Цементирование нефтяных скважин: цели, цементировочный агрегат

Эффективная работа любой скважины невозможна без тщательной и надежной герметизации пространства между обсадными трубами и грунтом. Герметизация достигается специальной операцией – цементированием скважины с помощью специального технологического оборудования.

Оборудование для цементирования скважин

Сразу оговоримся, что все без исключения оборудование для цементирования скважин, является специальной техникой, поэтому его изготовление в домашних условиях «своими силами» невозможно.

При этом надо знать, что цементирование скважины – это необратимый и неисправимый процесс. Поэтому любая самодеятельность ведет к существенным временным и финансовым потерям на «пересверливание» сооружения.

Основное оборудование для цементирования скважин – цементно-смесительные машины и цементировочные установки. При выполнении данной операции необходимо «иметь под» рукой значительные объемы цементно-песчаного раствора, который одномоментно под действием высокого давления закачивается в пространство скважины.

Указанные установки осуществляют операции:

• Приготовление раствора для тампонажа: смешивание компонентов и доведение до необходимой консистенции;
• Подача раствора в пространство за обсадными трубами под высоким давлением. При этом величина давления подачи раствора изменяется в зависимости от условий цементации и глубины скважины.

Виды оборудования и общие технические характеристики

В производственно-технологическом процессе цементирования могут быть задействованы следующие смесительные установки и агрегаты отечественного производства: АУМ, ОСБ-II-30, УС-IV, УС6-30, СМР-20, УЦП, цементировочные головки и специальная арматура.

Смесительные установки используются для транспортирования цемента, тампонажной смеси, песка и т.п., регулировки величины подачи данных материалов и замешивания тампонажных растворов для цементации скважин и гидравлических разрывов водоносных пластов.

Самой большой популярностью пользуется смесительная установка УСБ-30.

Машина предназначена для транспортирования порошкообразных компонентов тампонажных смесей и оборудована механически регулируемой величиной подачи (дозирования) материалов (цемента, песка и пр.).

Система состоит из бункера, механизма отбора мощности от штатного двигателя, трансмиссии, смесительной головки, загрузочно-дозировочных конвейеров, приборов управления и вспомогательных механизмов.

Загрузка и выгрузка происходит в автоматическом режиме с помощью дозирующих конвейеров. При этом привод конвейеров осуществляется через коробку отбора мощности от штатного двигателя машины. Загрузка установки производится вакуумным способом с применением вакуумного компрессора или гравитационно через люки бункера. Выгрузка тампонажной смеси – пневматическая.

Цементировочная головка (ГУЦ или ГЦК), является одним из основных видов оборудования для цементирования скважин и предназначена для обвязки устья скважины. Модификации данного оборудования отличаются друг от друга конструктивным решением, габаритами и техническими характеристиками.

При этом цементировочные головки ГУЦ поставляются со штатными кранами высокого давления. Это позволяет вставлять цементировочную пробку заблаговременно, что исключает необходимость ее разборки-сборки в процессе цементирования. Головки ГЦК поставляются без кранов высокого давления, поэтому цементировочную пробку вставляют в нее после закачки тампонажного раствора.

Цементировочная арматура устанавливается на устье скважина. Данное оборудование предназначено для обеспечения герметичности соединения НКТ с обсадными трубами, «продавки» в тело скважины тамопнажного раствора и нагнетания давления жидкости при промывке скважины.

Как видно из сказанного, работы по цементированию скважин относятся к специальным технологическим процессам, которые характеризуются жесткими требованиями по соблюдению этапов технологии.

Поэтому цементирование любых скважин, в том числе водонапорных частных сооружений, должны выполнять профессионально подготовленные исполнители при соответствующем специальном материально-техническом обеспечении, предварительных расчетах и геодезических исследованиях.

Источник: http://salecement.ru/oborudovanie-dlya-cementirovaniya-skvazhin/

Технология цементирование нефтяных и газовых скважин

На завершающем этапе подготовки углеводородной области используется технология цементирования нефтяных и газовых скважин. Прообраз методики возник более 110 лет назад на бакинских промыслах.

Способ базируется на полном выдавливании жидкости из буровой путем использования цементной смеси.

Данная технология относится к разряду тампонажных в силу того, что в результате проведения работ образуется так называемая «пробка».

Что представляет собой процесс цементирования буровой?

Цементирование нефтяных и газовых скважин – это финишный этап подготовки буровой к эксплуатации. Комплекс работ направлен на обеспечение максимального срока службы сооружения. Это продиктовано следующими причинами:

1. Необходимость изолировать каждую нефтегазоносную область. Это делается для того, чтобы исключить возможность смешивания сырья и воды из разных пластов.
2. Требования, которые регламентируют защиту металлической трубной поверхности. Эти работы следует выполнить, чтобы обеспечить высокую стойкость от коррозии, которая возникает в результате воздействия почвенной влаги на металл.
3. Важность повышения прочности всего сооружения. Цементирование позволяет снизить влияние движения грунтов на скважину.

Для создания качественного цементного раствора используются различные добавки. Одной из наиболее популярных считается кварцевый песок. Материал позволяет снизить усадку до минимума и существенно увеличить прочность тампона. Волокнистая целлюлоза применяется для исключения возможных утечек жидкого раствора в пористый грунт.

В качестве одного из компонентов смеси могут использоваться пуццоланы. Они представляют собой своеобразную крошку из минералов, имеющую вулканическую природу. Отличаются водостойкостью и отсутствием реакции при воздействии агрессивных химических сред. Полимерные добавки используются для уплотнения прилегающих слоев грунта.

В конце проводится контроль выполненного тампонажа. Важную роль играет качество работ, проводимых на газовой и нефтяной скважине. Оно оценивается следующими способами:

• термический – определяет высоту требуемого поднятия цемента;
• акустический – позволяет обнаружить наличие внутренних пустот;
• радиологический – применение специального рентгеновского излучения.

Каждая из приведенных технологий позволяет провести контроль качества полученной пробки. Процесс проводится многоступенчато, что гарантирует высокую точность проверок.

Технология цементирования скважины

Современные методики цементирования несколько отличаются от технологий, применяющихся в прошлом веке. Основные отличия заключаются в автоматизации процесса, использовании компьютерной техники при расчете требуемого количества раствора. При этом учитываются всевозможные геологические особенности нефтегазоносной области, климат, погодные условия в конкретный период, технические параметры и прочее.

Цементирование нефтяных и газовых скважин может проводиться одним из следующих способов:

• одноступенчатая технология (сплошная заливка) – предусматривает подачу промывочного раствора под высоким давлением на пробку в обсадочной колонне;
• двухступенчатая технология – то же, что и одноступенчатое цементирование, но с последовательным проведением процесса для нижней и верхней части (области разделены специальным кольцом);
• методика манжета – предусматривает применение кольца-манжета для цементирования нефтяных и газовых скважин исключительно в верхней области;
• обратная технология – единственная методика, во время которой цементная смесь заливается не в саму колонну, а в область за трубами.

Сам процесс проводится в несколько этапов. Изначально готовится смесь для тампонажа. Делается это согласно инструкции и расчетам. Смесь подается в скважину непосредственно после ее приготовления. После этого приводится в действие механизм, которые вытесняет раствор в межтрубное пространство нефтяной шахты.

Далее следует подождать, пока смесь полностью не застынет, образовав собой пробку. На конечном этапе проводится проверка качества выполненных работ по любой из технологии, описанной выше.

Для обеспечения высокой эффективности работы оснащение монтируется на шасси грузовой машины. Это позволяет сэкономить средства на транспортировку технологического оснащения и открывает возможность подключиться к питанию от двигателей используемых грузовиков.

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.

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.

Что следует понять про технологию цементирования?

Цементирование нефтяных и газовых скважин, независимо от методики, сводится к преследованию одной цели – вытеснение бурового раствора из скважины. Делается это путем заливки тампонажной смеси, которая поднимается на определенную высоту.

Стоит понимать, что качество данной инженерной задачи напрямую зависит от соблюдения технологических процессов, корректности расчета и ответственности персонала.

Тампонажнники должны полностью соблюдать требования к цементированию нефтяных и газовых скважин. Необходимо уделить внимание и материалам, которые будут использованы в рабочем процессе.

Это позволит заметно увеличить продолжительность службы глубинных конструкций в процессе эксплуатации.

Источник: http://snkoil.com/press-tsentr/polezno-pochitat/tekhnologiya-tsementirovanie-neftyanykh-i-gazovykh-skvazhin/

Цементировочные агрегаты: виды и применение

Процесс цементирования скважин осуществляется нагнетанием раствора цемента и жидкости для продавливания. Но это становится невозможным без использования цементировочных насосных агрегатов.

В ходе цементирования скважины решается целый ряд задач:

• обеспечивается долговременная изоляция от воздействия вод (как нижних, так и верхних) продуктивных объектов;
• исключается возможность того, что флюид будет перетекать между горизонтами, используя затрубное пространство;
• доукрепляются породы, которые являются неустойчивыми, посредством сцепления между собой таких элементов, как цементный камень, стенки скважины и обсадная колонна;
• обеспечивается защита обсадной колонны от смятия под воздействием внешнего давления и коррозии;
• предотвращается выброс газа, который находится в породах, расположенных в зацементированном участке скважины, под высоким давлением;
• изолируются продуктивные горизонты малой мощности, которые были пройдены в ходе бурения.

Кроме основной цели, насосные агрегаты применяют для того, чтобы промывать и продавливать песчаные пробки, осуществлять опрессовку труб и обсадных колонн, производить гидроразрыв пластов и т.д.

Обычно транспортной базой цементировочных насосов выступают грузовые автомобили, имеющие высокую проходимость (УРАЛ, КАМАЗ, КрАЗ и т.д.). Соответствующее насосное оборудование устанавливается на санях специальной конструкции.

Независимо от типа транспортной базы, цементировочные насосы комплектуются соответствующим оборудованием:

• насосом высокого давления (цементировочным), имеющим привод от автомобиля посредством коробки отбора мощности или мотора с КПП, который установлен на платформе на высокое давление (максимум от 63 до 70 МПа);
• водоподающим насосом, имеющим индивидуальный привод от двигателя автомобиля ГАЗ-51, чтобы обеспечить подачу воды, когда в смесительном устройстве будет затворение;
• манифольдом, имеющим запорную арматуру, установленную на агрегате;
• разборным манифольдом с оборудованием;
• мерными баками, куда помещается цементный раствор и жидкость (продавочная).

Цементировочный агрегат ца 320

Под ЦА-320 понимают оборудование, которое используется для того, чтобы нагнетать жидкости и цементировать скважины в ходе капитального ремонта и прочих промывочных работ на скважинах по добыче нефти и газа. Купить этот агрегат можно по оптимальным ценам на http://www.autocompass.ru/catalog/units_cementing/. Он также устраняет песчаные пробки и применяется для того, чтобы проводить продавочные работы на месторождениях нефти и газа. Гидравлическая часть насосов ЦА 320 имеет приспособление для обогрева, что позволяет использовать устройство при низких температурах. На панели приборов грузового автомобиля отображается показатель температуры масла, находящегося в картере насоса.

Поставки ЦА 320 могут осуществляться на шасси автомобиля и санях. Можно приобрести такой агрегат, имеющий спальное место. Комплектация устройства: монтажная база, блок для подачи воды (по запросу заказчика), насос высокого давления, привод, мерный бак (6 куб.м.), блок манифольда. Водоподающий блок комплектуется насосом, который работает от дополнительного двигателя.

Характеристики агрегата ца 320

Обычная комплектация состоит из бензинового двигателя ЗМЗ-511 и секционного насоса ЦНС 38-154. Поскольку для основного двигателя применяется дизельное топливо, то имеется возможность для покупки двигателя Д-144, работающего от этого энергоносителя.

В комплект (по требованию заказчика) может включаться трёхплунжерный насос модели СИН-32.

Применение

Система используется при проведении бурения и цементирования скважин на газовых и нефтяных работах. С помощью агрегата ЦА320 можно проводить гидропескоструйную перфорацию, промывку песчаных пробок и т.д. Установку поставляют по заказу и монтируют на шасси КрАЗ, Урал или Камаз. Также мы можем изготовить и поставить в индивидуальном порядке ёмкость для воды.

Источник: https://www.stroysmi.ru/tehnika/rabochee-oborudovanie/tsementirovochnye-agregaty/

Цемент тампонажный

• Используется при разведочном и эксплуатационном бурении неф­тяных и газовых скважин, и при капитальном ремонте скважин (КРС) для цементи­рования нефтяных скважин, целью которого является изолиро­вание продуктивных нефтеносных слоев от водоносных, а также отделение нефтеносных слоев друг от друга при многопластовых залежах нефти.
• Цементирование (там­понирование) — важная операция техпроцесса бурения; качество цементирования часто определяет эффективность эксплуатации скважины, а при разведочном бурении — возможность правильной оцен­ки запасов продуктивных нефтеносных слоев в исследуемом месторождении.
• Замес и заливку раствора производя механическим способом, подача в скважину осуществляется насосной установкой.
• Операция цементирования скважины:
• — опускание в скважину ко­лонны обсадных стальных труб разного диаметра;
• — заполнение образовавшегося кольцевого пространство между стенками скважины и наружным диаметром труб быстротвердеющим цементным раствором.
• Методы цементирования скважин:
• — пря­мое цементирование,
• — монтажная заливка,
• — цементирова­ние хвоста,
• — цементирование через заливочные трубы при ремонтных работах,
• — обратное цементирование,
• — мно­гоступенчатая заливка и тд.
• Многообразие методов связано с особенностями место­рождений, характером расположения про­дуктивных и водоносных слоев, структуры коллекторов и др.
• Прямое цементирование — наиболее распространенный метод:
• — колонну стальных труб опускают на рассчи­танную глубину и подвешивают;
• — через колонну подается глинистый раствор для промывки сква­жин перед цементированием;
• — спуск колонны после промывки на нижнюю пробку с цент­ральным отверстием, закрытие стеклянной пластиной. Пробка плотно прилегает к стенкам труб;
• — на опу­щенную пробку в колонну быстро накачивается с по­мощью цементировочных агрегатов цементный раствор в заранее рассчитанном объеме, после чего туда опуска­ют верхнюю глухую пробку;
• — на верхнюю проб­ку накачивается под большим давлением глинистый раствор, в результате чего цементный раствор, заклю­ченный между нижней и верхней пробкой, движется вниз;
• — когда нижняя пробка достигает заранее установ­ленного на обсадных трубах упорного кольца, повышается давление, и стекло нижней пробки раз­давливается;
• — цементный раствор через образовавшее­ся отверстие проходит в забой и в затрубное кольцевое пространство, выдавливая находивший­ся в скважине после бурения глинистый раствор;
• — когда верхняя пробка садится на нижнюю, что заметно по резкому повышению давления па манометре (устье скважины), движение глинистого раствора приостанав­ливается.
• — после проверки высоты подъема цементного раст­вора в затрубном пространстве скважину оставляют в покое примерно на 18 час ( реже 48 час) до полного затверде­вания цемента. Зазор между стенкой скважины и на­ружным диаметром обсадных труб, заполненный це­ментным раствором, составляет примерно 15-50 мм;
• — по истечении установленного срока твердения це­ментного раствора обсадную колонну испытывают на герметичность путем «опрессовки», при этом допускает­ся снижение давления на 0,5 МПа за 30 мин;

— после окончания этих операций и приобретения цементом не­обходимой прочности вскрывают продуктивный нефте­носный слой путем дальнейшего пробуривания цемент­ного камня на забое, либо пробивают отверстия, по ко­торым в скважину поступает нефть. Это осуществляет­ся с помощью пороховых либо торпедных перфораторов через стенки труб и прилегающий к ним цементный ка­мень. В результате перфорации в цементном камне об­разуются отверстия, по которым в колонну поступает нефть после понижения уровня жидкости в скважине при давлении ниже пластового давления нефти.

1. Особенности процесса цементирования:
2. — глинистый раствор отрицательно влияет на твердение цемента при их смешивании, ког­да цементный раствор проходит в затрубное простран­ство.
3. — перфорация цементного камня в скважине также влияет на его прочность, снижая ее в зависимости от многих факторов, в тч от вида перфорации пулевой или торпедной.
4. — скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве при це­ментировании должна составлять не менее 1,5 м/сек, что способствует лучшей очистке сте­нок скважины от глинистой корки и образованию более стойкого цементного кольца.

— нужно точно контролировать объемы цементного раствора и продавочной жидкости, закачиваемых в колонну, и изменение давления раствора. Экзотермия цемента способствует повышению этого давле­ния.

Условия службы тампонажного цемента в скважинах:

— осмотр и точное обследование состояния скважины невозможны, что затрудняет изуче­ние цемента в условиях службы;

— по мере углубления нефтяной скважины в ней повышаются температура и давление, что влияет на процесс цементи­рования и качество получаемого цементного камня. Повышение температуры с глубиной бурения неодинаково в разных нефтяных месторожде­ниях.

При измерении тем­пературы в ряде скважин, значение геотер­мического градиента составило 16,5-18,3 м/град. Диапазон колебаний объясняется различной силой притока верхних и нижних вод, причем температура нефтяных пластов всегда ниже темпе­ратуры водоносных.

В США на некоторых скважинах при глубине примерно 7 тыс м температура на забое до­ходила до 473 К при давлении 12,5 МПа.

— в скважине создается высокое давление в результа­те напора воды, газов, нефти, которое при повышенной температуре влияет на сроки схватывания цементного раствора и формирование цементного камня. Условия для твердения цемента в скважине сложные.

Коллекторы имеют различную пори­стость, трещинноватость и кавернозность.

При гидравли­ческом разрыве пласта (ГРП), переток пластовых вод с верхних па нижние водоносные горизонты — обычное явление. Бывают случаи обезвоживания цементного раствора из-за отсоса воды пористыми пластами породы.

• Пластовые воды на многих месторождениях имеют высокую концентрацию солей.
• Хлоркальциевые, хлормагниевые, сульфатно-натриевые, сульфатно-сульфидные воды оказывают коррозионное воздействие на цементный камень, осо­бенно при повышенных температурах и давлении, когда возможна существенная водопроницаемость це­ментного кольца.
• Еще более влияет на условия службы в газовых скважинах происходящая после окончания цементиро­вания диффузия газа из пласта в скважину, часто вызывающая выбросы и фонтаны.
• 1е опыты крепления обсадных труб для изоля­ции нефтяного пласта от водоносного путем цементиро­вания портландцементным раствором были выполнены в 1907-1908 гг и дали положительные результаты в сравнительно неглубоких скважинах.
• Портландцемент того времени характеризовался сравнительно медленным схватыванием, низкой прочностью и грубым помолом, поэтому приходилось долго «выжидать», пока цемент­ный камень приобретет необходимую прочность.
• Для ускорения процесса тверде­ния цемента использовался более тонкий помол цемента.
• Важнейшие требованияе к качеству тампонажного цемента:
• -цементный раствор (шлам) должен обладать достаточной текучестью, обеспечивающей возможность быстрого его закачивания в колонну труб, а затем продавливания в затрубное пространство:

— раствор должен оставаться подвижным определенное время, пока идет цементирование. Это достигается при ВЩ — 0,4-0,5. В зависимости от температуры скважины дифференци­руются сроки схватывания цемента.

— тампонажный цемент должен характеризоваться необходимой прочностью в первые 2 суток тверде­ния.

Прочность затвердевшего цементного раствора в краткие сроки твердения должна обеспечить закрепле­ние колонны в стволе скважины, необходимую ее устой­чивость при разбуривании и перфорации, эффективную изоляцию от проницаемых пород. Прочность должна составлять не ме­нее 2,3 МПа и приближаться к 3,5 МПа при коэффи­циенте запаса прочности в 2-5.

— вязкость цементного раствора, характеризующая его текучесть.

Цемент дол­жен обеспечить получение раствора хорошей текучести и оставаться подвижным в течение времени, необходи­мого для его закачки и вытеснения в затрубное прост­ранство при температуре и давлении, соответствующих дайной глубине. После закачки в скважину цементный раствор должен в кратчайший срок приобретать соот­ветствующую прочность и сохранять ее .

— цементный камень должен быть стоек по отношению к агрессивным пластовым водам на глубоких горизон­тах и водонепроницаемым, чтобы защитить продуктив­ные нефтяные пласты от пластовых вод и обсадную ко­лонну от проникновения корродирующих жидкостей, со­держащих большое количество различных солей, а за­частую и сероводород.

В начальный период твердения цементный камень должен быть достаточно пластич­ным, чтобы при перфорации скважин в нем не образо­вались трещины, и вместе с тем достаточно долговеч­ным в условиях, когда ему приходится противостоять воздействию не только агрессивных пластовых вод, но и высокой температуры и давления.

Необходимо учиты­вать и водоотдачу, которая вполне возможна при нали­чии проницаемых пластов, отсасывающих часть воды из цементного раствора. Это заметно снижает водоцементиое отношение, что влияет на вязкость и сроки схватывания цемента.

Кроме того, серьезное значение имеет газопроницаемость цементного камня, особенно в газовых скважинах.

1. Цемент 1й разновидности не может удовлетво­рять всем требованиям, связанным с различными усло­виями его работы в скважинах, поэтому цементная промышленность выпускает 2 основных ис­ходных вида тампонажного цемента:
2. — цемент, пред­назначенный для цементирования «холодных» скважин до 40оС(295К);
3. — цемент, пред­назначенный для цементирования «горячих» скважин свыше 40оС(348 К).

Требования к цементам для «холодных» и «горячих» скважин высоки. Стандарт регламентирует же­сткие пределы для сроков схватывания: начало не ра­нее 2 ч для применения цементов в «холодных» скважи­нах и не ранее 1 ч 45 мин для «горячих» скважин.

Ко­нец схватывания после затворения должен наступать в цементе для «холодных» скважин не позднее 10 час и в цементе для «горячих» скважин — не позднее 5 час.

Предел прочно­сти при изгибе призм 4X4X16 см из цементного теста с В/Ц=0,5 должен составлять через 2 суток — при холодных скважинах-2,7 МПа, при горячих через 1 сутки — 3,5 МПа. Цементное тесто должно обладать такой растекаемостью, при которой расплыв образца в виде конуса из этого теста был бы не менее 180 мм.

• К тампонажным цементам предъявляются такие же требования в отношении допустимого содержания SO3 и MgO, а также по тонкости помола и равномерности изменения объема, что и к портландцементу.
• К клинке­ру цемента для «холодных» скважин при измельчении можно добавлять: гранулированный доменный шлак (не более 20%), активные минеральные добавки (не более 12% массы цемента) или инертные добавки (не более 10%)-кварцевый песок или кристаллический известняк, в тч должен содержать повышенное количество трехкальциевого алюмината 10 — 13%, алита — до 50% для обеспечения нужной скорости схватывания раствора и повышенного уровня прочности его на ранних сроках твердения, а также повышенное содержание трехкальциевого силиката 57 — 60% в сочетании с пониженным содержанием СзА 4 — 7%, дози­ровка гипса повышенная 3-3,5% so3, что обеспечивает требуемую скорость схватывания, высокую активность цемента на ранних сроках твердения.
• Тампонажный цемент для «холодных» скважин изготавливают главным образом путем тонкого помола (до удельной поверхности 3000-3500 cм2 / 1 г клинкера).
• Качественный тампонажный цемент должен быть так тонко помелен, чтобы во время просеивания его через сито № 008 не меньше 25% веса пробы проходило.

В целях замедления схватывания тампонажный це­мент для «горячих» скважин должен быть преимущест­венно низкоалюминатным. Он предназначается для службы при температуре примерно 348 К — Выпускают­ся тампонажные цементы, которые содержат 3-4% С3А н пригодны как для «холодных», так для «горячих» скважин.

Однако эти стандартизованные цементы не всегда позволяют обеспечить качественное цементиро­вание нефтяных и газовых Скважин, пробуриваемых зачастую в разнообразных сложных условиях.

Так, на­пример, часто в глубоких и сверхглубоких скважинах температура на забое бывает выше 348 К, доходит и до 473 К при давлении до 70 МПа.

В скважинах многих нефтяных районов пластовые воды оказывают на цемент сильное корродирующее действие, цементный раствор поглощается трещинова­тыми или дренированными пластами. Для цементирова­ния скважины в таких условиях необходимы цементные растворы с плотностью, превышающей плотность про­мывочного глинистого раствора.

В других случаях тре­буются, наоборот, цементные растворы с пониженной плотностью для того, чтобы поднять цементный раствор па большую высоту. Специфические условия создаются в газовых скважинах, в которых наблюдается прорыв газа через цементное кольцо и резьбовое соединение об­садной трубы п др.

Для службы в таких специфических условиях разработаны специальные виды тампонажных цементов, эффективность которых подтверждена на практике (ГОСТ 1581-96), но производство ограничено.

Источник: https://neftegaz.ru/tech-library/burenie/142454-tsement-tamponazhnyy/

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Цементировочные агрегаты ( СЂРёСЃ. 20) предназначены для цементирования ствола скважин РїСЂРё бурении Рё капитальном ремонте, Р° также РґСЂСѓРіРёС… продавочно-промывочных работ.  [1]

Цементировочные агрегаты предназначены для приготовления, закачки Рё продавливания тампонажных Рё РґСЂСѓРіРёС… растворов РІ скважину Рё Р·Р° колонну, Р° также для вымывания излишков растворов РёР· нее. Р�спользуются РїСЂРё цементировании скважин, гидравлическом разрыве пластов Рё РґСЂСѓРіРёС… технологических операциях.  [2]

Цементировочные агрегаты должны иметь суммарную мощность, обеспечивающую РїСЂРё заданном темпе нагнетания создание необходимого давления, позволяющего поднять тампонажный раствор РЅР° заданную высоту.  [3]

Цементировочный агрегат 4ЦА — 100.  [5]

Цементировочный агрегат 4ЦА — 100 предназначен РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј для цементирования водяных скважин.  [6]

Цементировочные агрегаты этого типа отличаются РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР° транспортными базами Рё способами РёС… доставки Рє месту проведения работ.  [7]

Цементировочный агрегат 5ЦА — 320 ( СЂРёСЃ. 73) состоит РёР· силовой установки, насоса 9Рў, мерного бака Рё вспомогательного оборудования, установленных РЅР° специальной жесткой раме, Р° также поста управления.  [8]

Цементировочные агрегаты, цементно-смесительные машины Рё блок манифольда станции контроля цементирования необходимо расставить РІ соответствии СЃ утвержденной для данной скважины технологической схемой Рё соединить трубопроводами Рё шлангами. РџСЂРё этом для повышения точности измерения объема жидкости мерными баками цементировочные агрегаты следует установить горизонтально.  [9]

• Цементировочные агрегаты предназначены для приготовления, закачки Рё продавливания тампонажных Рё РґСЂСѓРіРёС… растворов РІ скважину Рё Р·Р° колонну Рё вымывания излишков раствора РёР· скважины; промывки скважины через спущенную колонну обсадных или заливочных труб Рё глушения скважин; обработки призабойной Р·РѕРЅС‹ скважин, закачки растворов изотопов, проведения гидропескоструйной перфорации Рё РґСЂСѓРіРёС… технологических операций; гидравлической опрессовки оборудования Рё эксплуатационной колонны.  [11]
• Цементировочный агрегат для выполнения операций открытия циркуляционного клапана Рё обратной промывки подключается через Р±РѕРєРѕРІРѕР№ отвод линии превентора.  [13]
• Цементировочные агрегаты должны быть оборудованы искрогасителями.  [14]
• Цементировочные агрегаты РІ специальном исполнении отличаются РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР° транспортными базами Рё способами доставки Рє месту проведения работ.  [15]
• Страницы:      1    2    3    4

Источник: https://www.ngpedia.ru/id422597p1.html

Цементирование скважин: способы и технологии тампонажа

После бурения скважины в рыхлых песчаных грунтах наступает этап, направленный на укрепление труб обсадной колонны. Заодно следует защитить ствол от повреждения, агрессивного воздействия грунтовых вод, коррозии и прочих негативных явлений. Речь идёт о таком процессе, как цементирование скважин.

Выполнить работу по цементированию самостоятельно достаточно сложно, но возможно, при наличии знаний о технологиях проведения мероприятия. Мы расскажем вам о том, зачем нужно проводить цементирование и на что нужно обратить внимание при выполнении работ. Для наглядности, материал содержит тематические фото и видеоролики.

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.

Этапы цементирования источника воды

Весь процесс цементирования складывается из нескольких этапов, каждый из которых имеет свои нюансы:

1. Приготовление тампонажного раствора для заполнения затрубного пространства.
2. Подача приготовленного цемента к скважине.
3. Закачка тампонажного раствора в затрубное пространство.
4. Период затвердевания цементного раствора.
5. Проверка качества цементирования.

Каждый этап требует использования определённых инструментов и спецоборудования. Расчёты необходимых материалов лучше произвести до начала тампонажных работ, т.к. процесс тампонирования должен длиться непрерывно и если вам, например, не хватает цементного раствора, то это самым негативным образом скажется на качестве цементирования. Важнейшие этапы рассмотрим более подробно.

В редких случаях водоносные скважины не нуждаются в цементировании, речь идёт о скважинах, вся глубина которых проходит в плотных глинистых грунтах

Этап №1 – подготовка оборудования

Все работы по цементированию водоносных скважин должны выполняться строго в соответствии с техническими требованиями, нарушение которых приведёт к некачественному цементированию.

Приступая к тампонированию скважины, вам стоит знать, что это необратимый процесс, исправить что-либо после начала подачи раствора в затрубное пространство скважины невозможно, поэтому подготовительным работам, а именно к приготовлению раствора для цементирования и выбору оборудования, нужно подойти максимально ответственно!

Самый простой и эффективный способ – аренда оборудования на платформе автотехники. Такой комплекс сможет приготовить цементный раствор и под давлением перекачать его в скважину, при этом источником энергии для работы оборудования служит мощный автомобильный двигатель.

Если использование агрегатов на базе спецавтомобиля невозможно, то вам потребуется:

• миксер для приготовления цементного раствора;
• насос высокого давления, осуществляющий подкачку раствора к скважине;
• цементировочная головка для закачки раствора внутрь скважины;
• заливочные пробки (количество зависит от способа цементирования);
• различный мелкий инвентарь (шланги, мерные ёмкости).

В качестве шланга многие специалисты рекомендуют вместо традиционных ПНД труб диаметром 32 см использовать гибкий пожарный шланг. Он плоский и отлично проходит в межтрубное пространство, обеспечивая эффективную подачу раствора.

Оборудование для цементирования скважин имеет большие габариты и требует и мощного источника энергии, например компрессора, генератора, бесперебойного доступа к электросети

Этап №2 – приготовление раствора

Тампонажный раствор для цементирования скважины должен отвечать целому ряду требований и обладать:

• высокими адгезивными свойствами с поверхностями любого типа;
• высокой прочностью после застывания, устойчивостью к механическим воздействиям;
• пластичностью и хорошей текучестью, чтобы заполнить все трещины и пустоты;
• химической нейтральностью в отношении тампонируемых слоёв грунта;
• устойчивостью к размыванию грунтовыми водами;
• отсутствием усадки при затвердевании.

Также раствор должен обладать такой консистенцией, чтобы его можно было без проблем доставлять к скважине и производить закачку. Раствор должен хорошо смываться с оборудования, не быть в отношении него химически агрессивным и иметь минимальный коэффициент потери при транспортировке к скважине.

Используемый тампонажный раствор должен обладать достаточно жидкой структурой для осуществления перекачивания нагнетательным оборудованием и при этом иметь высокие прочностные характеристики

Процесс приготовления цементного раствора для тампонирования заключается в равномерном перемешивании компонентов, входящих в его состав с последующей заливкой в него воды, с предварительно растворёнными в ней специальными добавками.

Самыми простыми растворами, которые можно приготовить самостоятельно, являются:

1. Портландцемент + кварцевый песок (1:1) + специальные добавки и вода до получения требуемой консистенции. Такой раствор имеет невысокую плотность, а его приготовление является сложным, т.к. песок, входящий в состав часто выпадает в осадок и применение раствора становится невозможным.
2. Портландцемент + барит (1,1:1) + специальные добавки и вода. Недостаток такого раствора – невысокая прочность.
3. Портландцемент + наполнитель. В качестве наполнителя применяется асбест (на песчаных грунтах), волокнистые материалы.

Для приготовления цементирующей смеси лучше всего использовать тампонажный портландцемент, представляющий собой разновидность цемента на основе силикатов.

Такой цемент, конечно, стоит дороже, чем обычный портландцемент, однако его прочностные характеристики намного выше, чем у обычного. Барит – тяжёлый минерал, повышающий плотность раствора. Приобрести барит можно в строительном магазине, торгующем сыпучими строительными материалами.

Под специальными добавками, входящими в состав цементирующих растворов, понимают различные вещества, придающие раствору особые свойства.

К ним относят:

• ускорители схватывания цемента (хлористый кальций, кальцинированная сода, поташ), применяемые, если цементирование происходит при температуре ниже +5 градусов;
• замедлители схватывания, используемые для предотвращения быстрого затвердения (это хлориды кальция или натрия, нитрит натрия и др.);
• пластификаторы для получения оптимальной вязкости (полимерные модификаторы);
• морозостойкие добавки (кремнийорганические соединения вкупе с пластификаторами);
• влагопоглощающие добавки (вещества, полученные из соединений, относящихся к группам сахарной, лимонной, винной и тетраоксиадипиновой кислот) и др.

Специальные добавки размешиваются в воде, которую в дальнейшем применяют для приготовления тампонажного раствора. Перемешивают раствор при помощи специальных машин – миксеров. Иногда допускается ручное замешивание, но оно требует определённой сноровки и больших трудозатрат.

Цементный камень, образующийся при затвердевании портландцемента, обладает высокими прочностные свойствами, выдерживает нагрузки, механическое и физическое воздействие

Этап №3 – заливка раствора в скважину

Основными способами цементирования скважин являются:

• сплошное или одноступенчатое;
• двухступенчатое;
• манжетное;
• обратное.

Все способы цементирования водозаборных скважин основаны на одном принципе – закачке в затрубное пространство тампонажного раствора. При этом выбор технологии цементирования зависит от конкретных условий: типа грунта, глубины скважины, материала обсадных труб, климатических и гидрогеологических условий местности.

Выбранная технология тампонирования скважины на воду должна обеспечить:

• заполнение раствором всего створа скважины на всю глубину;
• полностью вытеснить промывочную жидкость (при её наличии);
• создание высокопрочного цементного камня, устойчивого к физическим, механическим и химическим воздействиям;
• высокий показатель адгезии с грунтовыми стенками скважины, обсадными трубами.

Для глубоких скважин применяют сегментарное цементирование, т.е. цементируется не весь створ скважины сразу, а только его отдельные сегменты.

Этот процесс очень сложный и практика показывает, что выполнить его самостоятельно практически невозможно. Поэтому подробнее рассмотрим технологию одно- и двухступенчатого и манжетного цементирования.

Одноступенчатое или сплошное цементирование

Этот способ наиболее часто применяют для цементирования бытовых водоносных скважин. При его реализации цементирующий раствор закачивается в затрубное пространство.

Раствор закачивается под давлением при помощи оборудования, которое установлено на платформу спецавтомобиля или стационарно недалеко от скважины. Цементирующий раствор под своей тяжестью движется к основанию-“башмаку” обсадной колонны, заполняя все затрубные полости.

Работы по одноступенчатому цементированию проводятся за один цикл без перерывов, поэтому необходимо позаботиться о достаточном количестве тампонажного раствора

Перед началом работ по цементированию проводится промывка скважины, а затем вводится нижняя пробка, которая будет выполнять роль ограничителя. Включается бетононасос и начинается закачка тампонирующего раствора, под воздействием которого пробка опускается, пока не достигнет “башмака” обсадной колонны.

После закачки раствора устанавливается верхняя пробка и начинается уплотнение цементной смеси, до тех пор, пока верхняя пробка не упрётся в нижнюю. Это будет означать, что раствор заполнил всё затрубное пространство. Уплотнение осуществляется вибропрессом при помощи подкачки раствора бетононасосом.

Зацементированная скважина оставляется в покое на 36-48 часов для полного затвердевания раствора. Данный способ подходит только для неглубоких ровных по конфигурации скважин. Недостатком этого метода является невозможность отследить момент, когда цементный раствор достиг нижней точки створа скважины.

Двухступенчатая система заливки

Этот метод цементирования был разработан для скважин нефтяной промышленности. По причине того, что он требует использования серьёзного промышленного оборудования (мощного бетононасоса), в обустройстве скважин он применяется не часто. Двухступенчатое цементирование используют в следующих случаях:

• цементный раствор схватывается настолько быстро, что нельзя закончить цементирование в один цикл;
• когда требуется выделить два участка в затрубном пространстве, которые разделены значительным расстоянием;
• при большой глубине скважины, когда провести работы в один цикл невозможно.

В остальных случаях применение двухступенчатого способа нецелесообразно по причине длительности процесса и экономическим показателям.

Двухступенчатое цементирование более продолжительное по времени, так как второй этап начинают после полного затвердевания тампонажного раствора первой ступени

Принцип двухступенчатого цементирования основан на том, что закачка цемента в затрубное пространство осуществляется в два приёма.

Первая порция тампонажного раствора загружается и продавливается. Опускается нижняя пробка, которая род действием раствора пробка опускается на дно. Вторая порция раствора закачивается через 12-36 часов, после окончательного затвердевания первой порции.

В практике глубокого бурения артезианских скважин при наличии в верхней части геологического разреза поглощающих пластов и в других случаях применяют двухступенчатое цементирование

Применение манжетного способа

Этот метод цементирования используется, если необходимо укрепить только верхнюю часть скважины. При этом первоначальной задачей будет определение уровня, до которого будет производиться цементирование.

Уровень отмечается по обсадной трубе установкой специального манжета. Нижняя часть створа при этом надёжно защищена манжетой от проникновения тампонирующего раствора.

Раствор закачивается точно так же, как и при одноступенчатом цементировании. Применяется манжетный способ в том случае, если верхняя часть скважины расположена на песчаных грунтах, а нижняя – на глинистых. Это встречается достаточно редко, поэтому данный способ не нашёл широкого применения.

Процесс образования цементного камня

Процесс образования цементного камня начинается сразу после закачки тампонирующего раствора и длится от 12 до 36 часов. Основными факторами, влияющими на длительность затвердевания раствора до состояния цементного камня:

• свойства компонентов, входящих в состав раствора;
• грунты, материал обсадных колонн;
• гидрогеологические и климатические условия на участке;
• плотность закачки, правильность осуществления процесса тампонирования.

В период затвердевания необходимо оставить скважину в состоянии покоя. Запрещается использовать тросы, ломы, проволоку для оценки качества цементирования, т.к. это может нарушить целостность образующегося цементного камня.

Если вы не знайте, сколько времени необходимо для полного схватывания цементирующего раствора, подождите трое суток и приступайте к контрольным замерам

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.
• Если вы всё-таки намерены произвести оценку проведённого тампонирования, то можете заказать услугу контроля качества одним из трёх способов:

• 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

Выводы и полезное видео по теме

1. В ниже представленных видеороликах речь идёт о скважинах в нефтегазовой отрасли, но принцип технологии производства работ такой же, как для водоносных скважин.

2. Процедура одноступенчатого цементирования скважины:
3. Специфика производства манжетного цементирования:
4. 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 комментарии в расположенном ниже блоке.

Источник: https://sovet-ingenera.com/vodosnab/kolod-skvazh/cementirovanie-skvazhin.html