реологическая характеристика, седиментационная устойчивость, водоотдача и другие свойства.

2. Совместимость и взаимосвязь бурового и цементного растворов в заколонном пространстве.

3. Режим движения бурового и тампонажного растворов в заколонном пространстве.

4.Объем закачиваемого тампонажного материала, время его контакта со стенкой скважины.

5. Качество и количество буферной жидкости.

7. Цементирование колонны.

Существует несколько способов цементирования:

— способы первичного цементирования (одноступенчатое, многоступенчатое, обратное, манжетное);

— способы вторичного (ремонтно-исправительного) цементирования;

— способы установки разделительных цементных мостов.

Одноступенчатое цементирование — тампонажный раствор закачивают в объеме, необходимом для заполнения заданного интервала кольцевого пространства скважины и участка О.К. ниже обратного клапана, а продавочная жидкость – в объеме, необходимом для заполнения внутренней полости колонны выше обратного клапана. Плотность тампонажного раствора должна быть больше плотности промывочной жидкости.

Виды первичного цементирования:

Обратное, когда в кольцевое пространство сразу закачивается цементный раствор.

Прямое, когда цементный раствор закачивается в О.К., а уже потом прдавливается в кольцевое пространство. Оно подразделяется на:

А)Одноступенчатое (используется чаще всего).

Б)Двухступенчатое (используется на интервалах большой протяжённости или с АНПД). Может быть с разрывом во времени и без разрыва во времени.

Ступенчатое цементирование (с разрывом во времени). К нему прибегают в случаях:

1. Если зацементировать данный интервал за один прием невозможно из-за опасности разрыва пород;

2. Если существует опасность ГНВП в период схватывания и твердения тампонажного раствора;

3. Если для цементирования верхнего участка длинного интервала должен использоваться такой тампонажный раствор, который нельзя подвергать воздействию высокой температуры, характерной для нижнего участка.

Манжетное цементирование. Применяется, если нижний участок обсадной колонны составлен из труб с заранее профрезерованными отверстиями. В конце промывки в скважину сбрасывают шар. С потоком ПЖ шар опускается вниз и садится на седло нижней втулки цементировочной муфты. Поскольку насос продолжает закачивать ПЖ, то давление в колонне резко возрастает, втулка срезает штифты, удерживающие ее в корпусе муфты, опускается вниз до ограничителя и открывает окна для выхода жидкости в кольцевое пространство. С этого момента процесс идет также как и при двухступенчатом цементировании.

93.79.221.197 studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock! и обновите страницу (F5)очень нужно

Проверка качества проведенной цементации

Проверить качество выполненных работ по тампонированию возможно только с привлечением сторонних специалистов. Самому это сделать не представляется возможным, так как для проверки требуется особые приборы, так называемые дефектоскопы, которые зачастую имеются только в специализированных лабораториях. В этих лабораториях необходимо заказывать услугу по оценке качества цементирования при помощи следующих методов:

Акустического, в ходе которого при помощи ультразвука проверяется отсутствие полостей в затрубном пространстве. Метод использует свойства звуковой волны менять свои характеристики при прохождении сред с разной плотностью.

Радиологического, основанного на измерении степени рассеивания ионизирующего излучения, издаваемого радиоизотопным источником.

Термального, основанного на изменении температуры застывающего раствора.

Результатом проверки является презентация, которую вам предоставляют сотрудники лаборатории.

По истечении этого времени выполняется очистка устья скважины от остатков тампонажной смеси. После этого скважина проверяется на герметичность в течение 30-40 минут высоким избыточным давлением воды. Величина падения давления в течение указанного времени не должна превышать установленного значения.

Подготовка к цементированию

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

Расчет труб для обсадных колонн

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

Состав для цементирования

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

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

Формула для расчета количества цементного раствора выглядит так: V_ц= (π/4)*[К₁*(D₂ – d₁2)*Н_ц 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.