Способы и технологии цементирования скважин
Как цементируют скважину?
Цементирование скважины — процесс, который нужно сразу после завершения буровых работ. Процедура цементирования состоит в том, что в затрубное или межтрубное (если например обсадная труба помещена со своей стороны в полиэтиленовую более широкую трубу) вводится раствор из цемента, который по истечению определенного времени твердеет, образовывая монолитный ствол скважины.
Раствор из цемента в таком случае именуется «тампонажный», а сам процесс «тампонированием». Сложный инженерный процесс, именуемый технологией цементирования скважин, просит конкретных знаний и особенного оборудования. Во многих случаях источники воды можно тампонировать собственными руками, что обходится намного дешевле, чем привлечение профессиональных мастеров.
Цементирование скважин – комплекс мероприятий, идущий на укрепление затрубного пространства и обсадной колонны от разрушающего бокового давления горных пород и воздействия подземных вод
Правильно выполненное тампонирование скважин на воду способствует:
- обеспечению прочности конструкции скважины;
- защите скважины от грунтовых и верховых вод;
- укреплению обсадной трубы и защите её от ржавчины;
- повышению эксплуатационного срока водоисточника;
- устранению больших пор, пустых мест, щелей, через которые в горизонт воды могут попасть нежелательные частицы;
- вытеснению бурового раствора цементным, если первый применялся при бурении.
От того, насколько правильно сделано цементирование, зависит качество добываемой воды и характеристики в эксплуатации скважины. Также цементирование выполняется для ликвидируемых скважин, которые больше не будут больше использоваться.
Иногда водоносные скважины не нуждаются в цементировании, речь идёт о скважинах, вся глубина которых проходит в плотных грунтах глинистого происхождения
Для цементации скважины применяется тампонажный раствор. В отличии от бурового раствора, облегчающего процесс бурения, тампонажный раствор преобразуется в твёрдое тело. За счёт этого обсадная колонна фиксируется к стенка скважины. Такое техническое решение выполняет многократно крепче всю конструкцию.
Известно несколько методов цементации, любой из них содержит следующие важные этапы:
- приготовление тампонажного раствора
- подача раствора в затрубное пространство одним из вариантов
- твердение тампонажной смеси
- проверка качества тампонажа
Беря во внимание значимость и высокую сложность будущего процесса, в начале тампонирования обязательно составляется схема дальнейших работ. Схема составляется с учетом конструкции скважины, параметров грунта, в котором было сделано бурение, протяженности участка тампонирования, марка тампонажного раствора и многое иное.
Все параметры обязательно контролируются инженерным расчетом, так как неверно сделанное тампонирование способно насовсем вывести скважину из строя и вот тогда уже придется использовать ликвидационное тампонирование, смысл которого защита горизонта воды от грязи с поверхности и из промежуточных геологических слоев.
Не считая теоретических расчетов всегда принимается во внимание навык тампонирования скважин, проведенный в сходных условиях. Не считая упрочнения и герметизации скважины цементация дает возможность удалить буровой раствор, смесь раствора с буровым шламом и остальные жидкости (к примеру, жидкость для промывки) из затрубного пространства.
Необходимость цементирования скважин
Цементация скважины – тех. процесс, идущий на замещение бурового состава заполняющим раствором из цемента. Для этого он вводится в затрубное пространство скважины, превращаясь в монолит после полного отвердевания.
Технология цементирования просит наличия особенных знаний, способностей и вовлечения специальной техники. Приватные скважины можно тампонировать своими силами, это даст возможность сэкономить бюджет семьи и получить нужный фактический навык.
Цементирование гидросооружения дает возможность решить такие задачи:
- обеспечить устойчивость к износу и долговечность конструктивных компонентов скважины;
- обезопасить водозаборный ствол от негативного воздействия вод пролегающих под землей и грунтовых вод;
- закрепить колонну, обезопасить от разрушительных процессов и ржавчины, сделать больше служебный срок источника;
- удалить появившиеся пустоты, зазоры и трещины, через которые в воду могут проникать загрязняющие детали;
- заполнить пространство вокруг колонны тампонажным укрепляющим раствором.
Качество водного источника и технические характеристики гидросооружения конкретно зависят от того, как правильно был проведен цементаж.
Этапы цементирования водного источника
Каждый этап просит применения конкретных инструментов и специального оборудования. Расчёты требуемых материалов лучше произвести до начала тампонажных работ, т.к. процесс тампонирования должен продолжается постоянно и если вам, к примеру, не хватает раствора из цемента, то это самым отрицательным образом отразится на качестве цементирования. Очень важные этапы будем детально рассматривать.
Период отвердевания цементного столба может изменяться, в зависимости от состава раствора. Имеет большое значение и то, какая собственно колонна тампонировалась.Для кондуктора, к примеру, достаточно 16 часов, а для эксплуатационной колонны необходимы сутки. По окончании данного периода, в скважину опускают электротермометр.Итак:
- При его помощи, по изменениям температур, формируют высоту подъёма раствора в цементируемом пространстве. Максимальное выделение раствором тепла, происходит на протяжении нескольких часов после его отвердевания.
По этому, для определения этого показателя, прибор должен быть спущен в скважину в течении 24 часов после завершения тампонажа.
- Для контроля качества цементирования широко используют звуковой зонд (скважинный локатор). Участки, не заполненные раствором, определяются по амплитудам колебаний звука. Если к качеству тампонажных работ претензий нет, начинают обвязку устья скважины.
После, в неё спускают пикообразное долото либо желонку, благодаря которой разбуривают затвердевшие остатки раствора и заливочные пробки.
Дальше приходит черёд опрессовки ствола, другими словами проверка его на герметичность. Для этого, в него закачивается вода под давлением, превышающим расчётное на 20%.Если через 30 минут давление уменьшается не более, чем на 0,5 мПа, и при этом не происходит выделение газа, и перелива воды, скважина считается герметичной.
Тех. процесс цементирования гидросооружений
Цементирование скважины учитывает поэтапное выполнение таких работ:
- замешивание раствора для тампонажа затрубного пространства;
- подача состава к гидросооружению;
- закачивание смеси в пространство вокруг обсадной трубы ;
- затвердевание заполняющего раствора;
- проверка результата который получился после того как работы закончены.
До начала проведения тампонажных работ рекомендуется выполнить все нужные расчеты на основе изысканий в геологическом плане, беря во внимание протяженность ствола, который просит цементирования, рабочие параметры конструкции, а еще ее техсостояние.
Более того, каждый отдельный этап работ просит использования специальной техники и оборудования.
Последний этап проведения буровых работ сопровождается процессом, который предусматривает цементирование скважин. От того, как хорошо будут проведены данные работы, зависит способность к жизни всей конструкции.
Главная цель, преследуемая в процессе проведения этой процедуры, состоит в замещении бурового раствора цементным, который имеет еще одно наименование — тампонажный раствор.
Цементирование скважин предусматривает введение состава, который должен отвердеть, превратившись в камень.
На сегодняшний день есть несколько вариантов выполнения процесса цементирования скважин, очень часто применяемому из них больше ста лет. Это одноступенчатое цементирование обсадной колонны, явленное миру в 1905 году и применяемое сегодня только с некоторыми доработками.
Схема цементирования с одной пробкой.
Технология выполнения цементирования скважин предусматривает проведение 5 главных вариантов работ: первый — замешивание тампонажного раствора, второй — закачивание состава в скважину, 3-ий — подача смеси подобранным методом в затрубное пространство, четвертый — затвердевание тампонажной смеси, пятый — проверка качества осуществленных работ.
Перед стартом работ нужно составить схему цементирования, имеющую в основе технические расчеты процесса.
Важно будет при этом учесть горно-геологические условия; протяженность интервала, которому нужно укрепление; особенности конструкции скважинного ствола, а еще его состояние.
Необходимо применять в процессе выполнения расчетов и навык выполнения работ такого типа в установленном районе.
Рисунок 1. Схема процесса одноступенчатого цементирования.
Цементирование допускается делать различными методами подачи смеси в затрубное пространство, кроме того, могут быть использованы в процессе выполнения работ и разные устройства.
Цементирование скважин может предполагать прямую подачу смеси, такая схема предусматривает поступление цемента во пространство внутри обсадной колонны с дальнейшим его прохождением конкретно до башмака и будущим поступлением в затрубное пространство, при этом поступление раствора выполняется снизу вверх. При обратной схеме закачка изготавливается в обратном порядке, сверху вниз.
Исполнение цементирования скважин при этом может выполняться в 1 подход, в ходе которого требуемый объем для тампонирования смеси продавливается за 1 раз.
«II» — это подача смеси, нагнетаемой в скважину, когда раствор передвигается вниз по обсадной колонне, «III» — это старт продавливания тампонажного состава в затрубное пространство, «IV» — это последний этап продавливания смеси.
На схеме
- 1 — прибор для определения величины давления, он отвечает за контроль уровня давления;
- 2 — цементировочная головка;
- 3 — пробка, расположеная сверху;
- 4 — нижняя пробка; 5 — обсадная колонна;
- 6 — стены скважины;
- 7 — стоп-кольцо;
- 8 — жидкость, которая предназначена для продавливания тампонажной смеси;
- 9 — буровой раствор;
- 10 — смесь цемента.
Схема цементирования с 2-мя пробками.
Двухступенчатое цементирование применяется, когда скважина имеет приличную глубину. Тех. процесс разделяется на поочередное заполнение некоторых интервалов при помощи использования оборудования.
Манжетное цементирование, в отличии от перечисленных выше вариантов, предусматривает защиту части ствола от прохождения тампонажной смеси. Манжета позволяет изолировать участок, размещающийся на протяженности продуктивного пласта.
Скважина как правило имеет невидимые колонны и части, их цементирование можно отметить в другую группу.
Исполнение цементирования скважин, независимо от подобранного метода выполнения работ, преследует цель выдворения из затрубного пространства раствора, образованного бурением, что может быть путем помещения туда тампонажного раствора.
- Цементирование обеспечивает полное заполнение тампонажной смесью интервала ствола;
- удаление промывочной жидкости при помощи проникновения смеси цемента в рамках интервала, который предназначен для цементирования;
- защиту тампонажной смеси от проникновения промывочной жидкости; образование цементного камня, который отличается существенной стойкостью к различного рода влияниям в виде глубинных нагрузок;
- замечательное сцепление цементного камня со стенками скважины и с поверхностью обсадной колонны.
Если скважину качественно зацементировать, то это даст возможность многократно сделать больше долговечность глубинных строений и период их работы. Цементирование можно произвести только если есть наличие особенного оборудования.
Схема цементировочной головки.
- цементировочные агрегаты, предназначающиеся для проведения затворения смеси и ее дальнейшего продавливания под существенным давлением;
- цементно-смесительное оборудование;
- цементировочная головка для выполнения промывки ствола и последующего цементирования его стен;
- заливочные пробки для двухступенчатого цементирования;
- краны большого давления;
- стальные гибкие шланги;
- устройства, которые предназначены для проведения распределения раствора.
Цементируется скважина только раствором с тщательно выбранным составом, который станет зависеть от структуры слоев грунта.
Для того чтобы очень плотно была выполнена цементация затрубного пространства, стоит использовать увеличивающийся в объеме раствор.
Поэтому, если при предварительном геологическом обследовании были обнаружены пористые грунтовые слои, необходимо применять смесь, имеющую в составе волокнистый наполнитель на базе тростника, асбеста, бумаги и других материалов волокнистого типа.
Схема заканчивания скважины открытым забоем.
Простую песчано-цементную смесь стоит использовать при обнаружении глинистой почвы, которая способна обеспечивать крепкое сцепление. Более того, смесь в жидком виде дает возможность сделать разобщение слоев грунта, другими словами организуется хорошая межпочвенная герметизация.
Предварительный этап цементирования должен предполагать не только выбор метода наполнения затрубного пространства и состава смеси, но и подготовку оборудования, что учитывает проверку самого большего рабочего давления и продуктивности подачи смеси.
Нужно произвести хорошую промывку скважины и самого затрубного пространства обыкновенной водой, что даст возможность почистить пространство от буровых остатков почвы.
Если пренебречь данным шагом, то это будет причиной недостаточного наполнения смесью необходимого пространства.
В последующем это может привести к перемещению почвы и повреждению обсадной трубы.
При приготовлении тампонажной смеси необходимо обязательно прибавить в нее коррекционные составляющие, которые станут настраивать пластичные характеристики смеси и сроки ее высыхания, так как процесс наполнения затрубного пространства предусматривает трату существенного времени.
Для того чтобы обеспечивать хорошее заполнение пространства, при котором не будет повреждена сама скважина, период жизни тампонажной смеси минимум должен быть равён 3 часам, в то время как достижение им полной твердости должно воплотиться не позже 72 часов.
Для того чтобы цементировать скважину, оборудование можно поставить на грузовиках .
Процесс образования цементного камня начинается сразу же после закачки тампонирующего раствора и продолжается от 12 до 36 часов. Решающими факторами, которые влияют на продолжительность отвердевания раствора до состояния цементного камня:
- свойства элементов, входящих в состав раствора;
- грунты, материал обсадных колонн;
- гидрогеологические и условия климата на участке;
- плотность закачки, безукоризненность выполнения процесса тампонирования.
В период отвердевания следует оставить скважину в состоянии покоя. Не позволяется применять тросы, ломы, проволоку для оценки качества цементирования, т.к. это может нарушить цельность образующегося цементного камня.
Если вы не знайте, какое количество времени нужно для полнейшего высыхания цементирующего раствора, подождите три дня и можно приступать к контрольным замерам
Способы цементирования скважин
Тампонажный раствор для цементирования скважины обязан отвечать целому нескольким требованиям и владеть:
- высокими адгезивными качествами с поверхностями разного типа;
- хорошими качествами прочности после того как застынет, стойкостью к влияниям механики;
- пластичностью и хорошей текучестью, чтобы заполнить все трещины и пустоты;
- химической нейтральностью в отношении тампонируемых грунтовых слоёв;
- стойкостью к размыванию водами которые находятся в грунте;
- отсутствием усадки при затвердевании.
Также раствор должен владеть такой консистенцией, чтобы можно было его легко доставлять к скважине и делать закачку. Раствор должен хорошо смываться с оборудования, не быть в отношении него агрессивным химическим и иметь самый маленький показатель потери при перевозке к скважине.
Эксплуатируемый тампонажный раствор должен владеть достаточно жидкой структурой для выполнения перекачивания нагнетательным оборудованием и при этом иметь большие характеристики прочности
Для приготовления цементирующей смеси наиболее оптимально применять тампонажный портландцемент, собой представляет разновидность цемента на основе силикатов. Такой цемент, разумеется, обойдется намного дороже, чем традиционный портландцемент, впрочем его характеристики прочности значительно больше, чем у простого. Барит — тяжёлый минерал, повышающий плотность раствора. Приобрести барит можно в магазине по продаже строительных материалов и инструментов, торгующем сыпучими стройматериалами.
Под специализированными добавками, входящими в состав цементирующих растворов, знают разные вещества, придающие раствору специальные качества. К ним относят:
- ускорители высыхания цемента (хлористый кальций, кальцинированная сода, поташ), используемые, если цементирование происходит при температуре меньше 5 градусов;
- замедлители высыхания, которые применяются для устранения быстрого отвердевания (это хлориды кальция или натрия, нитрит натрия и др.);
- низкомолекулярные органические вещества для получения благоприятной вязкости (полимерные модификаторы);
- морозоустойчивые добавки (кремнийорганические соединения вкупе с низкомолекулярными органическими веществами);
- влагопоглощающие добавки (вещества, которые получены из соединений, относящиеся к группам сахарной, лимонной, винной и тетраоксиадипиновой кислот) и др.
Особые добавки размешиваются в водной массе, которую в последующем используют для приготовления тампонажного раствора. Перемешивают раствор с помощью спецмашин — миксеров. Иногда разрешается ручное замешивание, но оно просит конкретной сноровки и больших затрат труда.
Цементный камень, который образуется при затвердевании портландцемента, обладает высокими прочностные качествами, выдержит нагрузки, механическое и физическое влияние
Главными способами цементирования скважин считаются:
- непрерывное или одноступенчатое;
- двухступенчатое;
- манжетное;
- обратное.
Все способы цементирования артезианских скважин базируются на едином принципе — закачке в затрубное пространство тампонажного раствора. При этом выбор технологии цементирования зависит от определенных условий: типа грунта, глубины скважины, материала обсадных труб, климатических и гидрогеологических условий местности. Подобранная технология тампонирования скважины на воду должна обеспечить:
- заполнение раствором всего створа скважины на всю глубину;
- полностью выдавить жидкость для промывки (при её наличии);
- создание очень прочного цементного камня, устойчивого к физическим, механическим и влияниям химии;
- больший коэффициент адгезии с грунтовыми стенками скважины, обсадными трубами.
Для глубоких скважин используют сегментарное цементирование, т.е. цементируется не весь створ скважины сразу, а исключительно его отдельные участки. Этот процесс довольно непростой и практика показывает, что выполнить его своими силами как правило невозможно. По этому детальнее рассмотрим технологию одно- и двухступенчатого и манжетного цементирования.
Данный способ наиболее часто используют для цементирования бытовых водоносных скважин. При его реализации цементирующий раствор закачивается в затрубное пространство. Раствор закачивается под давлением с помощью оборудования, которое установлено на платформу спецавтомобиля или стационарно недалеко от скважины. Цементирующий раствор под собственной тяжестью двигается к основе-«башмаку» обсадной колонны, наполняя все затрубные пустоты.
Работы по одноступенчатому цементированию проводятся за один цикл без перерывов, по этому нужно побеспокоиться о необходимом количестве тампонажного раствора
Перед началом работ по цементированию проходит промывание скважины, а потом вводится нижняя пробка, которая будет делать роль ограничителя. Включается бетононасос и начинается закачка тампонирующего раствора, под воздействием которого пробка опускается, пока не достигнет «башмака» обсадной колонны.
После закачки раствора ставится верхняя пробка и начинается уплотнение смеси цемента, до той поры, пока верхняя пробка не упрётся в нижнюю. Это означает, что раствор заполнил все затрубное пространство. Уплотнение выполняется вибропрессом с помощью подкачки раствора бетононасосом.
Зацементированная скважина оставляется в покое на 36-48 часов для полнейшего отвердевания раствора. Этот способ подходит лишь для неглубоких ровных по форме скважин. Минусом такого способа считается невозможность проследить момент, когда раствор из цемента достиг нижней точки створа скважины.
Данный метод цементирования был разработан для скважин нефтедобывающей промышленности. Из-за причины того, что он просит применения серьёзного оборудования которое применяется в промышленности (мощного бетононасоса), в оборудовании скважин он используется не часто. Двухступенчатое цементирование применяют в таких вариантах:
- раствор из цемента схватуется настолько быстро, что нельзя завершить цементирование в один цикл;
- когда потребуется выделить два участка в затрубном пространстве, которые разделены существенным расстоянием;
- при приличной глубине скважины, когда совершить работы в один цикл нереально.
В других вариантах использование двухступенчатого способа нецелесообразно из-за причины продолжительности процесса и показателям в плане экономии.
Двухступенчатое цементирование более продолжительное по времени, так как второй этап начинают после полного отвердевания тампонажного раствора первой ступеньки
Принцип двухступенчатого цементирования построен на том, что закачка цемента в затрубное пространство выполняется в 2 приёма. Первая часть тампонажного раствора загружается и продавливается. Опускается нижняя пробка, которая род действием раствора пробка опускается на дно. Вторая часть раствора закачивается через 12-36 часов, после окончательного отвердевания первой порции.
На практике глубокого бурения водозаборных скважин если есть наличие сверху геологического разреза поглощающих пластов и в остальных случаях используют двухступенчатое цементирование
Данный метод цементирования применяется, при необходимости закрепить только верхнюю часть скважины. При этом начальной задачей станет определение уровня, до которого будет выполняться цементирование. Уровень отмечается по обсадной трубе установкой специализированного манжета. Часть снизу створа при этом хорошо защищена манжетой от проникновения тампонирующего раствора.
Раствор закачивается точно также, как и при одноступенчатом цементировании. Применяется манжетный способ к примеру, если верхняя часть скважины расположена на песчаных грунтах, а нижняя — на глинистых. Это встречается весьма нечасто, по этому этот способ не нашёл широкого использования.
После бурения скважины в рыхлых песчаных грунтах приходит момент, идущий на укрепление труб обсадной колонны.
Вместе с этим необходимо защитить ствол от повреждения, агрессивного воздействия подземных вод, ржавчины и других отрицательных явлений. Речь идёт о таком процессе, как цементирование скважин.
Выполнить работу по цементированию самостоятельно довольно сложно, но можеть быть, если есть наличие знаний о технологиях проведения мероприятия.
Способ цементирования подбирается в зависимости от условия залегания, литологического состава, проницаемости и степени насыщенности продуктивных пластов. Есть несколько вариантов цементирования скважин:
- 1. Одноступенчатый
- 2. Двухступенчатый
- 3. Манжетный
Одноступенчатое цементирование самое популярное и состоит в следующем (рисунок 73).
После того, как обсадная колонна спущена в скважину, на устье устанавливают цементировочную головку и приступают к промывке до полного выравнивания плотности бурового раствора (плотность бурового раствора при входе в скважину должна равняться плотности на выходе).
В начале цементирования все манифольдные линии от цементировочных агрегатов к цементировочной головке обязаны быть опрессованы на 1,5 кратное давление относительно рабочего в течение 3 минут.
Перед закачиванием в скважину раствора из цемента лучше всего в колонну закачать буферную жидкость (раствор воды солей NaCl, CaCl2 и др. или щелочь NaOН) для разжижения бурового раствора и уменьшения вязкости и статического напряжения сдвига.
После с помощью цементировочных агрегатов и цементосмесителей затворяют раствор из цемента, который закачивают в обсадную колонну через цементировочную головку.
Для того, чтобы расчетный объем раствора из цемента выдавить в затрубное пространство, нужно высвободить цементировочную разделительную пробку, которая держиться в середине цементировочной головки при помощи фиксирующего винта.
Сверху цементировочной разделительной пробки в обсадную колонну закачивают продавочную жидкость.
Технология проведения тампонирования скважины
Прямая подача
Тампонажный раствор подается конкретно в середину обсадной колонны. Дальше смесь через нижнюю часть скважины — говоря иначе башмак — проникает в затрубное пространство и заполняет его, поднимаясь между внешней поверхностью обсадной колонны и грунтовой стенкой выработки. Очень часто применяется прямая подача цементировочной смеси.
цементация скважины с 2-мя пробками
Для контроля положения массы тампонажного раствора используют две пробки. Находясь между этими пробками раствор опускается в середине обсадной колонны до нижней части скважины. Потом в колонну под давлением закачивается жидкость, которая давит на верхнюю пробку, которая в свою очередь как поршень передает давление тампонажному раствору и раствор через нижнюю часть скважины попадает в затрубное пространство. Существует самый распространенный вариант затрубной цементации скважины с применением одной пробки. Давление жидкости находится под контролем по прибору для определения величины давления.
цементация затрубного пространства закончена
Обратная подача
При обратной подаче тампонажный раствор в первую очередь попадает в затрубное пространство, опускаясь с наружной стороны вдоль обсадной колонны.
При одноступенчатом цементировании весь объем тампонажного раствора транспортируется за один цикл. К примеру, так происходит при цементировании скважины при помощи одной или 2-ух пробок с прямой подачей раствора.
В ключевой список оснащения в техническом плане для выполнения работ включено следующее оборудование для цементирования скважин:
- приспособления для подачи состава цемента и его проталкивания в гидросооружение под большим давлением;
- агрегаты для замешивания смеси цемента;
- головка для очищения водозаборного ствола с дальнейшим цементированием стен;
- пробивные пробки для заливки цемента (используются при двухступенчатой системе тампонажа);
- крановые установки большого давления;
- железные шланги на пластичной основе;
- агрегаты для распределения смеси цемента.
Доступные способы цементирования скважин предполагают единый рабочий принцип – подачу и распределение заполняющего раствора в затрубном пространстве. Хороший выбор технологии тампонажа определяется типом почвы, глубиной строения, материалом труб для обсадной колонны, климатическими и геодезическими условиями местности.
Цементация скважины проходит следующими способами:
- одноступенчатым (цельным);
- двухступенчатым;
- манжетным.
Введенный раствор должен отвердеть в течение конкретного временного интервала и преобразиться в цементный камень. Разработано несколько методов выполнения цементирования скважин, при этом самому популярному из них уже больше 100 лет. Способ прямого одноциклового цементирования обсадной колонны был разработан в 1905 году инженером А.А. Богушевским, проживающим в г. Баку.
Процесс цементирования скважин состоит из пяти основных вариантов работ:
- подготовка тампонажного раствора;
- закачка раствора который уже приготовлен в скважину;
- подача раствора из цемента подобранным способом в затрубное пространство;
- период отвердевания закачанного тампонажного раствора;
- проверка качества проведения цементировочных работ доступными методами.
Имеющиеся варианты цементирования скважин друг от друга отличаются методом подачи цементного (тампонажного) раствора в затрубное пространство, а еще характерностями применяемых для этого устройств. Есть два способа организации подачи раствора который уже приготовлен:
- прямая схема, которая предполагает закачку раствора в середину обсадной колонны с будущим его прохождением до башмака и дальнейшим поступлением в затрубное пространство, заполняющимся снизу вверх;
- обратная схема отличается подачей тампонажного раствора с поверхности в затрубное пространство, при этом закачиваемая смесь передвигается сверху вниз.
При скважном бурении в очень больших масштабов очень часто применяется способ цементирования, выполняемый по прямой схеме. При этом процесс цементирования может проводиться в один цикл, во время которого весь объем нужного для тампонирования раствора продавливается сразу.
I. Начало процесса подачи раствора из цемента в ствол скважины.
II. Подача порции раствора, закачанного в скважину, вниз по обсадной колонне.
III. Начало процесса продавливания тампонажного материала в затрубное пространство.
IV. Окончание процесса продавливания тампонажного материала.
Схема одноступенчатого (одноциклового) цементирования скважин: 1 — Прибор для определения величины давления для контроля давления; 2 — Головка цементировочная; 3 — Пробка верхняя; 4 -Пробка нижняя; 5 — Цементируемая обсадная колонна; 6 — Стены скважины; 7 — Стоп-кольцо; 8 — Жидкость для продавливания тампонажного материала; 9 — Раствор буровой; 10 — Раствор из цемента
В очень глубоких скважинах прибегают к двухступенчатому цементированию. Весь рабочий фронт разделяется на интервалы, которые заполняются при помощи особенного оборудования по очереди.
В другую группу принято выделять способы цементирования потайных секций и колонн.
Подобранная технология цементирования должна обеспечить:
- заполнение тампонажным раствором всего интервала ствола по всей длине его протяженности;
- полное вытеснение промывочной жидкости раствором из цемента в рамках цементируемого интервала;
- защиту тампонажного раствора от попадания промывочной жидкости;
- получение крепкого цементного камня, обладающего большой устойчивостью к механическим и влияниям химии, способного к выдерживанию значительных нагрузок, которые испытывают стенки ствола на глубине;
- плотное сцепление затвердевшего цементного камня со стенками скважины и с поверхностью обсадной колонны.
В список техобеспечения выполнения работ включают следующее оборудование для цементирования скважин:
- цементировочные агрегаты, нужные для затворения цемента и его продавливания в скважину под давлением;
- цементно-смесительные машины применяют в тех же целях, что и цементировочные агрегаты;
- цементировочная головка нужна для проведения промывки скважинного ствола и будущего цементирования его стенок;
- заливочные пробки применяются к примеру, если подбирается двухступенчатое цементирование скважин;
- остальные виды очень маленького оборудования, включая краны большого давления, гибкие железные шланги, приспособления для распределения раствора и др.
Оборудование, нужное для цементирования скважин, может быть установлено на грузовиках
Как можно заметить, процесс цементирования скважин зависит от профессиональных навыков людей, задействованных в работах, и от материалов, которые применяются для выполнения установленной задачи.
Цементация глубоких скважин выполняется с учитыванием навыка старых лет, при помощи нового оборудования и научных изысканий. Стандартные схемы производства этих работ отработаны до очень мелких невидимых моментов, и их правильное выполнение принципиально важно.Во-первых, тампон препятствует действию напорных вод и плывунов на ствол скважины, не давая им размывать шахту. Второе, застывший раствор жёстко фиксирует конструкцию, предостерегая смещение колонн.Итак:
- Тампонируют скважины (см. Тампонаж скважин: для чего это необходимо ) не только в процессе строительства, но и при консервации и ликвидации – только технологии немного отличаются. Хотя, полностью все взять во внимание нереально, так как в любом случае могут быть очень разными рабочие условия: тех. оснащение, конструкция скважины, геологические условия, протяжённость цементного моста.
| Что должен обеспечить тампонаж | |
| 1 | Образование цементного камня с заданными качествами |
| 2 | Отсутствие пустых мест по всей протяжённости цементного моста |
| 3 | Самое большое сцепление раствора с наружными стенками обсадных труб |
| 4 | Полное вытеснение раствором из цемента буровой жидкости из цементируемого отрезка |
| 5 | Предупреждение попадания промывочной жидкости в тампонажный раствор |
- Чтобы соблюсти эти условия, нужно контролировать и настраивать характеристики промывочной жидкости, с целью уменьшить её вязкость. Отметим, что промывание производится во время бурения, что дает возможность размягчать грунт, и вымывать из проходки шлам.
Раствор из цемента нагнетается в затрубное пространство с подобной скоростью, которая может обеспечить режим турбулентности. - В каждом определенном случае рецептура раствора, выбирается индивидуально. Его свойства формируют как длительность тампонажных работ, так и режимы закачки и продавливания раствора.
Кстати, традиционный строительный цемент в этом случае не применяется. Есть только тот который предназначен для скважин сорт, который именуется «гипсоглинозёмистый цемент».
Он имеет особенность увеличиваться, а это в тампонажных работах самое основное. Раствор из подобного цемента не впитывается в почву, а заполняет все пустоты и очень мелкие трещины, закупоривая их по принципу тампона — отсюда и наименование технологии.Если есть наличие в проходке больших пустых мест и плывунов, в гипсоглинозёмистый раствор добавляют доломитовую муку, бентонитовую глину, либо волокна асбеста или целлюлозы.
При выполнении цементации этим способом, в необходимом сегменте ствола, в первую очередь ставится нижняя пробка. В ней есть канал для прохода раствора, который на время перекрыт диафрагмой.Дальше, сверху колонны ставится головка, через какую выполняется подача тампонажного раствора из водопроводного крана. Верхняя пробка, удерживаемая шпильками, размещается на цементировочной головке.
- Когда в ствол, согласно расчёту, полностью закачан весь объём раствора, эту пробку освобождают, и начинают подачу жидкости для продавливания. Под большим давлением, масса цементного столба, одновременно с пробкой, продвигается вниз.
- Заодно она вытесняет из ствола скважины буровую жидкость. Происходит это за счёт своего веса тампонажного раствора, а еще его большой плотности. В процессе вытеснения жидкости, уровень давления на головке, через какую нагнетается раствор, существенно уменьшается.
Какое оборудование нужно для выполнения тампонажа?
Оборудование для тампонажа
- Приготовление раствора для тампонажа, перемешивание его элементов, довидение массы до нужной консистенции.
- Подача раствора в скважину или конкретно в пространство за обсадной трубой. При этом агрегаты должны обеспечивать подачу смеси под большим давлением, величина которого может меняться в зависимости от условий проведения работ.
- При производстве работ поэтапно используют особые заиловочные пробки, которые дают возможность разделить нужный сегмент скважины.
- Цементировочная головка, применяемая для промывки ствола скважины от остатков бурового грунта (наличие подобных включений значительно уменьшает качество цементирования).
Работы по цементированию скважины отнесены к технологическим процессам, к которым предъявляют жёсткие требования по выполнению технологии. Лишь в данном случае можно обеспечить довольно качественную герметизацию обсадной трубы. Работы такого назначения должны исполнять профессионально подготовленные исполнители.
Чтобы не допустить возможное повреждение конструкции вследствие негативного воздействия вод пролегающих под землей, солей металлов и коррозий, рассчитано цементирование скважин. В таком случае качество выполненных работ может оказать влияние на общий служебный срок готового строения.
Какое оборудование пригодится для проведения цементации скважины?
- смесительная установка для приготовления тампонажного раствора и остальных технологических жидкостей
- цементировочный насос, задача которого усугублять тампонажную смесь в скважину и продавить ее при определенном давлении
- насосная установка для нагнетания в скважину рабочих жидкостей
- цементировочная головка
- муфта ступенчатого цементирования
- гибкие стальные шланги
оборудование для затрубной цементации скважины
Все работы по цементированию водоносных скважин обязаны производится исключительно в соответствии с техническими требованиями, нарушение которых приведёт к некачественному цементированию. Приступая к тампонированию скважины, вам нужно знать, что это необратимый процесс, поправить что-нибудь после начала подачи раствора в затрубное пространство скважины нереально, по этому работам по подготовке, а конкретно к приготовлению раствора для цементирования и выбору оборудования, необходимо подойти очень серьезно!
Очень простой и прекрасный способ — аренда оборудования на площадке автотехники. Такой комплекс сможет подготовить раствор из цемента и под давлением перекачать его в скважину, при этом энергетическим источником для работы оборудования служит мощный двигатель автомобиля. Если применение агрегатов на базе спецавтомобиля нереально, то вам потребуется:
- миксер для приготовления раствора из цемента;
- насос большого давления, осуществляющий подкачку раствора к скважине;
- цементировочная головка для закачки раствора в середину скважины;
- заливочные пробки (кол-во зависит от способа цементирования);
- разный мелкий инвентарь (шланги, мерные ёмкости).
В качестве шланга большинство экспертов сходятся в едином мнении взамен классических ПНД труб диаметром 32 см применять гибкий пожарный шланг. Он плоский и превосходно проходит в межтрубное пространство, обеспечивая эффективную подачу раствора.
Оборудование для цементирования скважин имеет большие размеры и просит и мощного энергетического источника, к примеру нагнетателя воздуха, генератора, бесперебойного доступа к электрической сети
Когда буровые работы полностью окончены и машина достигла забоя скважины, нужно реализовать грамотное цементирование скважин.
Этот процесс дает возможность полноценно выдавить из ствола колодца весь буровой раствор, и закрепить трубу.
Более того, цементирование скважин дает возможность добиться и подобных эффектов:
- Объединение 2-ух и более водоносных горизонтов, что способствует увеличению общего дебита рабочей скважины;
- Усиление и укрепление обсадной трубы скважины. В результате отвердевания раствора из цемента в околоскважинном пространстве труба полностью защищена от природных смешений пластов грунта и поломки трубы;
- Защита обсадной трубы от ржавчины в течение всего эксплуатационного периода. Тут необходимо выделить, что чрезмерно большие расходы на проведение цементации полностью окупятся большим служебным сроком готового источника.
Цементирование скважин должны проводить только квалифицированные профессионалы
Во время выполнения всего процесса работ раствор из цемента закачивается в околотрубное пространство, после этого вытесняет собственной массой всю первичную буровую жидкость. В процессе застывания раствор такого типа принимает форму и крепость камня.
Пример многоступенчатой скважины с цементными кондукторами
Первым делом после выполнения расчетов нужно приготовить необходимое кол-во раствора.
Для этого проводят установку специализированного водопроводного крана и применяют портландцемент.
Собственно это вещество считается довольно прочным и стойким к разным повреждениям от механических факторов после того как застынет.
- Приготовленный раствор закачивается в околотрубное пространство конкретно после приготовления, потому как имеет большой порог застывания (другими словами моментально стынет).
- Следующими шагом считается затвердевание раствора. На это может уйти различное кол-во времени в зависимости от глубины скважины, толщины околотрубного пространства, марки и типа смеси цемента.
- На конечном шаге делается проверка выполненных работ, и качество цементирования скважин, а конкретно — тестирование застывшего раствора на стабильность.
В случае с водой, отметим, что большое её кол-во в растворе дает возможность лучше заполнить все околотрубные пространства, однако при этом скорость застывания цемента и его стабильность не радуют. По этому очень важен первичный расчет. А разные варианты добавок дают возможность увеличить свойства готового раствора из цемента, что тоже просит проведения глубокого анализа и расчета.
Монтаж такого агрегата в близи к скважине позволяет готовить раствор и подавать его к месту назначения в непрерывном процессе
Для выполнения работ по вытеснению бурового вещества, контроля над процессом работ и укрепления обсадной трубы всевозможными вариантами применяется необходимое оборудование для цементирования скважин. Машины очень часто являются тяжелыми и имеют большие размеры. По этому все агрегаты размещаются на тяжёлой автомобильной площадке и работают от двигателя автомобиля.
Монтаж такого агрегата в близи к скважине позволяет готовить раствор и подавать его к месту назначения в непрерывном процессе.
Составляющими агрегата считаются:
- Специализированный растворосмеситель (миксер);
- Оборудование насоса для перекачки готового раствора.
Профессионалы при проведении цементации применяют три ключевых способа работ, в зависимости от глубины и трудности скважины:
- Непрерывная или одноступенчатая цементация;
- Двухступенчатое цементирование;
- Цементация манжетного типа;
- Обратная цементация.
Все способы будем детально рассматривать.
Схема одноступенчатого цементирования скважины
Подобный вариант цементирования еще именуется сплошной. Характерностями этого способа заливки околоскважинного пространства считаются:
- В обсадную трубу ставится пробка, которая играет роль своеобразного моста-ограничителя для готового раствора;
- С помощью установки насосного оборудования готовый состав под высоким давлением закачивается конкретно в обсадную трубу скважины;
- Сверху на залитый раствор из цемента выполняют установку верхней пробки, которую методом нажима опускают, вынуждая всю смесь из цемента достичь дна скважины и выйти в околотрубное пространство;
- Благодаря высокому напору загруженная смесь цемента выталкивается из забоя скважины и подымается наверх до самого устья;
- Остаётся дать цементу затвердеть (а это просит дополнительного контроля со стороны профессиональных мастеров).
Детальнее о процессе проведения работ обращаете внимание на видео.
В таком случае профессионалы применяют двухступенчатый способ цементирования. Рабочая схема в таком случае выглядит так:
- Скважина разделяется на два уровня с помощью специализированного кольца-моста. В результате получаются два участка.
- Раствор заливается в первую очередь в нижний отсек скважины. После — в верхний.
Эта технология цементации применяется, если показатели температуры на всей глубине скважины отличаются значительно, а количества готового раствора не достаточно для одноразовой загрузки по периметру скважины.
Манжетный способ
Данный метод цементирования применяется в тех случаях, когда следует укрепить только верхнюю часть обсадной трубы.
Тут на нужной отметке трубы фиксируется специализированный мост-манжета, который играет роль ограничителя для поступающего раствора.
Важно: для применения подобной технологии нужно учесть перфорирование в трубе для монтажа моста.
Данный способ выполнения работ не нашёл широкого использования в кругах профессионалов. Принцип работ прямо пропорционален однофазной цементации.
Тут раствор загружается конкретно в околотрубное пространство, но даже очень внимательный контроль не дает возможность установить качество выполненных работ и уровень крепости застывшего раствора.
Детальнее о способе цементирования однофазном и его технологии вы можете выяснить из фото и видео, приложенных в тексте.
Одноступенчатая (непрерывная) система цементирования
Для быстрого и хорошего укрепления обсадных стволов приватных гидросооружений применяется непрерывная система подачи смеси. Одноступенчатое цементирование скважин учитывает закачку состава цемента в пространство вокруг трубы под большим давлением с помощью специального оборудования, поставленного на основу автосредства или вблизи строения.
Раствор для тампонажа под своей тяжестью идет к башмачному основанию колонны, таким образом наполняя все присущие пустоты.
В начале работы выполняется подробная промывание водозаборного ствола, дальше ставится специализированная пробка – ограничитель. Бетононасос выполняет подачу смеси, под тяжестью которой пробка опускается на башмачное основание.
После окончания закачки цемента закладывается еще одна пробка и делается трамбовка смеси до той поры, пока две пробки не упрутся друг в друга. Это гарантирует полное заполнение раствором пространства вокруг трубы.
Для трамбовки смеси применяется бетононасос, оборудованный вибропрессом. Полное затвердение цемента приходит спустя 48 часов.
Непрерывное цементирование применяется для очень маленьких скважин правильной комбинации. Минусом можно считать сложность проведения контроля над качеством трамбовки залитой смеси цемента.
Такая система разработана для глубоких скважин, применяемых в тяжёлой промышленности. Она просит использования специального и дорогого оборудования (мощных бетономешалок и насосов), для обустраивания приватных питьевых скважин применяется нечасто.
Двухступенчатое цементирование скважин применяется:
- когда смесь цемента застывает очень быстро, что не дает возможность сделать тампонаж за один цикл работы;
- когда нужно заполнить два некоторых участка в пространстве за обсадной трубой, размещенных на значительном расстоянии один от одного;
- когда скважина глубокая и все работы по тампонажу нереально выполнить за один цикл работы.
При иных условиях применение двухступенчатой системы тампонажа нецелесообразно и экономически не доказано.
Рабочий принцип состоит в подаче смеси цемента в обсадную колонну в 2 этапа. Первая часть цемента закачивается и сразу проталкивается, действуя на нижнюю пробку. Вторая часть подается лишь после абсолютного застывания первой части.
Цементирование с применением манжета
Аналогичный способ тампонажа гидросооружений используется в случае, когда потребуется укрепление части сверху конструкции. При этом необходимо определить, какой высоты должен быть цементный стакан – пространство в обсадной колонне, подвергающееся цементированию.
Аналогичный уровень определяется монтажом манжета, когда часть снизу конструкции защищается специализированной вставкой, чтобы не допустить проникновение раствора вглубь. Закачка цемента проходит по схеме, подобной сплошному цементированию.
Манжетное тампонирование используется для скважин, верхняя часть конструкции которых обустроена в песчаниках, а нижняя – в почвах где присутствует глина.
Цементирование гидросооружения зависит от качества материалов, оборудования и квалификации профессиональных мастеров, привлеченных с целью решения аналогичной задачи.
Оценка качества цементирования
Нужно отметить: не обращая внимания на то, что оценка качества цементирования водоносных скважин считается довольно существенным этапом, провести её своими силами нереально. Для её выполнения требуется специализированное лабораторное оборудование, которое очень реже встречается даже у организаций, которые занимаются бурением. Если всё-таки Вы намерены произвести оценку проведённого тампонирования, то можете заказать услугу контроля качества одним из трёх вариантов:
- звуковой, основанной на простукивании стенок обсадной колонны, с дальнейшей обработкой полученных данных компьютерными программами;
- радиологический, когда измерение с помощью радиоприборов;
- термальный, который основан на принципе измерения выделяемого тепла при застывании раствора из цемента.
В «домашних» условиях вы можете применить очень простой термальный метод, померяв температуру у скважных стен. Когда она сравняется с находящейся вокруг температурой воздуха и станет ниже на 0,5-1,5 градусов, тогда можно говорить о полном затвердевании. Но даже после чего рекомендуется выждать 2-3 дня и лишь тогда выполнять ввод скважины в эксплуатирование.
После окончания проверки устье скважины прочищается от остатков раствора из цемента с помощью желонки. После выполняется проверка герметичности, зачем в трубу скважины закачивается вода под большим давлением в течение 30 минут. Показателем герметичности будет снижение давления ориентировочно на 0,3-0,5 МПа. Теперь скважина абсолютно готова к применению.
Герметичность тампонирования увеличивает дебет скважины, продолжает срок службы обсадных колонн, защищая их от ржавчины, а еще самого водоисточника
