Как производят цементирование скважин

Последний вид работы и самый значимый в процессе сооружения скважины – наполнение свободного затрубного пространства быстро расширяющимися цементными растворами. Этот вид работы требует исполнения с высоким качеством. Правильный подбор составляющих раствора, технологии подачи с учетом геологического строения среза ствола скважины позволит провести надежную герметизацию затрубного пространства.

Особую роль в таком подборе играет правильный выбор марки расширяющегося цемента, что позволит избежать перерасхода материалов.

В пористой геологической породе не применяют обыкновенный цементно-песчаный раствор. В таких случаях прибегают к использованию растворов с волокнистым цементом (с использованием бумаги, тростника), предопределяя значительное сокращение расходуемого материала.

В глинистых проходах используют обыкновенный цементно-песчаный раствор, который обеспечивает надежную герметизацию за счет отличного межпочвенного сцепления.

Цементный раствор, введенный в ствол затрубного пространства, затвердевает в строго определенный промежуток времени, образует цементный камень, который заполняет все микротрещины, устойчивый к различным водо- и химвоздействиям, обеспечивает хорошую адгезию и обладает повышенной долговечностью.

Современная инженерия и технический прогресс нашли применение так называемым вспенивающимся смесям со свойством при затвердевании увеличиваться в объеме, полностью заполняя ниши, трещины и пазухи заколонного пространства.

Необходимость цементирования скважин

Цементация скважины – технологический процесс, направленный на замещение бурового состава заполняющим цементным раствором. Для этого он вводится в затрубное пространство скважины, превращаясь в монолит после полного затвердения.

Технология цементирования требует наличия особых знаний, навыков и привлечения специализированной техники. Частные скважины можно тампонировать самостоятельно, это позволит сэкономить семейный бюджет и получить необходимый практический опыт.

Цементирование гидросооружения позволяет решить следующие задачи:

• обеспечить износостойкость и долговечность конструктивных элементов скважины;
• защитить водозаборный ствол от негативного воздействия подземных вод и верховодок;
• укрепить колонну, защитить от разрушения и коррозии, увеличить срок службы источника;
• удалить образовавшиеся пустоты, зазоры и трещины, через которые в воду могут проникать загрязняющие элементы;
• заполнить пространство вокруг колонны тампонажным укрепляющим раствором.

Качество водного источника и технические особенности гидросооружения напрямую зависят от того, насколько правильно был проведен цементаж.

О «усиленных» обсадных трубах

Процесс возведения скважин предполагает использование труб. Основная цель их применения – не допустить обрушения стенки скважины. Трубы, используемые для решения этой задачи, называются обсадными трубами. В качестве обсадных могут быть установлены трубы, изготовленные из стали, пластика, асбестоцемента, композитных материалов типа стеклопластика и пр. Чаще же всего при строительстве скважин используются стальные трубы.

Степень надежности металлической трубы, которой обсажена скважина, зависит от сорта стали, толщины стенки, качества и способа ее изготовления. Производством стальных труб занимаются мощные трубопрокатные заводы («в гараже на коленке» изготовить их нельзя). В настоящее время в большинстве случаев для обсадки скважин используют трубы из черного металла. По способу изготовления они делятся на электросварные (шовные) и цельнотянутые (бесшовные). Первые изготавливаются из стального листа, края которого после придачи ему цилиндрической формы соединяют сваркой. Бесшовные трубы получаются в результате продавливания отверстия в раскаленных сплошных стальных заготовках.

Цельнотянутая труба прочнее электросварной, но применительно к обсадке скважин эта разница особой роли не играет. Электросварные трубы в два раза дешевле цельнотянутых, и по этой причине при бурении частных скважин первые применяются гораздо чаще вторых.

Интернет изобилует статьями, в которых рассказывается о ненадежности электросварных труб – дескать, в процессе соединения у одной из труб может легко разойтись шов в зоне резьбы. И вот в том же Интернете можно встретить предложения по возведению скважин с использованием «усиленных» электросварных труб. Усиление заключается в приваривании к торцам обычной шовной трубы бесшовных наконечников с резьбой. На самом же деле, если электросварная труба изготовлена по ГОСТу, то ничего с ее швом в процессе наращивания колонны не случится, и ни в каком усилении она не нуждается.

При опускании обсадной колонны иногда, в условиях сложного грунта, приходится применять к ней какие-то механические усилия (проворачивать, вдавливать и т.п.), и теоретически шов можно повредить. Но тут возникает риторический вопрос – а будет ли в таком случае «усиленная» электросварная труба, имеющая не один, а целых три шва, надежнее обычной электросварной трубы?

Выбор метода заливки цементной смеси

Перед тем, как выбрать один из методов цементации скважины, необходимо учесть свойства грунта, глубину ствола, расстояние до водоносного слоя и уровень сезонного подъема грунтовых вод, тип материала, из которого изготовлены обсадные трубы.

Для самостоятельного выполнения работ подходят следующие способы цементирования скважин:

• одноступенчатое;
• манжетное;
• обратное цементирование.

Для глубинных скважин используется так называемая сегментарная заливка. Это довольно трудоемкий способ, который требует обязательного привлечения специалистов.

Сплошная цементация

Одноступенчатое цементирование скважин — наиболее распространенный способ для укрепления ствола неглубоких шахт. Перед подачей цементирующей смеси скважину промывают и вводят нижнюю пробку. При подаче смеси пробка начинает опускаться вниз под весом столба. После того, как весь подготовленный раствор окажется в стволе, а нижняя пробка опустится к основанию колонны, устанавливается верхняя пробка и начинается продавливание тампонажной смеси в пространство между трубой и грунтом. По мере опускания верхней пробки раствор продавливается и поднимается снизу вверх.

В момент, когда обе пробки окажутся на дне шахты, работу можно считать оконченной. Для полного затвердевания достаточно 1,5-2 суток.

Манжетный способ

Манжетное цементирование применяется в тех случаях, когда следует создать монолитный слой только вокруг верхнего участка обсадной трубы. Обычно такая заливка требуется для скважин, часть которых находится в сыпучих грунтах, а часть — в глинистых или суглинках.

Манжетный способ цементирования скважин

Первым этапом является установление границ участка, на котором требуется дополнительное укрепление. Далее в этом месте на обсадную трубу устанавливается специальная манжета. Заливка раствора проводится так же, как и в предыдущем случае, только тампонажный раствор будет проникать в межтрубное пространство на определенном участке.

Наличие разных по плотности пластов при разработке скважин встречается не очень часто, поэтому данный метод цементирования не получил широкого распространения.

Обратная цементация

Этот метод также применяется достаточно редко в связи с невозможностью контроля качества защитного слоя в области основания колонны. Суть метода заключается в том, что смесь подается сразу в просвет между трубами или между трубой и грунтом. Под своим весом раствор стекает до самого основания шахты, заполняя свободное пространство.

Несмотря на относительную простоту подачи раствора, данный способ не рекомендуется к использованию при заливке глубинных скважин. Это связано с тем, что на большой глубине очень сложно установить плотность раствора, а также установить момент, когда цементная смесь достигнет основания стола.

Обoрудoвание для цементирoвания скважины

Какoе oбoрудoвание пoнадoбится для прoведения цементации скважины?

• смесительная устанoвка для пригoтoвления тампoнажнoгo раствoра и других технoлoгических жидкoстей
• цементирoвoчный насoс, задача кoтoрoгo нагнетать тампoнажную смесь в скважину и прoдавить ее при oпределеннoм давлении
• насoсная устанoвка для нагнетания в скважину рабoчих жидкoстей
• цементирoвoчная гoлoвка
• муфта ступенчатoгo цементирoвания
• гибкие стальные шланги

oбoрудoвание для затрубнoй цементации скважины

Крепление скважин при бурении

Крепление скважин является одним из наиболее важных процессов во время нефтедобычи, поскольку оно влияет на:

1. Работоспособность скважины;
2. Сроки работы скважины;
3. Прочность и герметичность канала, по которому будет поступать добываемый продукт от горизонта к дневной поверхности;
4. Защиту эксплуатационного канала от коррозии;
5. Прочность стенок скважины в местах, где породы недостаточно устойчивые;
6. Герметичность разделения всех проницаемых горизонтов друг от друга.

Крепление нефтяных скважин предполагает использование специальных колонн или же пакеров. Использование колонн является наиболее популярным способом, который позволяет сделать скважину прочной, долговечной, а также разобщить проницаемые горизонты. Такие колонны составляются из специальных труб, называемых обсадными.

Манжетное тампонирование с помощью цемента

Этот способ используют для конструкций с одной колонной. На уровне или немного выше кровли водоносного горизонта, на колонне из обсадных труб ставится обратный клапан или же деревянная пробка. С наружной поверхности обсадной колонны выше клапана крепится брезентовый манжет в виде воронки. Цементный раствор далее продавливается в затрубное пространство через несколько отверстий диаметром около полутора сантиметров, которые предварительно проделываются вдоль обсадной трубы. Далее клапан просто разбуривают.