Цементирование скважин - способы, оборудование, приготовление раствора и порядок работ

Составляющие технологического процесса

Процесс цементирования скважин состоит из пяти основных видов работ:

подготовка тампонажного раствора;
закачка подготовленного раствора в скважину;

подача цементного раствора выбранным способом в затрубное пространство;
период затвердения закачанного тампонажного раствора;
проверка качества проведения цементировочных работ доступными методами.

Важно! Перед началом работ составляется программа их проведения, которая опирается на технический расчет цементирования скважины. При этом учитываются горно-геологические условия, величина протяженности интервала, нуждающегося в укреплении, особенности конструкции ствола скважины и его состояния

При расчете опираются на опыт проведения подобных работ в данном районе, если таковой имеется.

Процесс образования цементного камня

Процесс образования цементного камня начинается сразу после закачки тампонирующего раствора и длится от 12 до 36 часов. Основными факторами, влияющими на длительность затвердевания раствора до состояния цементного камня:

свойства компонентов, входящих в состав раствора;
грунты, материал обсадных колонн;
гидрогеологические и климатические условия на участке;
плотность закачки, правильность осуществления процесса тампонирования.

В период затвердевания необходимо оставить скважину в состоянии покоя. Запрещается использовать тросы, ломы, проволоку для оценки качества цементирования, т.к. это может нарушить целостность образующегося цементного камня.

Если вы не знайте, сколько времени необходимо для полного схватывания цементирующего раствора, подождите трое суток и приступайте к контрольным замерам

Необходимое для работ оборудование

Все работы по цементированию водоносных скважин должны выполняться строго в соответствии с техническими требованиями, нарушение которых приведёт к некачественному цементированию. Приступая к тампонированию скважины, вам стоит знать, что это необратимый процесс, исправить что-либо после начала подачи раствора в затрубное пространство скважины невозможно, поэтому подготовительным работам, а именно к приготовлению раствора для цементирования и выбору оборудования, нужно подойти максимально ответственно!

Самый простой и эффективный способ — аренда оборудования на платформе автотехники. Такой комплекс сможет приготовить цементный раствор и под давлением перекачать его в скважину, при этом источником энергии для работы оборудования служит мощный автомобильный двигатель. Если использование агрегатов на базе спецавтомобиля невозможно, то вам потребуется:

миксер для приготовления цементного раствора;
насос высокого давления, осуществляющий подкачку раствора к скважине;
цементировочная головка для закачки раствора внутрь скважины;
заливочные пробки (количество зависит от способа цементирования);
различный мелкий инвентарь (шланги, мерные ёмкости).

В качестве шланга многие специалисты рекомендуют вместо традиционных ПНД труб диаметром 32 см использовать гибкий пожарный шланг. Он плоский и отлично проходит в межтрубное пространство, обеспечивая эффективную подачу раствора.

Оборудование для цементирования скважин имеет большие габариты и требует и мощного источника энергии, например компрессора, генератора, бесперебойного доступа к электросети

Технологии тампонирования

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

Имеются следующие схемы закачки готовых смесей:

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

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

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

Оборудование для тампонирования

Оборудование для цементирования скважин должно быть таким:

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

Одноступенчатое тампонирование

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

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

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

Двухступенчатое или двухцикловое цементирование

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

В основном способ применяется при таких условиях:

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

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

Что следует понять про технологию цементирования?

Цементирование нефтяных и газовых скважин, независимо от методики, сводится к преследованию одной цели – вытеснение бурового раствора из скважины. Делается это путем заливки тампонажной смеси, которая поднимается на определенную высоту.

Стоит понимать, что качество данной инженерной задачи напрямую зависит от соблюдения технологических процессов, корректности расчета и ответственности персонала. Тампонажнники должны полностью соблюдать требования к цементированию нефтяных и газовых скважин

Необходимо уделить внимание и материалам, которые будут использованы в рабочем процессе. Это позволит заметно увеличить продолжительность службы глубинных конструкций в процессе эксплуатации

Виды оборудования которое может понадобиться

В перечень технического обеспечения проведения работ включают следующее оборудование для цементирования скважин:

цементировочные агрегаты, необходимые для затворения цемента и его продавливания в скважину под давлением;
цементно-смесительные машины используют в тех же целях, что и цементировочные агрегаты;
цементировочная головка необходима для проведения промывки скважинного ствола и последующего цементирования его стенок;
заливочные пробки применяются в том случае, если выбирается двухступенчатое цементирование скважин;

другие виды мелкого оборудования, включая краны высокого давления, гибкие металлические шланги, устройства для распределения раствора и др.

Оборудование, необходимое для цементирования скважин, может быть установлено на грузовых автомобилях

Как видите, процесс цементирования скважин зависит от профессионализма людей, задействованных в работах, и от материалов, используемых для выполнения поставленной задачи.

Это интересно: Основные виды нефти — объясняем развернуто

Зачем необходимо цементировать скважины

Во-первых, повышается общая прочность конструкции
Во-вторых, цементация защищает поверхность трубы, которая изготовлена из металла от коррозии, которая может возникнуть из-за подпочвенной влаги
В-третьих, если скважина построена таким образом, что соединяет разные нефтеносные и газоносные пространства, то после цементирования они точно будут изолированы друг от друга.

Описание процесса цементации

Не удивительно, что технология цементации претерпела серьезные изменения. Она полностью отличается от старой. Сейчас используют компьютеризированные технологические расчеты для правильного соотношения воды в цементных растворах и используют специальные добавки для них.

Добавки к цементным растворам могут быть в виде:

Кварцевого песка – он позволяет снизить усадку и по максимуму увеличивает прочность
Волокнистой целлюлозы, которая не допускает утечку жидкого цемента никуда, особенно самые пористые породы
Грунтующих полимеров – во время застывания они расширяют и уплотняют грунт
Пуццоланов. Это специальная крошка – сверхлегкие минералы, они водостойкие и не боятся агрессивных химикатов. Нефтяные скважины при цементации нуждаются в особом многоступенчатом контроле качества сделанной пробки.

Как оценивают качество зацементированных скважин?

Выполняют специальные процедуры:

Термическую – определяют уровень максимального поднятия цемента
Акустическую – обнаруживают возможные внутренние пустые пространства в цементе
Радиологическую – она является своего рода рентгеном во время данной процедуры

Методы цементирования скважин

На данный момент распространены четыре основные способы цементирования:

Одноступенчатый способ. Цементную смесь заливают в обсадную колонну и заглушают ее пробкой. На пробку подается промывочный раствор. Такие действия приводят к тому, цемент вытесняется в затрубное пространство
Двухступенчатый. По технологии он точно такой же, как и одноступенчатый. Отличие в том, что действия сначала производятся с нижней частью, а затем с верхней. Для раздела двух отделов используют специальное кольцо.
Манжетный. Цементирование используется при помощи сплошного кольца-манжета, чтобы зацементировать только верхнюю часть скважины.
Обратный. Тампонажный раствор заливается сразу в пространство за трубой, буровые и очистные растворы вытесняются в полость колонн.

Компания «МосОблБурение» качественно производит бурение скважин. Вы останетесь довольны сотрудничеством с нашими специалистами.

Особенности цементирования нефтяных скважин и скважин на воду

цементации водоносной скважины

Если у вас на земельном участке имеется скважина, которую планируете добротно обустроить, то вам может быть интересна следующая статья: http://ksportal.ru/809-kak-obustroit-skvazhinu-na-vodu.html.

Цементирование нефтеносных скважин

различные полимерные материалы, которые при застывании расширяются и уплотняют прилегающий к стенкам скважины грунт;
для увеличения прочности цементного камня, повышения пластичности приготовленного раствора используют чистый кварцевый песок;
для предотвращения утечки жидкого цементного раствора в пористых грунтах применяют крошку волокнистой целлюлозы;
для снижения действия агрессивных химикатов на цементный камень применяют крошку сверхлегких минералов вулканического происхождения.

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.

Этапы цементирования источника воды

Весь процесс цементирования складывается из нескольких этапов, каждый из которых имеет свои нюансы:

Приготовление тампонажного раствора для заполнения затрубного пространства.
Подача приготовленного цемента к скважине.
Закачка тампонажного раствора в затрубное пространство.
Период затвердевания цементного раствора.
Проверка качества цементирования.

Каждый этап требует использования определённых инструментов и спецоборудования. Расчёты необходимых материалов лучше произвести до начала тампонажных работ, т.к. процесс тампонирования должен длиться непрерывно и если вам, например, не хватает цементного раствора, то это самым негативным образом скажется на качестве цементирования. Важнейшие этапы рассмотрим более подробно.

Необходимое оборудование

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

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

Составляющими агрегата являются:

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

Технологический процесс двухступенчатой системы заливки

Такой способ цементирования был введен специально для скважин нефтяного производства. Однако применяется он не так часто в виду того, что для его проведения нужно специальное промышленное оборудование, например, бетононасос с большой мощностью. Подобное цементирование применяется в ситуациях, если:

раствор моментально затвердевает, что невозможно завершить работу в один этап;
когда в пространстве необходимо выделить несколько участков, которые подразделяются максимальным расстоянием;
при большой глубине, когда невозможно провести работу в один этап.

При других ситуациях двухступенчатый способ является нецелесообразным, поскольку он является достаточно длительным по времени. Проведение двухступенчатого способа заключается в том, что закачивание цемента проводится в две стадии. Первоначально тампонажный раствор подают и продавливают, опускают нижнюю пробку, которая под действием тяжелого раствора опускается до окончательной точки. Во второй стадии раствор закачивают через 2-3 дня, после завершения затвердевания первоначального этапа.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

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

ПРОЦЕСС ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ

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

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

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

ОСОБЕННОСТИ НАГНЕТАНИЯ

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

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

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

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

ИНСТРУМЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ:

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

Технология цементирования скважины

Современные методики цементирования несколько отличаются от технологий, применяющихся в прошлом веке. Основные отличия заключаются в автоматизации процесса, использовании компьютерной техники при расчете требуемого количества раствора. При этом учитываются всевозможные геологические особенности нефтегазоносной области, климат, погодные условия в конкретный период, технические параметры и прочее.

Цементирование нефтяных и газовых скважин может проводиться одним из следующих способов:

одноступенчатая технология (сплошная заливка) – предусматривает подачу промывочного раствора под высоким давлением на пробку в обсадочной колонне;
двухступенчатая технология – то же, что и одноступенчатое цементирование, но с последовательным проведением процесса для нижней и верхней части (области разделены специальным кольцом);
методика манжета – предусматривает применение кольца-манжета для цементирования нефтяных и газовых скважин исключительно в верхней области;
обратная технология – единственная методика, во время которой цементная смесь заливается не в саму колонну, а в область за трубами.

Сам процесс проводится в несколько этапов. Изначально готовится смесь для тампонажа. Делается это согласно инструкции и расчетам. Смесь подается в скважину непосредственно после ее приготовления. После этого приводится в действие механизм, которые вытесняет раствор в межтрубное пространство нефтяной шахты.

Далее следует подождать, пока смесь полностью не застынет, образовав собой пробку. На конечном этапе проводится проверка качества выполненных работ по любой из технологии, описанной выше.

Процесс образования цементного камня

свойства компонентов, входящих в состав раствора;
грунты, материал обсадных колонн;
гидрогеологические и климатические условия на участке;
плотность закачки, правильность осуществления процесса тампонирования.

Технология цементирования скважины

Цементирование нефтяных и газовых скважин может проводиться одним из следующих способов:

одноступенчатая технология (сплошная заливка) – предусматривает подачу промывочного раствора под высоким давлением на пробку в обсадочной колонне;
двухступенчатая технология – то же, что и одноступенчатое цементирование, но с последовательным проведением процесса для нижней и верхней части (области разделены специальным кольцом);
методика манжета – предусматривает применение кольца-манжета для цементирования нефтяных и газовых скважин исключительно в верхней области;
обратная технология – единственная методика, во время которой цементная смесь заливается не в саму колонну, а в область за трубами.

Выводы и полезное видео по теме

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

Процедура одноступенчатого цементирования скважины:

Специфика производства манжетного цементирования:

Технологические особенности двухступенчатого цементирования:

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

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

Технология цементирования скважин

Составляющие технологического процесса

Процесс образования цементного камня

Необходимое для работ оборудование