Оценка качества цементирования
Стоит отметить: несмотря на то, что оценка качества цементирования водоносных скважин является очень важным этапом, провести её самостоятельно невозможно.
Для её осуществления требуется специальное лабораторное оборудование, которое очень редко встречается даже у организаций, которые занимаются бурением.
- акустический, основанной на простукивании стенок обсадной колонны, с последующей обработкой полученных данных компьютерными программами;
- радиологический, когда измерение при помощи радиоприборов;
- термальный, основанный на принципе измерения выделяемого тепла при застывании цементного раствора.
В “домашних” условиях вы можете использовать упрощённый термальный метод, измерив температуру у стенок скважины. Когда она сравняется с окружающей температурой воздуха и станет ниже на 0,5-1,5 градусов, тогда можно говорить о полном затвердевании. Однако даже после этого рекомендуется выждать 2-3 дня и только тогда осуществлять ввод скважины в эксплуатацию.
После завершения проверки устье скважины прочищается от остатков цементного раствора при помощи желонки. Затем производится проверка герметичности, для чего в трубу скважины закачивается вода под высоким давлением в течение 30 минут. Критерием герметичности будет снижение давления примерно на 0,3-0,5 МПа. Теперь скважина полностью готова к использованию.
Герметичность тампонирования повышает дебет скважины, увеличивает срок службы обсадных колонн, защищая их от коррозии, а также самого водоисточника
Типы вяжущих растворов, особенности технологии
Тампонирование — сложный и трудоемкий процесс, требующий правильной подготовки. Поэтому комплекс работ проводится после получения предварительных расчетов, в которых учитываются:
- глубина водозаборного ствола,
- расстояние между стенками шахты и конструкцией скважины,
- состав и объем грунта,
- наличие сторонних примесей в воде,
- имеющиеся технические нарушения конструкции.
Выбор вяжущих растворов для тампонирования проводится с учетом типа и состава грунта. Для работ используются следующие растворы:
Раствор на основе портландцемента и песка. Подходит для цементирования сооружения, обустроенного в глинистом грунте и суглинках. Готовая смесь обеспечивает высокую адгезию с основанием и быстрое высыхание.
Цементный раствор с добавлением наполнителей — асбеста, бумаги, волокнистых компонентов. Подобный раствор предназначается для сооружений, расположенных на подвижных пористых грунтах.
Вспененные растворы и жидкий пластик. Они используются для сооружений, возведенных в твердых грунтах, обеспечивая максимальную герметизацию конструкций.
Раствор для проведения тампонажа имеет жидкую консистенцию для удобства подачи при помощи насосного оборудования. Перекачка раствора выполняется через входящую трубу на высоту до 2,8 метра.
Расчеты, необходимые при цементировании скважин
После того, как проведена полная идентификация пробуренной скважины, приступают к соответствующим расчетам, в ходе которых получают следующие необходимые для цементирования данные:
| 1 | определяется оптимальный состав тампонажной смеси |
| 2 | вычисляется необходимое количество расходных материалов для приготовления раствора |
| 3 | проводится проверочный расчет, дающий необходимое количество буферной жидкости |
Вычисления можно проводить как в ручном режиме, так и с помощью автоматических средств, с применением необходимого программного обеспечения.
Для успешного расчета нужны перечисленные ниже входящие данные:
- диаметр цементируемой скважины;
- необходимое значение плотности цементного раствора;
- высоту кольца уплотнения;
- объем стакана и так далее.
После проведения автоматизированного расчета программа выдает результат в виде таблицы, в которую включены все необходимые данные. Если в такой таблице заменить некоторые исходные значения, то перерасчет проводится автоматически и результат будет иным.
В настоящее время расчет ручным способом применяется редко, однако эта методика до сих пор имеет право на свое существование. Входящие данные при ручном расчете ничем не отличаются от автоматизированного.
На примере одноступенчатой тампонажной технологии рассмотрим последовательность вычислений. Она выглядит таким образом:
- начинают расчет с вычисления высоты столба буферной жидкости с учетом предварительно определенного коэффициента аномальности;
- затем проводят расчет высоты столба цементирующего раствора, находящегося за пределами эксплуатационной колонны;
- определяется необходимый объема такого раствора;
- рассчитывается вес сухой цементной части;
- вычисляется необходимое количества воды или иной разбавляющей жидкости;
- вычисляется максимальное значение давления, которое будет на упорном кольце.
На заключительном этапе расчета определяется требуемая подача цемента соответствующими агрегатами, а также количество цементирующих приборов. Также в процессе расчета определяется количество цементосмесителей, необходимых для обеспечения требуемого объема цементирующего раствора.
В заключении подведем итоги.
Разумеется, качество решения это непростой инженерной задачи находится в прямой зависимости от соблюдения правильной последовательности и всех правил проведения необходимых технологических операций, а также от корректности проведенных расчетов и квалификации персонала. Рабочие и инженеры, непосредственно проводящие цементирование, должны целиком и полностью соблюсти все требования, предъявляемые к проведению этих работ.
Кроме того, важную роль в этом процессе играет качество применяемых для приготовления цементной смеси материалов, а также исправность и эффективность применяемого оборудования. Соблюдение всех перечисленных требований позволяет провести эти работы качественно, что дает возможность существенно продлить срок эксплуатации глубинных конструкций скважины.
Список используемой литературы:
- Нефть и Нефтепродукты — Википедия
- Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
- Алекперов, В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.
- Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
- Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.
Тампонирование трубопроводов и скважин
Основная смесь, которая используется при тампонировании, – портландцемент. При смешивании этого сырья с водой получается подвижный раствор, который легко прокачивается насосом и при этом довольно быстро затвердевает.
В тампонажную смесь необходимо добавлять гравий и песок — столько, чтобы вышла жидкая консистенция. Готовый раствор поставляют к устью и закачивают на всю глубину. Если происходит движение пластов, то обсадная колонна должна оставаться на месте.
Эффективное тампонирование канализации при помощи глиняного столбика:
- Его помещают колонковым снарядом в забой;
- Под давлением насоса столбик выдавливают из трубы;
- Для сброса лишнего давления используют отверстия.
Если вы решили затампонировать канализационные трубы или старую скважину, то нужно соблюдать специальные правила и понимать принцип действия тампонажа. Сам процесс происходит на глубине залегания наиболее нижнего водоносного слоя.
Технические характеристики
Тампонажный цемент характеризуется следующими техническими параметрами:
- Быстрым периодом загустения цементного раствора – не более 90 ед. консистенции;
- Расслоением затвердевшей массы либо водоотделением: для холодной — в пределах 3,5%, для горячей — около 4%;
- Малым объемом растекаемости раствора – максимум 0,4 см;
- Началом затвердевания – не более 120 минут (после затворения);
- Окончанием затвердевания – для холодного материала – не более 18 часов и для горячего — не более 8 часов (после затворения).
Помимо этого, нормируется также тонкость измельчения клинкера и лимит прочности на изломе макета из затвердевшей смеси.
Проверка качества проведенной цементации
Проверить качество выполненных работ по тампонированию возможно только с привлечением сторонних специалистов. Самому это сделать не представляется возможным, так как для проверки требуется особые приборы, так называемые дефектоскопы, которые зачастую имеются только в специализированных лабораториях. В этих лабораториях необходимо заказывать услугу по оценке качества цементирования при помощи следующих методов:
Акустического, в ходе которого при помощи ультразвука проверяется отсутствие полостей в затрубном пространстве. Метод использует свойства звуковой волны менять свои характеристики при прохождении сред с разной плотностью.
Радиологического, основанного на измерении степени рассеивания ионизирующего излучения, издаваемого радиоизотопным источником.
Термального, основанного на изменении температуры застывающего раствора.
Результатом проверки является презентация, которую вам предоставляют сотрудники лаборатории.
По истечении этого времени выполняется очистка устья скважины от остатков тампонажной смеси. После этого скважина проверяется на герметичность в течение 30-40 минут высоким избыточным давлением воды. Величина падения давления в течение указанного времени не должна превышать установленного значения.
Расчет цементирования скважин
После идентификации скважины необходимо провести соответствующие расчеты. Необходимо получить результаты следующих векторов:
- количество необходимых расходников для раствора;
- определение состава тампонажа;
- проверочный расчет необходимого количества буферной жидкости.
Процесс вычисления проводится автоматизировано или вручную. Первый вариант предусматривает использование программного обеспечения. Чтобы расчет был успешен, необходимо иметь при себе входные данные – диаметр скважины, плотность цементного раствора, высота уплотнительного кольца, объем стакана и т.д. После подсчета программа выдаст на экран таблицы, которые будут включать все необходимые данные. Если же в этой таблице будут заменены некоторые значения, то автоматически произойдет повторный расчет.
Ручное вычисление проводится нечасто, но тоже имеет право на существование. Здесь используются те же данные, что и при автоматизированном расчете цементирования. Стоит рассмотреть вычисления на примере одноступенчатого цементирования нефтяных и газовых скважин. Поэтапно процесс вычисления выглядит следующим образом:
- проведение вычислений высоты столбца буферной жидкости путем предварительного определения коэффициента аномальности;
- расчет высоты столбца цементного раствора, который находится за эксплуатационной колонной;
- определение необходимого объема раствора;
- проведение вычислений веса сухой цементной части;
- расчет необходимого количества жидкости (воды);
- вычисление максимального давления, которое создается на упорное кольцо.
В конце делается расчет требуемой подачи цемента агрегатами и количество цементировочных приборов. Кроме того, следует определить количество необходимых цементосмесителей, которые обеспечат требуемый объем раствора.
Тампонирование под давлением прокачкой тампонирующей смеси по затрубному пространству с остановками.
При этом способе допускаются периодические остановки при прокачке тампонирующей смеси по затрубному пространству для наблюдения за динамикой изменения избыточного давления, что позволяет установить местоположение негерметичного интервала колонны. При выполнении работ в качестве тампонажных материалов используются только гелеобразующие ПТМ. Приготовляют не менее 1 м3 вязкой тампонирующей смеси. Колонну спрессовывают водой, фиксируют величину снижения давления ∆р в течение контрольного времени tК. При открытом выкиде из затрубного пространства закачивают приготовленный тампонирующий состав в НКТ. Смесь продавливается буровым раствором и вытесняется из НКТ. Выкид из затрубного пространства закрывают и, продолжая закачку бурового раствора, давление в затрубном пространстве колонны доводят до значения, допускаемого при опрессовке.
Колонну выдерживают под давлением в течение контрольного времени tк фиксируют величину снижения давления ∆р. Если результат опрессовки не отличается от предыдущих работ, то, снижая давление в затрубном пространстве и продолжая закачивать буровой раствор в НКТ, тампонирующую смесь перемещают по затрубному пространству для опрессовки следующего, расположенного выше интервала колонны. Поинтервальную опрессовку продолжают до тех пор, пока резкое уменьшение р не укажет на перекрытие тампонирующим составом негерметичного интервала колонны.
Количество продавочной жидкости для очередного перемещения состава должно составлять не более 80 % от его объема. Местоположение верхней Lв, и нижней Lн границ интервала негерметичности определяют по формулам:
где Н1 — длина НКТ, м;
Vв — объем высоковязкой жидкости, м3;
V0 — объем 1 м затрубного пространства эксплуатационной колонны, м3;
n — порядковый номер спрессовываемого интервала колонны.
Затем скважину выдерживают под давлением до истечения срока ОЗЦ. Излишки состава вымывают из скважины.
Тампонирование под давлением с применением пакера
Этот способ применяется в следующих случаях:
- — для защиты обсадных колонн при давлении нагнетания, значение которого превышает допустимое для опрессовки;
- — для защиты продуктивных пластов от загрязнения при нагнетании тампонирующей смеси в изолируемый интервал, расположенный ниже зоны перфорации:
- — для направленной подачи тампонирующей смеси под давлением в изолируемый объект, выше которого имеются негерметичные отверстия в колонне.
Применение способа допускается в заполняющихся и незаполняющихся скважинах. Тампонирование под давлением по затрубному пространству при установленном пакере запрещается, кроме случаев применения гелеобразующих ПТМ или использования алюминиевых или других легкоразбуриваемых НКТ.
НКТ спускают с пакером, который располагается над зоной ввода тампонирующей смеси за колонну. Рекомендуется низ пакера оборудовать алюминиевым хвостовиком длиной не менее 3 м, башмак которого устанавливают над зоной ввода на расстоянии до 3 м. Проверяют чистоту спущенных труб прокачкой в НКТ бурового раствора в количестве, равном их внутреннему объему от устья до статического уровня. Устанавливают пакер. Проверяют приемистость изолируемого объекта при установившемся режиме подачи насосов прокачкой в НКТ бурового раствора в количестве не менее внутреннего объема труб. Тампонирующую смесь закачивают в НКТ. Закачивают расчетный объем продавочной жидкости. Если надпакерное затрубное пространство герметично, то для уменьшения осевой нагрузки на пакер рекомендуется в кольцевое пространство закачать буровой раствор и создать давление, допускаемое при опрессовке колонны.
Тампонирующую смесь залавливают в пласт. Снижают давление в трубном и затрубном пространствах. Освобождают пакер. Распакеровку контролируют расхаживанием колонны НКТ. При наличии циркуляции излишки тампонирующей смеси вымывают из скважины обратной или прямой промывкой. Поднимают 100 — 150 м НКТ, заполняют скважину буровым раствором и оставляют в покое на время ОЗЦ. В заполняющихся скважинах после работ НКТ поднимают на 50 — 100 м выше поглощающего интервала (зоны дефекта колонны, интервала перфорации). Перед ОЗЦ для вытеснения возможных остатков тампонирующей смеси прокачивают в трубное и затрубное пространство буровой раствор в количестве, равном объему НКТ и объему колонны от башмака труб до нижней границы поглощающей зоны.
→
→
→
→
→
Зачем цементировать скважину?
Цементирование скважины — процесс, который следует сразу после окончания буровых работ. Процедура цементирования заключается в том, что в затрубное или межтрубное (в случае если обсадная труба помещена в свою очередь в полиэтиленовую более широкую трубу) вводится цементный раствор, который со временем затвердевает, образуя монолитный ствол скважины.
Цементный раствор в этом случае называется «тампонажный», а сам процесс «тампонированием». Сложный инженерный процесс, именуемый технологией цементирования скважин, требует определённых знаний и специального оборудования.
В большинстве случаев источники воды можно тампонировать своими руками, что обходится гораздо дешевле, чем привлечение специалистов.
Цементирование скважин – комплекс мероприятий, направленный на укрепление затрубного пространства и обсадной колонны от разрушающего бокового давления горных пород и воздействия грунтовых вод
Правильно произведённое тампонирование скважин на воду способствует:
- обеспечению прочности конструкции скважины;
- защите скважины от грунтовых и верховых вод;
- укреплению обсадной трубы и защите её от коррозии;
- повышению срока эксплуатации водоисточника;
- устранению крупных пор, пустот, зазоров, через которые в водоносный горизонт могут попасть нежелательные частицы;
- вытеснению бурового раствора цементным, если первый использовался при бурении.
От того, насколько грамотно осуществлено цементирование, будет зависеть качество добываемой воды и эксплуатационные характеристики скважины. Также цементирование производится для ликвидируемых скважин, которые больше не будут больше эксплуатироваться.
Галерея изображений
Фото из
Цементирование проводится для кустовых водозаборных сооружений, предназначенных для обеспечения водой населенных пунктов. В частном хозяйстве водозаборные точки цементируют в редких случаях
Укрепление положения скважинного ствола путем цементирования проводится, если бурение выполнялось в несвязных рыхлых грунтах, не способных «держать» стенки обсадной колонны
Затрубное пространство цементируют, если есть вероятность проникания паводковых и сточных вод, стекающих вдоль ствола скважины в водоносный пласт
Заполнение ствола цементом, т.е. тампонирование скважины, выполняют если больше не будут эксплуатировать водозабор
Цементирование куста водозаборных скважин
Цементирование выработок в несвязных грунтах
Цементирование как защита от паводковых вод
Тампонирование старой скважины
Общие сведения
Когда необходимо тампонирование
Не все скважины требуют тампонирования. Данные меры необходимы, если:
1.вода, поступающая из источника, стала плохой.
2.во время простоя скважины долгое время.
3.появились неисправности в колодце.
4.резко снизилось количество воды, которая поступает из скважины.
Если во время строительства скважины были нарушены технологии монтажа, то нужно тампонирование. Если смешивается чистая вода в скважине с водой, включающей в состав металлы, соли. Ремонтируют скважину, если разрушились стенки шахты. Если пробивают новые источники, выполняют их тампонаж.
Внимание! Если требуется ликвидация артезианской скважины, то на месте должен быть специалист, который бурил ее. Тампонаж помогает зафиксировать обсадную трубу
В итоге всех мероприятий пласт с чистой водой должен быть отделен от подтеканий верховодки, подземных вод
Тампонаж помогает зафиксировать обсадную трубу. В итоге всех мероприятий пласт с чистой водой должен быть отделен от подтеканий верховодки, подземных вод.
Процесс тампонирования
До начала всех мероприятий следует провести экспертизу, которая выявит состояние пласта воды в источнике. Питьевая вода считается ценной. Для обустройства артезианской скважины нужно получить много разрешений. Чтобы ликвидировать колодец, также нужны эти бумаги.
Внимание! Все работы согласует санитарная инспекция. До работы должен быть составлен план обустройства источника
Все документы хранятся у владельца скважины до и после процедуры
До работы должен быть составлен план обустройства источника. Все документы хранятся у владельца скважины до и после процедуры.
Методы тампонирования
Определяя метод тампонажа, следует учитывать глубину колодца. При большой глубине процедуру осуществляют по этапам.
1.заливают цемент. Если колодец с малой глубиной, то около трубное пространство заполняют цементным раствором. Вязкий материал стекает по шахте. Этот метод малоэффективный, невозможно полностью контролировать работу. В шахте могут остаться пустоты. Для равномерного распределения цемента, внутри трубы делают вибрацию.
2.метод обратного цементирования считается лучшим, является распространенным при глубине колодца свыше пятидесяти метров. Вяжущим раствором может выступать глина, либо бетон. Данный тип тампонирования требует наличия спецоборудования. Цемент, либо другое вещество для заливки поступает в трубу под высоким давлением. Технология требует создания для этого специальной пробки, разграничивающая пространство, которое обрабатывают. Раствор заливают в саму трубу. Подают давление, которое способствует вытеснению цемента из трубы с помощью специальной жидкости. Раствор ложится в пространстве колодца равномерно. При строительстве скважин, подготавливается почва для обслуживания и ремонта в будущем.
Артезианская скважина — это…
Обоснование критериев ликвидации скважины; б) технологические и технические решения по ликвидации скважины; в) порядок организации работ по ликвидации скважины; г) мероприятия по охране недр, окружающей среды и обеспечению промышленной безопасности. 7.
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.
Если наблюдается скольжение водоносных горизонтов, раствором заполняют просветы, заливая между трубами.
Если же они продвигаются сверху вниз, производится углубление на интервал, по которому проводилось исследование. В верхнюю часть он перемещается по мере исследования интервалов.
Требования к квалификации оператора по цементажу скважин
Специальность оператора по цементажу скважин связана с большими физическими нагрузками. Также она относится к категории работ с вредными и опасными условиями труда. Поэтому от кандидата требуются высокая выносливость и физическая сила. Данная вакансия недоступна для инвалидов и женщин, является преимущественно мужской.
Необходимый минимум знаний, которыми должен владеть оператор по цементажу скважин:
-
технологический процесс цементажа и гидроразрыву пласта;
-
ТТХ и назначение цементно-смесительных и цементировочных агрегатов;
-
способы приготовления цементного раствора, марки цемента;
-
температуры и глубины скважин;
-
меры по предупреждению неудачного тампонажа и устранению неисправностей.
Также специалисту данной квалификации требуется владеть навыками слесарного дела. Приветствуется наличие водительского удостоверения категории “C” для вождения автомашины, на базе которой смонтирован цементно-смесительный агрегат.
Что касается личностных качеств специалиста, то требования типичные для представителя рабочей специальности:
-
ответственность;
-
трудолюбие;
-
дисциплинированность;
-
знание должностных инструкций и неукоснительное соблюдение техники безопасности.
Нефтяники, как правило, работают вдали от дома. Поэтому также требуются коммуникабельность, умение уживаться в коллективе, работать в команде.
Подготовительные работы
В процессе строительства и эксплуатации скважины ведутся наблюдения за состоянием стенок выработки, отбираются пробы воды для проведения анализов. Результаты контроля служат основанием для принятия решения о необходимости цементирования.
Порядок подготовки к тампонированию:
- составление акта обследования гидротехнического сооружения, выработка техзадания на укрепление или ликвидацию объекта на основании этого экспертного заключения;
- разработка проекта, согласование его с местной санитарно-эпидемиологической службой;
- утверждение плана тампонажных работ.
Подготовку и осуществление мероприятий контролирует владелец гидросооружения. Собственник земельного участка следит за соответствием выполняемых работ проектным решениям и за соблюдением инструкции о порядке обустройства, консервации и ликвидации скважин. Пакет документов с проектно-эксплуатационной информацией, включая сведения о проведении тампонирования, хранится у владельца водозабора.
Приготовление раствора для тампонажа.
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.
Если после изучения материала у вас остались вопросы о том, как правильно зацементировать скважину после бурения, или вы обладаете ценными знаниями по данному вопросу, пожалуйста, оставляйте свои в расположенном ниже блоке.
Источник: