Цемент для скважин это

Суть процесса заключается в том, чтобы после установки и закрепления обсадных элементов заполнить затрубное пространство цементным раствором. Если ствол состоит из внутренней и внешней трубы, раствором заполняют межтрубное пространство. После застывания раствор образует прочный монолитный слой, который предохраняет шахту от повреждения и разрушения.

Подобная обработка ствола после бурения называется тампонированием. Для ее проведения необходимы определенные навыки и знания, а также специализированное оборудование для закачки раствора. При соблюдении технологических требований удается не только укрепить ствол шахты, а и устранить все пустоты и поры, через которые в обсадную трубу проникают различные примеси и абразивные частицы, ухудшающие качество воды и способствующие быстрому изнашиванию насосного оборудования.

Скважины также цементируют в тех случаях, когда они больше непригодны к эксплуатации.

Последовательность проведения работ

Цементация скважин проводится в несколько последовательных этапов. Вначале рассчитывается количество цементного раствора, необходимого для полного заполнения пространства между грунтом и наружными стенками обсадных труб. Поскольку тампонирование должно идти непрерывно, очень важно точно подсчитать и подготовить достаточные объемы цемента.

Схема цементации скважины

Далее готовый раствор подается к шахте и закачивается между трубами и грунтом. После застывания цемента проводится проверка качества выполненных работ.

Какие растворы используют для тампонирования

При тампонаже скважин применяются цементные смеси, отвечающие целому ряду требований. Консистенция готового раствора должна быть такой, чтобы его можно было легко доставить к месту проведения работы. От пластичности и текучести смеси зависит, насколько качественно будут заполнены все полости и пустоты. Кроме этого, приготовленный раствор должен обладать:

• хорошей адгезией к поверхности труб и грунту;
• повышенными прочностными характеристиками после окончания процесса затвердевания;
• химической нейтральностью;
• устойчивостью к воздействию грунтовых вод;
• отсутствием усадки во время затвердения.

При самостоятельном выполнении работ приготовление цементировочной смеси проводят на основе специального тампонажного портландцемента. Стоимость его несколько выше, чем у обычного цемента, однако особые силикатные добавки позволяют значительно повысить устойчивость застывшего раствора к различным внешним воздействиям.

В качестве дополнительного компонента может использоваться песок, барит или асбест. Кроме этого в состав должны входить специальные добавки:

1. Вещества, ускоряющие застывание раствора или, наоборот, замедляющие его схватывание. Выбор веществ зависит от температуры воздуха в момент проведения заливки.
2. Пластификаторы, обеспечивающие вязкость и текучесть готовой смеси.
3. Добавки, повышающие устойчивость к низким температурам и перепадам температурного режима.
4. Поглотители влаги.

Смешивание можно проводить вручную, однако при больших объемах раствора для тщательного перемешивания всех компонентов лучше привлечь специальную технику.

Какое оборудование потребуется для проведения работ

Качественное цементирование шахты возможно при полном соблюдении всех требований технологического процесса. Прерывание заливки цементной смеси существенно снизит прочность защитного слоя. Лучший вариант — взять в аренду спецоборудование, которое выполняет полный комплекс работ от смешивания раствора до подачи его в затрубное пространство и полного заполнения всех полостей. В крупных городах (таких, как Москва, областные и региональные центры) найти такую технику не составит труда.

Если же арендовать такой агрегат нет возможности, необходимо найти и подготовить следующее оборудование для цементирования скважин:

• миксер для перемешивания компонентов раствора;
• насосное оборудование, способное подкачивать готовую смесь под высоким давлением;
• специальную цементировочную головку для подачи раствора в шахту;
• определенное количество заливочных пробок (зависит от метода выполнения заливки);
• шланг для подачи смеси (лучше всего выполнять работы с использованием гибкого пожарного шланга);
• мерная емкость.

Приемы цементования скважин

В строительном производстве принято различать приемы в подаче герметизирующей смеси в заколонное пространство скважин:

• одноступенчатый;
• двухступенчатый;
• манжетный;
• обратный.

Цементование скважин производится в строгом соответствии с проектом производства работ, который является составляющей частью проекта на строительство скважины. Проектант обязан учитывать фактическую геологическую структуру на всей глубине скважины. В расчетах используют конструктивные особенности скважины, промежуток, подлежащий укреплению. Строгое соблюдение рекомендаций проектировщика – залог успешной долговременной эксплуатации скважины.
В практическом строительстве используется 2 технологии доставки тампонажного раствора:

• прямая – постепенное заполнение раствором пространства снизу вверх;
• обратная – перемещение раствора сверху вниз.

Обратная технология тампонирования применяется при небольших глубинах скважины. Приготовленный раствор подается сверху, между обсадной трубой и грунтом. Под собственным весом пластический раствор опускается вниз, заполняя все пустоты.
Прямая технология используется на больших глубинах залегания подошвы скважины и насчитывает несколько вариантов производства работ.
1. Способ одноступенчатый
Такой вариант выполнения работ предусматривает залив герметизирующей смеси в пространство между трубой и стеною скважины без прерывания процесса. Прежде чем приступить к наполнению раствором, скважина промывается обыкновенной водой. В нижней части трубы крепится ограничитель движения пробки. Смесь выдавливается давлением из трубы, предназначенной для крепления стен буровой скважины, в пространство между трубой и стеной скважины. В трубу насосом подается подготовленная смесь в полном объеме.

Установив верхнюю пробку, с помощью компрессорной установки создается давление, необходимое для «выдавливания» смеси. Смесь поднимается вверх. В меру необходимости добавляется заранее приготовленный раствор в колонну и с использованием вибропресса происходит уплотнение закаченной смеси в заколонном пространстве.
Окончание подачи смеси происходит во время соприкосновения верхней и нижней пробок.
После полного затвердения раствора снимаются и извлекаются все приспособления, колонна очищается от остатков раствора, промывается чистой водой, проверяется на герметичность и передается в эксплуатацию.

2. Двухступенчатый способ.
Этот способ имеет второе название – двухцикловое цементирование. При неглубоких скважинах применять нецелесообразно, используется на скважинах, имеющих нефтеносные горизонты на больших глубинах. Увеличение глубины разрабатываемой скважины увеличивает сопротивление, что требует дополнительных мощностей. Продавливание тампонажного раствора за один цикл вдоль всей скважины затруднительно. Увеличение давления отрицательно влияет на залегающие геологические слои, разрушая их. Это приводит к увеличению затрат на тампонирование. Существует опасность разрушения конструкции скважины.
Такой способ используется при:

• необходимости разделить затрубное пространство на несколько участков;
• время схватывания тампонажной смеси меньше, чем время завершения полного цикла;
• необходимости многократного увеличения давления подаваемой смеси, требующего дополнительного энергоемкого оснащения.

Второй цикл тампонирования выполняется при полном схватывании тампонажного раствора, выполненного в первом цикле.

3. Манжетное цементирование.

В слабых грунтах, предрасположенных к пластовому гидроразрыву или с низким внутренним давлением, практикуется применение манжетного способа укрепления стенок скважин. Этот метод предусматривает цементирование не по всей длине обсадной трубы, а исключительно верхней части, для полного исключения воздействия давлением тампонажного раствора на продуктивные нижние пласты.

В нижней части обсадной трубы, на уровне предполагаемого цементирования, устанавливается манжета, предварительно проперфорированная в месте закрепления. Выше отверстий перфорации устанавливается стопорное кольцо. Нагнетание тампонажного раствора происходит, как и при одноступенчатом способе, с той разницей, что в затрубное пространство раствор попадает через отверстия, а не через башмак.
Наличие манжеты не дозволяет раствору опуститься ниже края трубы, на котором она смонтированная. Внутрипластовое давление сохраняется на природном уровне и не способствует его разрушению.
На представленном видеоролике подробно рассмотрены поэтапные шаги и принцип тампонирования скважины манжетным способом с использованием соответствующего оборудования и оснастки.

4. Обратное цементирование.
Заполнение сверху пазух между трубой и стеной герметизирующим раствором называется обратным цементированием.
При таком способе промывочная жидкость опускается под тяжестью раствора вниз и поднимается обратно в обсадной трубе. Поднимающаяся промывочная жидкость сливается через устье, устанавливаемое наверху обсадной трубы, в очистную систему. При достижении тампонажного раствора низа обсадной трубы (башмака), процесс закачки прекращается и делается временная выдержка на период твердения раствора.

Этот метод цементирования оказывает меньшее давление на окружающие породы. Происходит полное замещение промывочной жидкости подготовленной герметизирующей смесью.

Такой способ имеет один изъян – качество цементирования вокруг башмака колонны снижено из-за частичного смешивания промывочного раствора с герметизируемым.

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.

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

Важно! Чтобы обеспечить качество выполнения сложной инженерной задачи, необходимо неукоснительно следовать требованиям технологического регламента, разработанного специалистами для крепления скважинных стволов. Также тампонажная бригада, в состав которой входят лишь квалифицированные рабочие, должна соблюдать технологическую дисциплину. Большое внимание уделяют и качеству используемых тампонажных материалов.

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

Процесс цементирования скважины

Цементирование нефтяных скважин, как уже было сказано выше, является заключительным этапом подготовки буровой к её дальнейшей эксплуатации. При бурении в скважину опускаются трубные колонны, а комплекс выполняемых цементировочных работ должен обеспечить максимальный срок их службы.

Необходимость такого цементирования обусловлена несколькими причинами:

1. необходимостью изоляции каждой нефте- и газопродуктивной области; такая необходимость обусловлена тем, что нужно исключить всякую возможность перемешивания добываемых из разных пластов нефти и газа с находящейся в них водой;
2. требованиями, регламентирующими защиту поверхностей применяемых металлических труб; выполнения таких работ призвано обеспечить высокую коррозионную стойкость трубных колонн, поскольку взаимодействие их металлической поверхности и почвенной влаги приводит к снижению срока службы труб;
3. необходимостью усиления прочности всего бурового сооружения; применение технологий цементирования дает возможность значительно уменьшить влияние на скважину возможных движений грунтов.

В цементировочный раствор высокого качества, как правило, подмешивают разного рода добавки.

Одной из самых популярных и широко распространенных добавок является кварцевый песок. Работа с таким «кварцевым» цементом дает возможность до минимума снизить усадку и значительно повысить прочностные характеристики тампона.

Для исключения возможности утечки жидкого раствора в грунт с высокой пористостью применяется волокнистая целлюлоза.

Добавляют в цементную смесь и так называемые пуццоланы.

Пуццоланы являются своеобразной минеральной крошкой, составленной из материалов вулканического происхождения.

Эта крошка отличается хорошей водостойкостью и абсолютно инертна к воздействию химических сред повышенной агрессивности.

Полимерные добавки применяются, как правило, с целью уплотнения прилегающих грунтовых слоёв. По окончанию комплекса цементно-тампонажных работ проводят контроль качества тампонажа.

Качество тампонажа является очень важным для газовых и нефтяных скважин, и оценивается оно с помощью следующих методик:

• термическая, которая позволяет определить требуемую высоту поднятия цемента;
• акустическая, которая дает возможность обнаружить внутренние пустоты;
• радиологическая, которая позволяет оценить качество с помощью специальной рентгеновской аппаратуры.

Процесс оценки качества тампонажа проходит в несколько этапов, с применением или выборочных, или всех перечисленных выше методов контроля. Это дает гарантию высокой точности проводимой проверки.

Расширители

Уменьшить плотность раствора — уменьшить гидростатическое давление при цементировании. Увеличивает выход цементного раствора — уменьшает количество цемента, необходимое для производства заданного объем.

Разбавители воды — позволяют / облегчают добавление воды для увеличения объема цементной смеси / раствора.

Заполнители низкой плотности — материалы с плотностью меньше портландцемента (3,15 г / см3)

Полые стеклянные микросферы — спроектированные высокопрочные (одноклеточные) с низкой плотностью (средняя истинная плотность всего 0,3 г / куб.см для версий средней прочности), непористые полые стеклянные сферы, обычно со средним размером частиц менее 40 мкм, позволяют использовать гидравлические цементные растворы до 8 ППГ (960 кг / м ^ 3)

Газообразные расширители – Азот или же воздуха можно использовать для приготовления пены.

Глины — водный силикаты алюминия. Наиболее распространенным является бентонит (85% минеральная глина смектит). Может использоваться для получения цемента плотностью от 11,5 до 15,0. ppg, с концентрациями до 20%. Используется с соотношением API 5,3% воды к 1,0% бентонита.

Бентонит — он добавляется вместе с дополнительной водой, используется для контроля удельного веса, но делает цемент плохим.

Пуццолан — тонкоизмельченный пемза из летучая зола. Пуццолан стоит очень мало, но не позволяет значительно снизить вес суспензии.

Диатомовый земля — ​​тоже требует добавления воды. Свойства аналогичны свойствам бентонита.

Кремнезем — α кварц и сжатый кремнеземный дым. α-кварц используется для предотвращения снижения прочности в термальные колодцы. Пары кремнезема (микрочастицы) обладают высокой реакционной способностью и считаются наиболее эффективным из имеющихся пуццолановых материалов. Большая площадь поверхности увеличивает потребность в воде для получения перекачиваемой суспензии. Такая смесь может производить цементный раствор с концентрацией всего 11,0 фунтов на галлон.

Нормальная концентрация = 15% BWOC, но может достигать 28% BWOC. Иногда может использоваться для предотвращения кольцевой миграции жидкости.

Расширенный Перлит—Используется для уменьшения веса по мере добавления воды. Без бентонита перлит отделяется и всплывает в верхнюю часть шлама. Может использоваться для получения суспензии всего 12,0 pg. Бентонит в концентрации 2–4% также добавляется для предотвращения сегрегации частиц и шлама.

Гильсонит — Используется для получения жидкого навоза с массой от 12,0 фунтов на галлон. При высоких концентрациях смешивание является проблемой.

Каменный уголь — Может использоваться для получения суспензии с плотностью всего 11,9 pg, обычно добавляется 12,5–25 фунтов на мешок.

Виды оборудования

Список оборудования, необходимого для проведения такого вида работ состоит из таких типов оборудования, как:

• цементировочные агрегаты, используемые для изготовления цементной смеси, а также для её подачи в скважину под высоким давлением;
• бетономешалки, которые необходимы для изготовления большого количества тампонажного раствора;
• специальная насадка, которая необходима для промывки ствола скважины для того, чтобы потом зацементировать её стенки;
• заливочные пробки могут понадобиться при необходимости многоэтапного способа цементирования;
• а также краны высокого давления, различные шланги, устройства для равномерного распределения цементной смеси.

Для того чтобы тампонажный процесс прошёл успешно, необходимо использовать только качественные материалы, а также следовать всем инструкциям и требованиям, которые являются неотъемлемой частью этого процесса. Все мероприятия должны выполняться квалифицированными рабочими.