Тампонированием скважины называется комплекс работ по изоляции отдельных ее интервалов. Тампонирование осуществляется с целью предотвращения обвалов скважины и размывания пород в пространстве за обсадными трубами, разделения водоносных или других горизонтов для их исследования, перекрытия трещин, пустот, каверн, для ликвидации водопроявлений, поглощения промывочной жидкости при бурении.
Рис. 8.1. Общая схема тампонажа:
1 – колонна обсадных труб; 2 – тампонажный материал; 3, 4, 5 - изолируемый, водонепроницаемый и водоносный пласты соответственно.
При бурении на жидкие и газообразные полезные ископаемые, а также на минеральные соли необходимо изолировать пласт полезного ископаемого от вышележащих пластов. Изоляция отдельных горизонтов в скважине необходима для предотвращения проникновения грунтовых и пластовых вод в пласт полезного ископаемого. При подходе к продуктивному пласту проходка скважины прекращается в водонепроницаемом вышерасположенном пласте. Затем в скважину спускают колонну обсадных труб, а кольцевое пространство между низом колонны и стенами скважины заполняют водонепроницаемым материалом. Тампонированием затрубного пространства обсадная колонна предохраняется от сжатия давлением и корродирующего воздействия минерализованных подземных вод.
Применяют постоянное и временное тампонирование. Постоянное тампонирование проводят на длительное время. При постоянном тампонировании околоствольное пространство изолируется от ствола скважины. Временное тампонирование предназначается для изоляции отдельных горизонтов и проводится на срок испытания скважины.
Тампонирование производят для разобщения и изоляции водоносных пластов с разным химическим составом. Например, для изоляции горько-соленой воды от питьевой, изоляции водоносных пластов от нефтегазоносных, для производства опытных нагнетаний воды в пористый пласт, для защиты обсадных труб от коррозии минеральными водами, для устранения циркуляции подземных вод по стволу скважины при извлечении обсадных труб и ликвидации скважины.
В качестве тампонажных материалов используют глину, цемент, глиноцементные смеси с наполнителями, быстросхватывающиеся смеси (БСС), битумы и смолы.
Тампонирование глиной применяют при бурении неглубоких разведочных или гидрогеологических скважин. Если в месте намечаемого тампонирования залегает пласт глины мощностью 2-3 м, то тампонирование осуществляют задавливанием башмака обсадной колонны в глину, предварительно пробурив этот лласт на 0,5-0,6 м.
При отсутствии на забое глины или при недостаточной мощности ее пласта нижнюю часть скважины заполняют вязкой глиной, в башмак обсадной колонны вставляют конусную пробку, которой выдавливают глину в затрубное пространство. По окончании тампонирования пробки разбуривают.
Тампонирование с помощью цемента называется цементиро ванием скважин. Цементирование используют при бурении скважины на воду, нефть, газ и в случаях, когда необходимо получить прочный и плотный тампон на весьма продолжительное время.
Для цементирования скважин используют тампонажный цемент на основе портландцемента.
После смешивания с водой тампонажный цемент должен давать подвижный раствор, перекачиваемый насосами, который с течением времени загустевает и затем превращается в водонепроницаемый цементный камень. Цементный раствор надо изготовлять как можно быстрее, чтобы предупредить его схватывание во время нагнетания в скважину. Готовят цементный раствор в цементомешалках или в специальных цементировочных агрегатах, смонтированных на автомобиле.
Наиболее широко применяемый способ цементирования при разведочном бурении - погружение башмака обсадной колонны в цементный раствор, залитый на забой скважины. Забойное цементирование проводят для изоляции нижней призабойной части колонны обсадных труб. Цементный раствор заливают в скважину через заливочные трубы на высоту 2-3 м.
После извлечения из скважины заливочных труб на забой спускают колонну обсадных труб. После затвердения цементного раствора разбуривают пробку в обсадных трубах и продолжают проходку скважины.
Временное тампонирование скважин производится на непродолжительный период проведения раздельного исследования водоносных (нефте- и газоносных) горизонтов.
Для разобщения отдельных участков скважины, подвергаемых исследованиям (откачки, нагнетания), используют специальные тампоны, называемые пакерами. По принципу действия различают пакеры простого и двойного действия. Пакеры простого действия разделяют скважину на два изолированных друг от друга участка, а двойного действия - на три.
Принцип действия пакера основан на том, что при расширении резиновой манжеты или подушки надежно уплотняется зазор между стенками скважины и колонной труб, на которой опускается тампон. Резиновая манжета (подушка) в скважине может уплотняться механически, с помощью воды или сжатого воздуха.
Гидравлический пакер (рис. 8.2.) с двумя резиновыми камерами 3 (двойного действия) спускают в скважину на колонне труб 1. Вода, подаваемая под давлением через трубки 2 в камеры 3, прижимает их к стенкам скважины. Таким образом скважина разделяется на три участка. Через фильтровую трубу 4 после установки пакера производят опытные откачки или наливы.
Рис. 8.2. Гидравлический пакер:
I – водоупор; II – пористый водоносный пласт; 1 – колонна обсадных труб; 2 – трубка для нагнетания воды; 3 – камера; 4 – соединительная трубка; 5 – фильтровая труба; 6 – глухая пробка
Тампонирование без обсадных труб. Для борьбы с поглощением промывочной жидкости без уменьшения диаметра скважины применяют БСС различного состава. Дозировка смеси, содержащей портландцемент, глинистый раствор, жидкое стекло, каустическую соду и воду, зависит от качества цемента и глины. Изменением количества жидкого стекла и каустической соды регулируют свойства смеси и сроки ее схватывания. Через 20-35 мин после приготовления БСС теряет подвижность, а через 1-1,5 ч заканчивается ее схватывание. Используют также тампонажные смеси на основе синтетических смол путем смешивания их с наполнителем и последующим введением в смесь отвердителя.
Тампонажные смеси должны быть доставлены к месту поглощения промывочной жидкости до потери подвижности. Смесь, доставляют одним из следующих способов: 1) заливкой через устье неглубокой скважины; 2) закачиванием через бурильную колонну, 3) в колонковом наборе, закрытом снизу глиняной пробкой, с последующим выдавливанием промывочной жидкостью; 4) с использованием специальных тампонажных устройств.
Доставленную в зону поглощения тампонажную смесь после выдержки в течение времени, необходимого для ее затвердевания, разбуривают.
Производство работ по цементированию скважины при помощи двух пробок
Если необходима большая высота подъема цемента в затрубном пространстве (на любое расстояние от забоя, вплоть до устья скважины), применяется цементирование под давлением с разделяющими пробками . При этом используют две разделяющие пробки и цементировочную головку. Разделяющие пробки снабжены уплотняющими резиновыми манжетами. Верхняя пробка сплошная, а в нижней выполнен осевой канал, перекрытый стеклянным диском или резиновой перепонкой.
Промывка затрубного пространства . Через отвод 1 (рис. 8.1, а) цементировочной головки нагнетают промывочную жидкость для промывки скважины. При этом колонна обсадных труб подвешена в устье скважины с помощью лафетного хомута и не касается забоя.
Введение в обсадные трубы нижней пробки . Для этого цементировочную головку отвинчивают от колонны и в устье обсадной колонны вводят нижнюю пробку. После этого навинчивают цементировочную головку с закрепленной в ней верхней пробкой
Нагнетание цементного раствора в колонну обсадных труб. Освобождение верхней пробки и ее продавливание вдоль колонны. Вывинчивают выдвижные стопоры 6 цементировочной головки, освобождая этим верхнюю пробку и через отвод нагнетают промывочную жидкость (глинистый раствор или воду) для продавливания пробок. Тогда система, состоящая из двух пробок и цементного раствора между ними, будет перемещаться вниз.
Продавливание цементного раствора в затрубное пространство . Когда нижняя пробка упрется в упорное (стопорное) кольцо, закрепленное между трубами и башмаком, тогда возросшим давлением насоса раздавливается стеклянная пластинка, перекрывающая отверстие в нижней пробке, и цементный раствор через это отверстие продавливается в кольцевое затрубное пространство (рис. 8.1, в). Окончание нагнетания цементного раствора в затрубное пространство соответствует моменту схождения пробок (рис. 8.1, г), определяемому по резкому повышению давления на манометре.
Снятие колонны обсадных труб с лафетного хомута и спуск колонны до забоя .
Для этого колонну с помощью элеватора, крюка, талевой системы и лебедки бурового станка приподнимают, вынимают из корпуса лафетного хомута и спускают колонну до забоя.
Выдерживание колонны обсадных труб под давлением (при закрытых отводах 1 и 2) в течение 12-24 ч до конца схватывания и затвердевания цемента.
Снятие цементировочной головки , разбуривание пробок и упорного кольца, очистка забоя.
Проверка результата тампонирования . Для этого понижают откачкой уровень жидкости в скважине ниже (не менее чем на 10 м) статического уровня тампонируемого водоносного горизонта. Если в течение суток уровень воды в скважине не поднялся (не учитывая поднятия уровня до 1м за счет стенания капель по стенкам труб), то считают, что тампонирование водоносного пласта произведено и об этом составляется акт.
Рис. 8.1. Схема тампонажа скважины цементом по способу «с двумя пробками»:
а – начало закачивания цемента; б – конец закачки цемента; в – начало подъема цемента в затрубное пространство; г – конец цементации
1 – запорный кран; 2 – манометр; 3 – головка для цементации; 4 – верхняя часть пробки; 5 - резиновые манжеты; 6 - нижняя часть пробки; 7 – обсадная труба; 8 - верхняя пробка; 9 - нижняя пробка
Тампонирование скважин – комплекс мероприятий, направленный на защиту недр и укрепление затрубного пространства и обсадной колонны от разрушающего воздействия породы и грунтовых вод. Многие начинающие самостоятельное бурение читатели часто интересуются, нужен ли тампонаж скважины на воду, и как его произвести своими силами.
Мы попытаемся ответить.
Цементирование скважины
Назначение
Начнем с того, что дадим определение самому термину. Тампонаж – это заполнение горных пород и присутствующих в них трещин цементным раствором для предотвращения просачивания воды, нефти или других ископаемых сквозь породу и проникновения этих веществ в другие слои и горизонты почвы .
Различают:
- непосредственное цементирование затрубного пространства скважин в целях укрепления ствола и предотвращения протечек верховодки и грунтовой воды в известняковый слой;
- цементирование в целях ликвидации скважины – ликвидационный тампонаж.
Ликвидация нужна из-за того, что в некоторых случаях старая скважина начинает представлять угрозу заражения водоносных слоев. Артезианские запасы воды считаются стратегическими запасами государства, поэтому их безопасность – это безопасность страны.
На основе анализов и экспертиз компетентные органы принимают решение о необходимости ликвидационного тампонирования объекта, затем составляют проект работ, и, после его утверждения, силами профессиональных организаций осуществляют цементирование.
Важно!
Эксплуатационное цементирование имеет смысл только в случае большой глубины скважины и определенных характеристик среза породы.
Для пробуренных скважин «на песок» эта мера не имеет практического смысла, так как в данном случае опасность сообщения разных водоносных горизонтов отсутствует.
При бурении артезианских скважин решение о необходимости цементирования принимает организация, производящая работы.
В каких случаях нужен тампонаж
Чтобы конкретизировать статью, следует сразу определить признаки, по которым можно установить необходимость цементирования и ликвидации скважины.
Итак, тампонаж необходим в случаях если:
- Качество воды в скважине ухудшилось, а восстановление или усовершенствование невозможно или нецелесообразно в силу технических, физических или экономических соображений;
- Объект выработал свой ресурс и больше не эксплуатируется;
- Временные скважины небольших диаметров больше не представляют интереса вследствие появления других источников подачи воды;
- Обнаружены дефекты конструкции объекта, снизился дебит или произошла авария, а восстановление экономически невыгодно или технически невыполнимо;
- Геолого-разведовательные или поисковые бурения выполнили свою задачу и более не нужны;
- Источники с напорными фонтанирующими водами перестали постоянно эксплуатироваться;
- Поглощающие скважины стали представлять угрозу заражения водоносных горизонтов.
Следует сказать, что тампонирование чаще всего выполняется при бурении нефтяных и газовых разработок. При добыче воды объекты цементируют редко, в особых случаях.
Здесь нет четких правил, когда точно следует или не следует производить бетонирование, все решается в процессе проектирования и производства работ на основе разведывательных данных, структуры среза породы, его состава и т.д.
На практике все выглядит таким образом: после завершения бурения хозяин скважины получает паспорт на объект, где указано, как именно следует за ним следить и какие меры принимать в тех или иных обстоятельствах. Кроме всего прочего, там сказано, что в случае аварии, поломки, ухудшения качества и прочих форс-мажорных обстоятельств хозяин обязан уведомить СЭС.
Далее СЭС производит забор воды на анализ и осмотр объекта. На основании полученных данных станция выносит вердикт о состоянии скважины и ее дальнейшей судьбе, а хозяин получает предписания к действиям, которые он обязан осуществить для ликвидации поломки или объекта.
Важно!
Ответственность за правильное проведение всех предписанных мероприятий полностью ложится на собственника, а невыполнение этих предписаний грозит уголовным преследованием за нарушение закона об охране недр.
Работы по правильному тампонированию производят с помощью специального оборудования, цена которого неподъемна для частного лица или дачника. Поэтому многих интересует, возможно ли цементирование своими руками? Однозначного ответа здесь нет, необходимо рассматривать каждый отдельный случай.
Монтаж
Для владельцев частных самодельных скважин следует знать, что их абиссинские колодцы и скважины «на песок» не нуждаются в цементировании. Это объясняется очень просто: эти объекты не представляют угрозы заражения для запасов пресной воды, так как они не пересекают разные водоносные горизонты, а черпают грунтовую воду из песчаного водоносного слоя.
Тем не менее, для таких объектов остается другая опасность: верховодка и осадочная вода может проникать вдоль обсадной колонны или иглы в песчаный слой и загрязнять грунтовые воды, снижая характеристики источника.
С.В. МИРОНОВ,
начальник Сургутского тампонажного управления
ОАО «Сургутнефтегаз»
PLUG-UP WORKS DURING CONSTRUCTION OF WELLS
S. MIRONOV, STU, «Surgutneftegas» JSC
During 35 years «Surgutneftegas» JSC"s special production division - Surgut plug-up department makes all types of plug-up works, ensuring annual service of more than 4.5 mln. m drilling.
Key words: cementing of wells, new technologies
Тампонажные работы при строительстве скважин
В цикле строительства скважины очень важная роль отводится процессу цементирования как наиболее ответственному этапу ее строительства. Особая важность и значимость тампонажных работ обуславливаются тем, что неудачи при их проведении могут свести к минимуму успехи предыдущих этапов строительства скважины.
Все виды тампонажных работ в течение 35 лет выполняет специализированное производственное подразделение ОАО «Сургутнефтегаз» - Сургутское тампонажное управление, обеспечивая обслуживание более 4,5 млн м проходки горных пород в год. В период своего становления коллектив предприятия стремился вписаться в трудовой ритм предприятий бурения, становясь их надежным партнером. В настоящее время Сургутское тампонажное управление - самое крупное в отрасли специализированное предприятие по цементированию обсадных колонн, которое имеет необходимую современную тампонажную технику, технологическое оборудование и тампонажные материалы для своевременного и качественного выполнения тампо-нажных работ на всей территории деятельности ОАО «Сургутнефтегаз». Пос-
тоянно возрастающие объемы бурения, требования к качеству выполняемых работ нашли отражение в структуре предприятия, численности и расположении производственных цехов и участков. В состав управления входят пять цехов крепления скважин и четыре участка, в том числе участок по ремонту и обслуживанию спецтехники, две лаборатории тампонажных растворов (включая одну в Якутии). По мере ввода новых месторождений география деятельности тампонаж-ников расширяется. Сегодня работа ведется на месторождениях районов Ханты-Мансийского автономного округа -Югры, а также за его пределами - в Томской, Омской, Новосибирской и Тюменской областях, Красноярском крае и в Республике Саха (Якутия).
В связи с разбуриванием новых месторождений и увеличением средней глубины
строящихся скважин значительно повысились требования к качеству производства работ по цементированию, реализация которых стала возможной за счет внедрения новых тампонажных материалов, спецтехники и технологического оборудования, совершенствования технологических процессов цементирования.
Одним из важных направлений повышения качества цементирования обсадных колонн является применение облегченных тампонажных цементов заводской готовности, обеспечивающих минимальную плотность приготавливаемого цементного раствора при сохранении прочност-
В лаборатории цементных растворов
ных и адгезионных свойств цементного камня. В течение ряда последних лет проведен большой объем лабораторных и промысловых испытаний облегченных тампонажных цементов различных составов и заводов, изготовителей (ПЦТ I-50, ПЦТ II-50, ПЦТ III Об 5-50,
ПЦТ III Об 5-100, МТО-5-100, ПЦТ III Об 2-50, ОТМ-4, ЦТОА-1-50, ЦТОС 5-100, ЦТОС 4-100, ЦТРО). Результаты проведенных испытаний позволили выбрать наиболее эффективные облегченные тампонажные цементы, по сравнению с ранее применяемыми. Для подготовки к массовому переходу на облегченные цементы заводской готовности в бестарном виде поставки проведены работы по реконструкции всех складов цемента с целью увеличения объема хранения цементов, снижения негативного воздействия на окружающую среду.
С целью повышения качества сцепления цементного камня с эксплуатационной колонной в интервале продуктивных пластов применялись различные тампонажные цементы для умеренных (ПЦТ I-100, ПЦТ I G СС-1, ЦТР-1-100, ЦТРС-100, РТМ-75) и повышенных температур (ШПЦС-120, ЦТТС, ЦТВА-1-160). В 2011 г. в Западной Сибири перешли на применение тампонажно-го цемента класса G вместо ранее используемого ПЦТ-I-100. С его применением зацементировано более 70% эксплуатационных колонн, что позволило повысить показатель качества сцепления в интервале продуктивных горизонтов. С целью улучшения контакта в зоне продуктивных пластов были также проведены промысловые испытания расширяющихся тампонажных материалов, что обеспечило значительный прирост сплошного контакта цементного камня с обсадной колонной в этих скважинах.
Для повышения качества крепления скважин, строящихся в солевых отложениях Талаканского месторождения (Якутия), с 2010 г применяется магнезиальный там-понажный материал (МТМ-С), который был специально разработан для данных геологических условий. Во всех скважинах, где применялся МТМ-С, получен сплошной контакт цементного камня с колонной. В 2011 г все эксплуатационные колонны на Талаканском месторождении были зацементированы с применением магнезиального тампонажного материала.
Важным фактором в повышении качества применяемых тампонажных цементов для цементирования обсадных колонн в Якутии является ввод в эксплуатацию участка по растарке тампонажного цемента. Современное оборудование, которым оснащен участок, позволило механизировать процесс растарки цемента из мягких контейнеров, существенно снизить его потери в виде цементной пыли и от воздействия окружающей среды за счет улучшения условий его хранения и повышения культуры производства. С буровых бригад была снята непрофильная функция и исключена тяжелая физическая работа при затарке цемента в цементосмеси-тельные машины.
Проведена большая работа по внедрению новых видов и способов цементирования. Освоены технологии манжетного, селективно-манжетного, ступенчатого цементирования эксплуатационных колонн, с использованием различных муфт и пакеров. Совместно с внедрением новых видов цементирования расширяется гамма используемых тампонажных материалов и рецептур цементных растворов, испытываются химические реагенты, повышающие качество крепления скважин.
Только вертолетом можно долететь
В станции управления процессом цементирования
В лабораториях тампонажного управления, которые оснащены современным импортным оборудованием, ведется входной контроль всех поступающих тампо-нажных материалов, проводится подбор рецептур там-понажных растворов для конкретных условий скважин, испытываются различные химические реагенты для повышения качества цементного камня.
С 2010 г. в Талаканском цехе крепления скважин введена в эксплуатацию новая лаборатория тампо-нажных растворов, оснащенная современным оборудованием для проведения анализа цементных растворов и камня. Кроме того, имеется портативное лабораторное оборудование, которое позволяет непосредственно перед цементированием проводить анализ тампонажного материала на приготовленной жидкости затворения,
что является необходимым условием качественного проведения операции по цементированию с применением магнезиального тампонажного материала.
Важным фактором повышения качества цементирования является применение более производительной и надежной спецтехники, технологического оборудования. Тампонажни-ками совместно со специалистами отечественных машиностроительных заводов была проведена большая работа по разработке и внедрению в производство двухнасосного плунжерного цементировочного агрегата, це-ментосмесительной машины повышенной грузоподъемности, спецтехники на санях (для обслуживания разведочных скважин), автоцементовоза на шасси повышенной проходимости, обеспечивающего доставку цемента непосредственно на буровую для дозатарки цемен-тосмесительных машин.
Двухнасосный цементировочный агрегат был спроектирован для работы в суровых северных условиях, который при незначительном увеличении массы значительно превосходит по техническим характеристикам два обычных агрегата с поршневыми насосами. Эти агрегаты нашли широкое применение при выполнении работ по цементированию и освоению скважин.
Был изготовлен опытный образец и проведены промысловые испытания цементосмесительного агрегата на шасси повышенной грузоподъемности, который позволит перевозить в 1,5 раза больше тампонажных материалов.
В связи с проявлением в организационной структуре ОАО «Сургутнефтегаз» управления поисково-разведочных работ возникла необходимость в создании специальной тампонажной техники, которую можно транспортировать на внешней подвеске вертолета на изоли-
Большегрузный автоцементовоз
Цементирование разведочной скважины
рованные скважины. Были разработаны и изготовлены цементировочные агрегаты (АЦС-320), цементосмеси-тельные машины (1СМР-20), компрессорные станции на санях (ПКС 7/100С), которые можно было транспортировать с одной скважины на другую вертолетной техникой. В настоящее время ведутся работы по дальнейшей модернизации спецтехники. Изготовлены три цементосме-сительные машины с увеличенным объемом бункера, что позволит снизить затраты на вертолетные перевозки из-за снижения потребного количества спецтехники для цементирования.
В управлении эксплуатируется одиннадцать осредни-тельных установок УОП-20, семь из которых были модернизированы. С применением УОП-20 в 2011 г. зацементировано 505 эксплуатационных колонн. Модернизированные осреднительные установки позволяют стабилизировать параметры одновременно приготавливаемых цементных растворов облегченной и нормальной плотностей, проводить их гидроактивацию, обеспечивать стабильную концентрацию химических реагентов во всем объеме приготавливаемых цементных растворов. Применение осреднительных установок позволило повысить качество сцепления цементного камня с обсадной колонной в интервале продуктивных горизонтов.
В целях усиления контроля за качеством проведения процесса цементирования обсадных колонн в управлении эксплуатируется 11 комплексов станций контроля и управления процессом цементирования нового поколения, которые были разработаны совместно с ЗАО «Электротех». На сегодняшний день это одни из самых надежных и точных станций контроля цементирования отечественного производства, в которых был впервые
АКСЕНОВА Н.А., ЛУЗАН М.В., ОВЧИННИКОВ В.П., ПАРХОМЧУК Н.В., РОЖКОВА О.В., ФЕДОРОВСКАЯ В.А. - 2015 г.
АБРАМОВ С.А., ВАХРУШЕВ Л.П., ГЕВОРКЯН И.Э., ДЮСЮНГАЛИЕВ М.А., ЛОСЕВА Н.Т., ЛУШПЕЕВА O.A. - 2008 г.
Цементирование скважин, или как его ещё называют тампонаж, является одним из наиболее важных этапов их строительства, и касается это не только нефтяных, но и водозаборных сооружений.
Суть данной операции состоит в том, что пространство, образовавшееся между стенками трубы и проходки, должно быть заполнено цементным раствором. Вот об этом мы и поговорим в данной статье.
Всё о тампонаже
Цементация глубоких скважин производится с учётом опыта прежних лет, с помощью современного оборудования и научных изысканий. Типовые схемы производства данных работ отработаны до мельчайших нюансов, и их грамотное выполнение очень важно.
Во-первых, тампон препятствует воздействию напорных вод и плывунов на ствол скважины, не давая им размывать шахту. Во-вторых, застывший раствор жёстко фиксирует конструкцию, предупреждая смещение колонн.
Итак:
- Тампонируют скважины (см. ) не только в процессе строительства, но и при консервации и ликвидации – только технологии несколько отличаются. Хотя, абсолютно всё учесть невозможно, так как в каждом случае бывают разными условия работы: техническое оснащение, конструкция скважины, геологические условия, протяжённость цементного моста.
Поэтому, технологии нередко уточняются по ходу производства работ, и это нормально.
Главное, чтобы данный процесс обеспечил следующие требования:
- Чтобы соблюсти данные условия, необходимо контролировать и регулировать характеристики промывочной жидкости, с целью снизить её вязкость. Напомним, что промывка производится в процессе бурения, что позволяет размягчать грунт, и вымывать из проходки шлам.
Цементный раствор нагнетается в затрубное пространство с такой скоростью, которая может обеспечить режим турбулентности. - В каждом конкретном случае рецептура раствора, подбирается индивидуально. Его свойства определяют как продолжительность тампонажных работ, так и режимы закачки и продавливания раствора.
Кстати, обычный строительный цемент в данном случае не используется. Есть специально предназначенный для скважин сорт, который называется «гипсоглинозёмистый цемент».
Он имеет свойство расширяться, а это в тампонажных работах самое главное. Раствор из такого цемента не впитывается в грунт, а заполняет все пустоты и мельчайшие трещины, закупоривая их по принципу тампона — отсюда и название технологии.
При наличии в проходке больших пустот и плывунов, в гипсоглинозёмистый раствор добавляют доломитовую муку, бентонитовую глину, либо волокна асбеста или целлюлозы.
Тампонирование одноцикловое, с двумя пробками
При выполнении цементации данным способом, в нужном сегменте ствола, сначала устанавливается нижняя пробка. В ней есть канал для прохода раствора, который временно перекрыт диафрагмой.
Далее, в верхней части колонны устанавливается головка, через которую осуществляется подача тампонажного раствора из смесителя. Верхняя пробка, удерживаемая шпильками, располагается на цементировочной головке.
Итак:
- Когда в ствол, согласно расчёту, полностью закачан весь объём раствора, эту пробку освобождают, и начинают подачу жидкости для продавливания. Под высоким давлением, масса цементного столба, вместе с пробкой, продвигается вниз.
- Попутно она вытесняет из ствола скважины буровую жидкость. Происходит это за счёт собственного веса тампонажного раствора, а так же его высокой плотности. В процессе вытеснения жидкости, уровень давления на головке, через которую нагнетается раствор, значительно снижается.
Столб тампонирующей смеси движется по стволу вместе с пробкой, установленной на нижней отметке. И как только она натыкается на упорное кольцо, происходит резкое усиление давления.
В результате чего диафрагма-перемычка, которой перекрыто отверстие, разрушается. После этого раствор беспрепятственно поступает в затрубные пазухи.
Объём жидкости, продавливающей цементную пробку, непрерывно контролируется, и когда остаются последняя пара кубов, интенсивность закачки снижается. Как только пробки, отсекающие интервал, входят в контакт, о чём говорит резко увеличивающееся давление, нагнетание тампонажной смеси прекращается.
Двухцикловое цементирование
Этим способом последовательно тампонируют сразу два интервала. По сравнению с одноцикловым цементированием, данный метод имеет некоторые преимущества.
При этом значительно уменьшается вероятность попадания промывочной жидкости в цементный раствор, и снижается давление на грунт в процессе его подъёма. Что немаловажно, высота подъёма может быть значительно увеличена, даже если давление не повышается.
Итак:
- Подготовительные работы, предшествующие тампонированию, производится по той же схеме, что упоминалась выше. Только теперь, в нижней части того сегмента обсадной колонны, который готовится к тампонажу, устанавливается заливочная муфта.
По окончании промывки, производится установка головки, и начинается закачка того объёма цементной смеси, который необходим для заполнения первой ступени.
- На следующем этапе, в ствол, через заливочную муфту вводят промежуточную пробку, которая завершает первый цикл, и, под воздействием продавочной жидкости, продвигает закачанную смесь вглубь. Её количество, при этом, равно объёму того отрезка обсадной колонны, который находится между упорным кольцом и заливочным клапаном. Затем, нижнюю пробку второго сегмента, которая находится в теле цементировочной головки, освобождают и продавливают.
- Под воздействием давления пробку прижмёт к муфте, она сядет на втулку, и, смещаясь вниз, откроет сквозной проход. Дальнейшие действия могут иметь два варианта.
В одном из них, после окончания цементации первой ступени, сразу же приступают ко второму циклу. Этот метод представляет собой процесс непрерывного цементирования.
- Второй вариант называется: двухцикловой тампонаж с разрывом. При этом заливка второго отрезка колонны производится только после схватывания уже закачанной цементной смеси.
На этот период, в заливочном клапане поддерживают циркуляцию бурового раствора. Данный вариант позволяет регулировать уровень динамического давления, возникающего в затрубных пазухах, и, соответственно, улучшить качество тампонирования.
Как только подача расчётного объёма тампонажной смеси, предназначенной для второго сегмента, закончена, в колонну устанавливается и продавливается жидкостью последняя, верхняя пробка. Теперь она, смещаясь вниз вместе с втулкой, перекроет проходное отверстие.
Способы манжетной и обратной цементации
Решение в пользу манжетного метода, принимается в тех случаях, когда цементируется пласт с низким давлением, или нужно предупредить попадание раствора в фильтрующую колонну. Суть его в том, что на нижней отметке тампонируемого сектора, в устанавливается муфта с отверстиями для прохождения раствора, и брезентовой манжетой.
Итак:
- Чуть ниже муфты размещается клапан, перекрывающий раствору доступ внутрь колонны. А манжета, в процессе нагнетания раствора, перекрывает затрубное пространство так, что цементный столб может продвигаться только вверх.
- Есть ещё вариант, при котором цементация производится в обратном направлении (снизу вверх). Если коротко, делается это так: обсадная колонна по нижнему периметру перекрывается специальным башмаком; раствор, по специальному рукаву, закачивается непосредственно в затрубное пространство.
При этом, находящийся там буровая жидкость вытесняется, и, по обсадным трубам, выходит на поверхность.
Данный способ привлекает буровиков, но для цементирования сверхглубоких скважин он не подходит. Причиной тому ряд технических сложностей.
Например, трудно контролировать момент достижения тампонажного раствора нижней отметки обсадной колонны. Соответственно, невозможно и оценить качество цементации – а эта часть ствола скважины наиболее ответственная.
Завершающий этап цементирования
Период затвердевания цементного столба может варьироваться, в зависимости от состава раствора. Имеет значение и то, какая именно колонна тампонировалась.
Для кондуктора, например, достаточно 16 часов, а для эксплуатационной колонны нужны сутки. По истечении этого срока, в скважину опускают электротермометр.
Итак:
- С его помощью, по изменениям температур, определяют высоту подъёма раствора в цементируемом пространстве. Максимальное выделение раствором тепла, происходит в течение нескольких часов после его затвердевания.
Поэтому, для определения данного показателя, прибор должен быть спущен в скважину в течение суток после окончания тампонажа.
- Для контроля качества цементирования широко применяют акустический зонд (скважинный локатор). Участки, не заполненные раствором, определяются по амплитудам звуковых колебаний. Если к качеству тампонажных работ претензий нет, начинают обвязку устья скважины.
Затем, в неё спускают пикообразное долото либо желонку, с помощью которой разбуривают затвердевшие остатки раствора и заливочные пробки.
Далее наступает черёд опрессовки ствола, то есть проверка его на герметичность. Для этого, в него закачивается вода под давлением, превышающим расчётное на 20%.
Если спустя полчаса давление снижается не больше, чем на 0,5 мПа, и при этом не происходит выделение газа, и перелива воды, скважина считается герметичной.
Тампонирование скважины - комплекс работ по гидроизоляции отдельных ее интервалов.
Цели тампонажа:
- 1) разделение и изоляция водоносных и других горизонтов;
- 2) укрепление стенок скв;
- 3) ликвидация водопроявлений;
- 4) устранение поглощения промывочной жидкости;
- 5) защита подземных вод от загрязнения.
Проектом предусматривается затрубный цементный тампонаж.
Цементом называется вяжущее вещество, которое, будучи замешано с пресной водой в тесто, твердеет как в воздухе, так и в воде. Цемент изготавливают путем тонкого измельчения клинкера (обожженной до спекания смеси известняка и глины) совместно с гипсом в количестве, необходимом для регулирования сроков схватывания и твердения. (Воздвиженский,1979)
Тампонаж производится в интервалах зоны поглощения и самого нижнего слоя представленного песком, т.е. где установлены обсадные трубы с целью гидроизоляции:
устья скважины в интервале 0,0 - 5,0м;
зоны поглощения в интервале 90 - 130м.
Схема тампонирования скважины
Проектом выбрана схема тампонирования двумя пробками. Тампонаж по способу «с двумя пробками» наиболее надежный, но и наиболее сложный способ, при котором процесс цементации распадается на два этапа.
Первый этап.
Подготовка забоя скв, заключающаяся в его очистке, а в некоторых случаях - и расширении. Для очистки скв обсадные трубы поднимаются с забоя на 0,5-1,0м. На верх колонны обсадных труб навинчивают специальную головку для цементации и присоединяют шланг промывочного насоса, при помощи которого промывочную жидкость нагнетают в обсадные трубы. Под давлением насоса промывочная жидкость вытесняется из обсадных труб в затрубное пространство и поднимается до устья скв. Такую промывку затрубного пространства производят для того, чтобы облегчить проникновение в него цементного раствора.
Второй этап.
После промывки затрубного пространства колонна обсадных труб остается подвешенной над забоем, головку для цементации свинчивают с обсадных труб, а в трубы опускают нижнюю пробку, которую при помощи штанг подталкивают на некоторое расстояние. Сверху этой пробки наливают (специальным насосом) цементный раствор, поверх которого вновь вставляют верхнюю пробку. Таким образом, цементный раствор становится зажатым меду двумя пробками. На верхнюю пробку нагнетают промывочную жидкость, которая проталкивает обе пробки и раствор между ними к забою скв. Закачку промывочной жидкости продолжают до тех пор, пока верхняя пробка не встретится с нижней, которая по выходе из труб останавливается на забое, а цемент выжимается в затрубное пространство. Как только прекратится заталкивание пробки, немедленно прекращается подача промывочной жидкости, освобождаются хомуты простых труб и колонна под действием собственного веса или при применении добавочного давления опускается на забой. СКВ в таком состоянии оставляют в течение 1-3 суток, что зависит от качества цемента и др. условий. Для тампонажных работ при бурении скв используют специальный сорт цемента - тампонажный. Техническими условиями предусматриваются сроки начала и окончания схватывания цементного раствора. (Рис. 1.2.)
Рис. 1.2.
а - начало закачки цемента;
б - конец закачки цемента;
в - начало подъема цемента в затрубное пространство;
г - конец цементации.
1 - запорный кран, 2 - манометр, 3 - головка для цементации, 4 - верхняя часть пробки, 5 - резиновые манжеты, 6 - нижняя часть пробки, 7 - обсадная труба, 8 - верхняя проб ка, 9 - нижняя пробка
Расчет количества тампонирующего раствора
D - диаметр скв;
d- наружный диаметр обсадных труб;
H - высота зоны тампонажа.
Интервал 0,0 - 5,0м
D = 93мм = 0,093м;
d = 89мм = 0089м;
V цр =0,002 м 3 для одной скв
2* V ц.р. = 2*0,006 = 0,0047 м 3 для двух скв
Интервал 90 - 130м
D = 76мм = 0,076м;
d = 73мм = 0,073м;
V цр =0,0314 для одной скв
2* V ц.р. = 2*0,0314 = 0,0628 м 3 для двух скв