Цементирование скважины

05.11.2013

В процессе крепления скважин с помощью стальных, асбестоцементных труб обязательно цементируется затрубное пространство. Это предотвращает связь отдельных водоносных горизонтов, что не допускает засорения и истощения подземных вод, а так же позволяет повысить надёжность конструкции самой скважины. Помимо того, благодаря цементному кольцу обсадная труба защищена от корродирующего воздействия подземных вод.

Как правило, цементирование скважин, в том числе и при бурении в московской области, производят до устья скважины.

Тампонажный цемент производят для трёх разновидностей скважин:

• холодных (температура забоя до 40 градусов);
• горячих (до 75 градусов);
• глубоких (от 100 до120 градусов).

Цемент, предназначенный для холодных скважин, обеспечивает начало схватывания от 3-х до 7,5 часов после затворения, а окончание - не позднее 3-х часов от его начала; сопротивление изгибу через 24 часа 2,7 МПа. Начало схватывания цемента для горячих скважин колеблется от 1ч 15 мин до 2ч 15 мин, конец схватывания должен произойти не позднее 1,5 ч от начала схватывания; сопротивление изгибу 6,2 МПа.

Вид применяемого цемента обусловлен природными условиями.

1. Песчанистый цемент (тампонажный цемент с добавлением 20% кварцевого песка) применяют при цементировании направлений и кондукторов. Такой цемент плотно контактирует с горными породами в связи с отсутствием давления усадки;
2. Волокнистый цемент (тампонажный цемент с волокнистыми добавками (1-3%), такие как асбест, бумага, тростник) применяют для уменьшения глубины проникания в трещиноватые породы с незначительным пластовым давлением либо для ликвидации поглощения промывочной жидкости;
3. Расширяющийся цемент используют для создания прочного и непроницаемого цементного камня благодаря его способности увеличиваться при затвердении в объёме на 2%;
4. Пуццолановый цемент используют во время изоляционных работ;
5. Утяжеленный тампонажный цемент применяется при бурении скважин на воду (см. здесь, например про артезианские скважины на воду) отягощёнными с помощью гематита глинистыми растворами, имеющими плотность около 2,2 г/см³.

Чтобы регулировать сроки схватывания, используют специальные добавки. Сульфитно-спиртовая барда и разнообразные поверхностно-активные вещества замедляют процесс схватывания. Данные добавки применяют для цементирования скважин, которые пробурены на термальные воды, при цементировании глубоких скважин, работая цементировочными насосами с низкой производительностью.

Для цементирования неглубоких скважин применяют ускорители СаCI2 и NaCI (2% по массе).

К немаловажным критериям оценки цементного раствора относится водоцементное отношение, которое составляет 0,4-0,5. С повышением верхнего предела водоцементного отношения повышается плотность раствора, и наоборот.

Плотность сухого цемента составляет 3,15 г/см³ недопустимо его хранение во влажных или мокрых помещениях. Плотность цементного раствора определяют при помощи ареометра, а растекаемость - прибором Вика.

На практике, в процессе бурения скважин на воду (отметим, что реальную стоимость бурения скважин на воду можно узнать на сайте semireche.ru) применяют одноступенчатую схему с одной или двумя пробками, изготовленными из дерева и резины.

При помощи цементировочных головок промывают и цементируют колонну. Перед цементированием в течение 3- минут производят опрессовку цементировочной головки на давление, которое в 1,5 раз превышает максимальное расчётное. Затем в цементировочную головку погружают нижнюю пробку, закачивают в колонну необходимый объём цементного раствора и начинают его продавливание.

Применяют две схемы продавливания:

• с одной пробкой - при цементировании скважин до 100-150 м глубиной;
• с двумя пробками

Наиболее распространена схема продавливания с двумя пробками. После установки и промывки нижней пробки, закачивают цементный раствор, устанавливают верхнюю пробку и продавливают раствор в затрубное пространство вплоть до резкого повышения давления в манометре. Как правило, продавливание осуществляют глинистым раствором.

Перед цементированием трубу следует промыть раствором, плотность, которого не превышает 1,1 г/см³ либо водой. Через двое суток после цементирования колонна проходит испытание на герметичность.

Для обеспечения необходимого качества сцепления раствора со стенками скважины, на обсадную трубу устанавливают различные конструкции скребков, очищающих стенки скважины глинистой корку. В местах со сложными гидрогеологическими условиями из-за некачественного сцепления может образоваться затрубная циркуляция подземных вод, что нарушает герметичность затрубного пространства. В данном случае на внешнюю поверхность труб наносят битумно-песчаную смесь.

Немаловажную роль играет и скорость подъёма цементного раствора. Для наибольшего вытеснения глинистого раствора из затрубного пространства следует создавать турбулентный режим движения. Скорость цементного раствора для промежуточных обсадных труб и кондукторов должна быть более 1,5 м/с, а для эксплуатационных колонн - более 1,8-2 м/с.

Приз закачке цементного раствора скорость насоса постепенно увеличивается, и наоборот, при продавливании цементного раствора -постепенно снижается.

Бурение на глубину более 2000 метров производят методом двухступенчатого цементирования.

Метод манжетного цементирования, как правило, применяется в скважинах с одноколонной конструкцией. Для этого в обсадную трубу монтируют обратный клапан, имеющий отверстия для выхода цементного раствора и манжету в виде брезентовой воронки 60-70 см высотой и диаметром, превышающим диаметр бурения на 25 - 35 %.

В случае отсутствия мощного бурового насоса и цементировочного агрегата применяют цементирование при помощи заливочных трубок.

Раствор цемента закачивают сквозь отверстия и манжету в бурильных трубах, затем буровой инструмент вместе с цементировочной головкой поднимают на несколько метров и проводят промывку обсадных труб.

Раствор для цементирования изготавливают при помощи цементно-смесительных машин, например СМН-20. Производительность такой машины составляет 0,8-1,6 м³/мин.

Закачку и продавливание цементного раствора осуществляют цементировочными агрегатами.

Существенным недостатком полимерных труб является их невысокая адгезия, не обеспечивающая прочного сцепления цементного камня с трубами. Для устранения данной проблемы производят модифицирование поверхности (химическое или механическое очищение полимера от низкомолекулярных засорений).

Широкое распространение получил способ пескоструйной обработки и с помощью растворителей, таких как ксилолполиэтилен.