Добавить в закладки
Статьи

Цементирование скважин: цели и методы

X

В статье мы постараемся разобраться, для чего и какими методами выполняется цементирование скважин. Сразу условимся: мы пристально рассмотрим сравнительно узкую область — бурение на воду.

В нефтегазовой промышленности своя специфика, которую мы затронем лишь отчасти.



цементирование скважин

Чаще всего, однако же, цементировать приходится именно скважины нефтяников и газовиков

Зачем это делается?

Основные причины цементировать скважину выглядят так:

  1. Цементирование повышает общую прочность конструкции. Стенки скважины держит обсадная труба; однако при подвижках грунта возникающие усилия могут быть непомерно велики для прочности ее стенок.
    Если обсадная труба укреплена цементированием — шансы разрушения ствола скважины заметно уменьшаются.
  2. Цементирование создает защитный слой, предотвращающий эрозию трубы почвенными водами и коррозию стальной трубы.
  3. Наконец, последнее и главное. На разных уровнях грунта существуют разные водоносные горизонты. Что делает скважина? Объединяет их.

В результате вода на разных уровнях смешивается. В артезианскую воду с глубинных слоев попадают стоки из выгребных ям и септиков вместе с дождевыми водами; да и просто объединение водоносного слоя с песчаным и супесчаным грунтом обжим каналом может привести к тому, что вода начнет уходить в песок. (См. также статью Как обустроить скважину качественно.)

Цементирование скважин призвано препятствовать этому процессу. Оно образует вокруг обсадной трубы глухую пробку, уплотнитель, препятствуя миграции воды между уровнями.

Обратите внимание:  цементаж скважин и их цементирование — не синонимы, как легко решить по сходному звучанию слов.

Цементаж, или тампонаж — это ликвидация скважины, ее заполнение раствором (как правило, под давлением).

Цель — опять-таки разъединить водоносные пласты разных уровней грунта.

цементаж скважин

Цементаж (тампонаж) нужен, чтобы устранить своего рода «короткое замыкание» между водоносными пластами

Как это делается?

Материалы

В общем случае растворы, применяемые при цементировании скважин, делятся по нескольким критериям.

  • Температура скважины. Чем глубже скважина — тем выше в ней температура и тем быстрее сохнет раствор. Разделяют цементы для холодных (до 40 С) скважин; горячих с температурой до 75С и глубоких — с температурой до 120 С.
    Первые в одинаковых условиях с последними твердеют куда быстрее.
    Разумеется, при бурении на воду последние два варианта неактуальны. Скважины просто не достигают глубин с такими температурами.
  • Добавки. Применяется цемент с кварцевым песком, не дающий усадки; волокнистый цемент с добавкой целлюлозы, который почти не проникает в рыхлые породы; расширяющийся цемент, который уплотняет грунт вокруг ствола скважины при застывании.
    Наконец, пуццолановые цементы, которые пропускают воду и в то же время не боятся агрессивных примесей.
  • Водоцементное отношение. Чем больше воды — тем раствор более текуч, но тем дольше он схватывается. К тому же растворы с меньшим содержанием воды после застывания оказываются более прочными.
способы цементирования скважин

Увы, необходимый скважине цемент в строительном магазине не купить

Методы

При бурении применяются следующие способы цементирования скважин:

  1. Сплошное цементирование. Оно же — одноступенчатое цементирование скважин. Суть метода такова: в обсадную колонну заливается цементирующий раствор; он накрывается плотной пробкой; после этого в колонну нагнетается промывочный раствор.
    Пробка постепенно вытесняет цемент в пространство вокруг колонны.
технология цементирования скважин

Самый простой случай

  1. Двухступенчатое цементирование. Скважина цементируется в два приема: нижняя, а потом верхняя ее часть.
    Способ применяется, если проблемно сразу приготовить нужное количество раствора или если состояние пластов грунта и температура в верхней и нижней частях скважины сильно различаются.

Обратите внимание: двухступенчатое цементирование может производиться как с разрывом во времени, после затвердевания первой порции раствора, так и сразу.

Для слоев цемента понадобится кольцо-разделитель.

  1. Манжетное цементирование. Эта технология цементирования скважин применяется, если нужно изолировать от грунтов лишь верхнюю часть скважины.
    На необходимом уровне между обсадной колонной и грунтом ставится кольцо-манжета. Раствор нагнетается выше нее через перфорацию в стволе колонны.
  2. Обратное цементирование. Цементный раствор нагнетается не в колонну, а в промежуток между ней и грунтом. При этом очистной или буровой  раствор вытесняется через полость колонны.

Оборудование

Оборудование для цементирования скважин достаточно громоздко и требует использования в качестве передвижного носителя грузового автомобиля. Типично комплексы для цементирования монтируются на автомобилях класса «Урал», «КамАЗ» или «КрАЗ».

оборудование для цементирования скважин

Для серьезного оборудования- серьезный транспорт

В качестве источника энергии для работы конвейеров загрузки и дозировки, системы смешения и управления используется двигатель автомобиля.  На том же шасси могут расположиться нагнетающие насосы. Их максимальное давление нагнетания раствора может достигать внушительных 35 МПа. (См. также статью Особенности замены насоса в скважине)

Что происходит с цементным раствором в этой установке?

  • Цемент дозировано подается в бетономешалку. Туда же поступает нужное количество воды.
  • Цементирующий раствор вымешивается до полной однородности.
  • Затем нагнетающие насосы подают раствор в обсадную колонну или окружающее ее пространство с помощью цементирующей головки.

Кто специализируется на оборудовании для цементирования скважин в нашей стране? Прежде всего это находящийся в поселке Новый Уренгой центр цементирования скважин, являющийся частью корпорации «Газпром бурение». Его филиалы и цеха расположены в Астрахани, Оренбурге, Краснодаре и Ухте.

Контроль качества

Оценка качества цементирования скважин в настоящее время проводится следующими методами:

  • Термальным. В процессе затвердевания цемента выделяется некоторое количество тепла. Чтобы узнать, как высоко поднялся цемент за пределами обсадной колонны, достаточно просто промерять температуру ее стенок в нескольких точках.
  • Акустическим. Участки обсадной колонны, окруженные цементом и свободные от него, по-разному колеблются при прохождении акустической волны по ней.
    Там, где колебания быстро затухают, цементирование надежно. Там, где волна распространяется без затухания — цемент за колонной отсутствует.
цементный мост в скважине

Данные с акустических датчиков, разумеется, анализирует компьютер

  • Радиологическим методом (он же гамма-гамма-каротаж). Источник гамма-излучения опускается в скважину, а излучение от него регистрируется радиально разнесенными датчиками на поверхности.

Если по мере подъема-опускания источника излучения графики интенсивности равномерны и одинаковы на всех датчиках — цементирование выполнено удовлетворительно. Если графики неровны и отличаются — цементирование неравномерно, имеет дефекты либо выполнено не в полном объеме.

оценка качества цементирования скважин

Так выглядит передвижная станция контроля качества

Заметьте: эти методы подходят именно в случае цементирования стенок обсадной колонны. Когда устанавливается  цементный мост в скважине ( своего рода второе дно скважины, отсекающее нижнюю ее часть от верхней и разделяющее пласты грунта разных уровней), его герметичность и прочность неразрушающими методами проверить весьма проблематично. (См. также статью Какой насос лучше для скважины выбрать.)

Заключение

К сожалению, в рамках статьи мы можем лишь познакомить читателя с основами терминологии и технологии. Цементирование скважин — довольно сложная наука, о которой в двух словах, увы, не расскажешь. Однако, будем надеяться, общее представление о вопросе вами получено.

загрузка...
Добавить в избранное Версия для печати
Поделитесь:
Опубликовано: 02.06.2013


Остались вопросы? Задайте их в нашей группе вконтакте




Please leave this field empty.

Задайте вопрос эксперту

Обязательно приложите ФОТОГРАФИЮ проблемы! Чем яснее проблема - тем проще ответить эксперту









Удалить

Удалить

Удалить

Удалить

Добавить файл

Ответ эксперта придет вам на почту. Обычно время ответа от 30 минут до 2 суток