Способы и технологии цементирования скважин

Способы и технологии цементирования скважин

Как правило, завершающим этапом бурения скважин является их цементирование. Оттого насколько профессионально будет проведён этот процесс, зависит качество и надёжность всей конструкции. Главная цель этого мероприятия — полное замещение бурового раствора на цементный аналог, который ещё называют тампонажной смесью. После замены растворов его оставляют на определённый промежуток времени для того, чтобы он застыл, и превратился в цементный монолит. На сегодняшний день разработано несколько способов эффективного цементирования скважин, при этом одному из них, самому распространённому, уже больше ста лет. Этот метод называется — одноцикловый способ прямого цементирования обсадной колонны. И до сих пор эта технология с некоторыми усовершенствованиями применяется буровиками во всём мире.

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. Тампонаж скважин: для чего это нужно) 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.

• 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.

Насос для нагнетания в скважину буровых растворов

• 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 обсадной трубе 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.

Вытеснение промывочной жидкости

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.

Купить рукав для бетона

В нашей компании вы можете купить рукав для бетона, а также штукатурный рукав необходимого размера и длины. Вы также можете купить абразивные рукава для подачи сухих сыпучих смесей, рукав пескоструйный, рукава для работ на буровых платформах.

Рукава поставляются в виде готовых изделий:

• Длина рукава (мм) – 4000
• Диаметр условного прохода: DN 102; DN 127
• Рабочее давление WP (bar): 85
• Коэффициент безопасности: 2:1
• Температура: от -30 °C до +80 °C.

Типы насосов

При работе на бетононасосе срабатывает принцип вытеснения, в системе образуется объем, который способен меняться. Принцип процесса подразделяет насосы для бетона на:

• Поршневой (бетон подается постоянно). Современная техника способна подать бетонный состав на высоту от 6 до 65 м, объем подачи раствора достигает до 180 м³ за час. Между трущимися поверхностями поршней могут застревать частицы цемента, поэтому поршневой тип подвержен скорому износу. Поступление раствора осуществляется рывками. Существует оборудование с гидравлическим устройством. Оно отличается мягкой поставкой бетона и высокой стойкостью к износу. Скорость подачи не изменяется, а высокое давление заметно увеличивает дальность расстояния. Работа двухцилиндровых агрегатов, в отличии от машины с одним, такая мягкая, что ее практически незаметно.
• Героторный (шнековые с непрерывным подводом раствора). Технические возможности героторной конструкции позволяют бесшумно подавать бетонный состав любой жесткости. Возможное образование затора в шланге устраняется способностью двигателя изменять направление вращения. Быстрый износ шланга для подвода растворов – главный недостаток героторной конструкции, но это компенсируется небольшой стоимостью ремонта, без привлечения специализированных сотрудников.

Практический опыт сравнения двух типов бетононасосов показывает, что несмотря на легкость ремонта героторной конструкции, гидравлическое поршневое устройство долговечней и производительней.

Особенности цементирования

Цементирование скважин осуществляется только после тщательного изучения геологических особенностей пробуренного ствола, т.к. неправильный выбор метода подачи и состава раствора может привести к некачественному проведению мероприятия с перерасходами материалов.
Особую важность при тампонаже имеет состав цементируемого раствора, который существенно отличается составом в зависимости от структуры грунтовых слоев:

Для лучшего заполнения затрубного пространства с целью надежной герметизации используют расширяющиеся в объеме цементные растворы.

Цементирование скважин с пористой горной структурой не может проводиться стандартным цементным раствором, т.к. он будет проникать глубоко в геологическую структуру, приводя к большим перерасходам раствора. Поэтому при обнаружении пористых слоев грунта применяют цементные растворы с волокнистым наполнителем из асбеста, бумаги, тростника и других волокнистых материалов.

Стандартный цементно-песчаный раствор используют при обнаружении глинистого грунта, с которым обеспечивается надежное сцепление, при этом жидкий раствор позволяет выполнить высокое разобщение слоев грунта, т.е. организуется качественная межпочвенная герметизация.

Этапы работы

Цементирование скважины выполняется в строгой последовательности:

• Выбор способа заполнения затрубного пространства и подбор состава цементирующего раствора.
• Подготовка оборудования, в которую входит проверка максимального рабочего давления и производительности подачи раствора.
• Тщательная промывка скважины и затрубного пространства водой с целью тщательной очистки пространства от буровых остатков грунта, т.к. их присутствие вызывает при тампонировании ослабление заполнения цементным раствором. Некачественное заполнение цементным раствором затрубного пространства может в дальнейшем привести к перемещению грунта и возникновению деформации обсадной трубы.
• Замес тампонажного раствора в специализированном оборудовании с добавлением коррекционных добавок, регулирующих пластичность раствора и его сроки схватывания, ведь заполнение затрубного пространства требует значительного времени.
• Заполнение затрубного пространства со строгим контролем качества заполнения по остаткам заливаемого раствора и выходу наружу промывочной жидкости.
• Чтобы обеспечить качественное заполнение пространства без нарушения самой скважины время жизни тампонажного раствора должно составлять не менее 3 часов, а его полное отверждение должно осуществляться не позднее 72 часов.

Фиксация раствора до момента его схватывания. Выдержка скважины до полного отверждения цементного раствора.

Так как от качества цементирования скважины зависит ее срок эксплуатации, то этому этапу строения скважины уделяется особое внимание, при этом без привлечения профессионального оборудования невозможно выполнить качественный тампонаж.

Основные технические данные и характеристики:

** — расчётные технологические параметры. Показатели указаны для схемы транспортирования цемента в так называемом «плотном слое». Параметры пневмотранспортной установки определяются индивидуальными расчётами для каждого конкретного случая с учётом от выбранной схемы пневмотранспорта, концентрации материала, давления воздуха и трассы трубопроводов.

• Дуда В. Цемент / Пер. с нем. Е. Ш. Фельдмана. — М.: Стройиздат, 1981. — 464 с.
• Борщевский, А. А. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий: Учебник для вузов / А. А. Борщевский. — Высш. школа, 1987. − 367 c.
• Пневмотранспортное оборудование: Справочник / М. П. Калинушкин, М. А. Коппель, В. С. Серяков, М. М. Шапунов ; Под общ. ред. М. П. Калинушкина. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. — 286 с.: ил.
• Бауман, В. А. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций: Учебник для строительных вузов / В. А. Бауман, Б. В. Клушанцев, В. Д. Мартынов. — М.: Машиностроение, 1981. — 324 с.
• Перов В. А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых / В. А. Перов, Е. Е. Андреев, Л. Ф. Биленко. — М.: Недра, 1990. — 301 с.
• Сапожников М. Я. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. — М.: Высшая школа, 1971. — 382 с.
• Серго Е. Е. Дробление измельчение и грохочение полезных ископаемых. — М.: Недра, 1985. — 285 с.
• В. С. Богданов, И. А. Семикопенко, А. С. Ильин. Основные процессы в производстве строительных материалов. — Белгород, 2008. — 550 с.
• В. С. Богданов, С. Б. Булгаков, А. С. Ильин, А. Ю. Крот. Технологические комплексы и механическое оборудование для предприятий строительной индустрии. — 2008. — 528 с.
• Проектирование цементных заводов / Под ред. к. т. н. Зозули П. В. и к. т. н. Никифорова Ю. В. — 1994.

• Викифицировать статью.
• Проставив сноски, внести более точные указания на источники.
• Добавить иллюстрации.

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Насонова, Валентина Александровна
• Наспетти, Эмануэле

Полезное

Смотреть что такое «Насосы для цемента» в других словарях:

Нефтяная вышка — (Oil derrick) Устройство, предназначение и использование нефтяных вышек Информация об устройстве, назначении, описании и использовании нефтяных вышек Содержание — это разрушения с помощью специальной техники. Различают два вида бурения:… … Энциклопедия инвестора

Железные дороги — ЖЕЛѢЗНЫЯ ДОРОГИ. Помимо экономич. значенія для страны, Ж. д. представляютъ важный факторъ воен. могущ ва государства. Ни компл ніе воин. частей въ періодъ мобил ціи, ни соср ченіе арміи, ни продовольствіе соврем. массов. армій немыслимы безъ… … Военная энциклопедия

Мост — сооружение для перевода пути через впадину. По назначению своему, определяющему и конструкцию, М. бывают: пешеходные, доступные лишь для прохода людей, городские, шоссейные и обыкновенные проезжие, для движения людей и экипажей, и железнодорожные … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Вибрационный транспорт — вибрационное транспортирование, процесс направленного перемещения сыпучих и кусковых материалов, пастообразных смесей и жидкостей, поддерживаемый вибрацией рабочих (грузонесущих) органов транспортирующих вибрационных машин. К средствам В … Большая советская энциклопедия

Синано (авианосец) — У этого термина существуют и другие значения, см. Синано. «Синано» 信濃 … Википедия

«Синано» (авианосец) — «Синано» «Shinano» Основная информация Тип Авианосец … Википедия

Союз Советских Социалистических Республик — Cоветский Cоюз занимает почти 1/6 часть обитаемой суши 22 403,2 тыс. км2. Pасположен в Eвропе (ок. 1/4 терр. страны Eвропейская часть CCCP) и Aзии (св. 3/4 Aзиатская часть CCCP). Hac. 281,7 млн. чел. (на 1 янв. 1987). Cтолица Mосква. CCCP … Геологическая энциклопедия

производительность — 3.17 производительность (power performance): Мера способности ВЭУ вырабатывать электрическую энергию. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

index — 01 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ТЕРМИНОЛОГИЯ. СТАНДАРТИЗАЦИЯ. ДОКУМЕНТАЦИЯ 01.020 Терминология (принципы и координация) 01.040 Словари 01.040.01 Общие положения. Терминология. Стандартизация. Документация (Словари) 01.040.03 Услуги. Организация фирм,… … Стандарты Международной организации по стандартизации (ИСО)

Вращающиеся механизмы — – насосы, вентиляторы и т. п. с электрическим или другим приводом. [Правила техники безопасности при эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей. Госэнергонадзор 7 мая 1992 г.] Рубрика термина: Тепловое… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов