ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН
Заключительный этап проведения буровых работ сопровождается процессом, который предполагает цементирование скважин. От того, насколько качественно будут проведены эти работы, зависит жизнеспособность всей конструкции. Основная цель, преследуемая в процессе проведения данной процедуры, заключается в замещении бурового раствора цементным, который имеет еще одно название — тампонажный раствор. Цементирование скважин предполагает введение состава, который должен затвердеть, превратившись в камень. На сегодняшний день существует несколько способов осуществления процесса цементирования скважин, наиболее часто используемому из них более 100 лет. Это одноступенчатое цементирование обсадной колонны, явленное миру в 1905 году и используемое сегодня лишь с некоторыми доработками.
ПРОЦЕСС ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ
Технология осуществления цементирования скважин предполагает проведение 5 главных видов работ: первый — замешивание тампонажного раствора, второй — закачивание состава в скважину, третий — подача смеси выбранным методом в затрубное пространство, четвертый — затвердевание тампонажной смеси, пятый — проверка качества осуществленных работ.
Перед стартом работ должна быть составлена схема цементирования, которая имеет в основе технические расчеты процесса
Важно будет при этом взять во внимание горно-геологические условия; протяженность интервала, которому необходимо укрепление; характеристики конструкции скважинного ствола, а также его состояние. Следует использовать в процессе проведения расчетов и опыт осуществления таких работ в определенном районе
ОСОБЕННОСТИ НАГНЕТАНИЯ
Цементирование допустимо производить разными методами подачи смеси в затрубное пространство, более того, могут быть применены в процессе проведения работ и различные приспособления. Цементирование скважин может предполагать прямую подачу смеси, такая схема предполагает поступление цемента во внутреннее пространство обсадной колонны с последующим его прохождением непосредственно до башмака и дальнейшим поступлением в затрубное пространство, при этом поступление раствора производится снизу-вверх. При обратной схеме закачка производится в обратном порядке, сверху вниз.
Осуществление цементирования скважин при этом может производиться в один подход, в ходе которого требуемый объем для тампонирования смеси продавливается за один раз.
Двухступенчатое цементирование применяется, когда скважина имеет значительную глубину. Технологический процесс делится на поочередное заполнение отдельных интервалов посредством применения оборудования. Манжетное цементирование, в отличие от вышеперечисленных способов, предполагает защиту части ствола от прохождения тампонажной смеси. Манжета позволяет изолировать участок, располагающийся на протяженности продуктивного пласта. Скважина может иметь скрытые колонны и секции, их цементирование можно выделить в отдельную группу.
Осуществление цементирования скважин, независимо от выбранного метода проведения работ, преследует цель изгнания из затрубного пространства раствора, образованного бурением, что возможно путем помещения туда тампонажного раствора. Цементирование обеспечивает полное заполнение тампонажной смесью интервала ствола; устранение промывочной жидкости посредством проникновения цементной смеси в рамках интервала, предназначенного для цементирования; защиту тампонажной смеси от проникновения промывочной жидкости; образование цементного камня, который характеризуется значительной устойчивостью к разного рода воздействиям в виде глубинных нагрузок; отличное сцепление цементного камня со стенами скважины и с поверхностью обсадной колонны.
ИНСТРУМЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ:
- цементировочные агрегаты, предназначенные для проведения затворения смеси и ее последующего продавливания под значительным давлением;
- цементно-смесительное оборудование;
- цементировочная головка для осуществления промывки ствола и дальнейшего цементирования его стен;
- заливочные пробки для двухступенчатого цементирования;
- краны высокого давления;
- стальные гибкие шланги;
- устройства, предназначенные для проведения распределения раствора.
В каком случае нужно ликвидация скважин
Ликвидация скважины на воду может быть вызвана следующими причинами:
1. При бурении не был обнаружен водоносный пласт (отсутствие или слишком большая глубина залегания), непреодолимое препятствие или геологическая структура почвы делает устройство скважины невыгодным (мелкодисперсный пылевидный песок).
2. Скважины, отслужившие свой срок. Скважинный источник на песке может функционировать от 5 до 15 лет, после чего его дебит снижается и эксплуатация становится нерентабельной.
3. Невозможность дальнейшей эксплуатации ввиду сильного загрязнения (заиливания) водоносного слоя. Данная проблема возникает только в песчаных скважинах при следующих обстоятельствах:
- Неправильный монтаж скважины при бурении. В результате нижняя труба с фильтром в обсадной колонне разместится не в водоносном слое, а слишком углубится в песчано-илистое дно. В итоге вода будет поступать в источник только через верхнюю часть фильтра (нижняя будет находиться в породе), и со временем песчаный осадок перекроет входные отверстия.
- Ошибки при подборе скважинного фильтра. Фильтрующая обсадная труба со слишком крупными отверстиями приведет к попаданию внутрь канала большого количество песчаных фракций и его заиливанию.
- Низкое водопотребление. Малый расход воды приведет к тому, что мелкие песчаные или глинистые частицы, не выкачанные из источника на поверхность, будут постепенно оседать на дно, уменьшая скважинный дебит. Если не будет своевременно проводиться прокачка, толщина донных отложений со временем увеличится, они станут слишком плотными в нижней части и дальнейшая эксплуатация источника станет невозможной.
- Использование поверхностных электронасосов. Если источник имеет глубину, значительно превышающую максимальную высоту подъема самовсасывающих поверхностных насосов в 9 метров, то в результате забора воды с его поверхности, а не в придонной области, со временем произойдет заиливание дна, приводящее к снижению статического уровня и скважинного дебита.
- Применение вибрационного электронасоса. В результате вибраций придонные отложения постепенно уплотняются и скважинный источник быстро заиливается. Если вибрационный электронасос имеет верхний забор воды или слишком высоко расположен, процесс еще более ускоряется.
4. Технические проблемы. В индивидуальных скважинах может произойти повреждение пластиковых обсадных труб (трещины при монтаже и в процессе эксплуатации, разрушение поверхности при использовании бракованных материалов). Распространенные причины ликвидации скважин — падение электронасоса или его частей в скважинный канал в результате неправильного монтажа. Если не получится извлечь его на поверхность, он перекроет входные отверстия фильтров или будет загрязнять воду в результате коррозии внутренних деталей или масла, которое может просачиваться в водный источник.
Рис. 2 Ликвидационный тампонаж скважины — схема
1 Когда необходимо применение ликвидационного тампонажа скважин?
Что касается назначения — ликвидационный тампонаж скважин предназначен для непосредственного предотвращения попадания загрязняющих поверхностных вод в чистый водоносный слой. Это зачастую происходит после окончания эксплуатации водозаборного колодца.
Помимо всего прочего ликвидация скважины может происходит и в следствии других причин, таких как:
- неисправность (по геологическим или же техническим причинам) питьевой скважины;
- максимальная выработка колодцем ресурса водоносного слоя;
- предотвращение опасного загрязнения колодцем водоносного слоя вследствие неправильной эксплуатации или же его бурения;
- предотвращение слияния вод разных горизонтов (как, к примеру, пресных и минеральных).
Кроме этого, применение тампонажа артезианской скважины в последних двух случаях может проводиться по той причине, что в течение эксплуатационного срока скважины были разрушены её обсадные колоны. Также при обустройстве колодца могло быть плохо заизолировано устье. Как видим, бурение, и дальнейшее обустройство артезианской скважины играет огромную роль в продлении срока её эксплуатации.
Но не менее важным для артезианки является и сам процесс тампонирования. Благодаря нему в будущем вы сможете пробурить ещё одну скважину недалеко от предыдущей.
1.1 Способы проведения работ
В большинстве случаев на практике используются 2 способы тампонирования, о которых мы упомянем ниже. Главное при этом разобраться с их особенностями и технологией.
Процесс проведения ликвидационного тампонажа скважины на воду
Итак, первым (временным) является способ применения различных тампонов и глины.
Для этого требуется использовать жирную глину, в которой не будет содержаться посторонних примесей — для чего его требуется тщательно перемешать с использованием мешалки.
Из получившейся породы требуется скатать (можно вручную) шарики. Размер каждого — примерно с кулак величиной. Скатанные шарики требуется высушить — просто оставить на солнце — после чего забросить их в выработку (порционно — штук по 12-15 за раз).
Как вариант — шарики можно опустить на дно выработки с помощью желонки, на конце которой устанавливается открывающийся наружу клапан (в случае применения желонки шарики можно и не высушивать). Каждую из порций желательно трамбовать, одновременно с этим поднимая трубы. Всего высота «пробки» из глины должна составлять примерно полтора метра — не более.
Второй же тип относится уже к постоянным, так как скважину заливают бетонном специальным раствором. Многие думают, что первый способ является не актуальным. Но это не так. Ведь, когда нужно испытать скважину, с целью изолирования водоносных слоев или же их отдельных интервалов, необходимо произвести временное тампонирование. В случае, когда скважина уже изжила свое, вам необходимо выбрать второй тип – непосредственно её ликвидацию.
Если же скважины на некоторое время разделяют на определенные отрезки, то в данном случае необходимо применять специальные тампоны – пакеры. Они также используются в процессе исследования горных пород, разнящихся наличием трещин и пористостью. Благодаря ним также можно проверить качество цементирования скальных пород.
1.2 Какое требуется оборудование для ликвидационного тампонажа скважин?
В отличие от бурения, для проведения ликвидационного тампонажа вам потребуется гораздо техники и материалов.
Скважина до (слева) и после (справа) проведения тампонажа
Что же касается самого непосредственно оборудования, то вам понадобится специальный насос, металлическая трамбовка и бурильные трубы.
Технология тампонирования и ликвидации скважин
Ликвидация скважины предусматривает закачивание в нее цементного раствора, упрочнение ствола, отсечение и препятствие смешиванию вод из соседних горизонтов. То есть, тампонаж проводится с целью обезопасить ту или иную линзу от загрязнений с поверхности. В зависимости от гидрогеологического разреза, применяются различные и разные по содержанию растворы.
Кстати, основой смеси является портландцемент. В смеси с водой дает подвижный, легко перекачиваемый насосом, раствор, который быстро затвердевает и переходит в непроницаемый цементный монолит. Смесь приготавливается быстро, чтобы можно было осуществить ее перекачку насосом. Раствор закачивается в скважину посредством заливочной трубы на высоту, примерно 3 метров.
В тампонажную смесь добавляется песок, гравий настолько, чтобы получилась жидкая консистенция. Весь раствор поставляется к устью и закачивается на всю глубину. В случае движения пластов, обсадная колонна остается на месте, а раствор заливается в затрубное пространство, заполняя зазоры и пустоты. Эффективно тампонируют скважину с помощью глиняного пресса. Изготавливается глиняный столбик, который помещается в забой колонковым снарядом. Этот глиняный столбик выдавливается из трубы под давлением насоса. Для сброса лишнего давления, в снаряде сделаны дырочки для излива лишней жидкости.
Таким образом, принцип тампонажа заключается в расширении раствора и заполнении зазоров между стенкой и колонной труб. Само тампонирование производится на глубину залегания самого нижнего водоносного пласта. В раствор добавляется хлорная известь в качестве дезинфекции. В итоге восстанавливается нормальная работа горизонта с сохранением нормального движения воды.
Цели тампонирования
– Предохранять осадные трубы от разрушающего влияния солей артезианской воды;
– Разделение и обеспечение изоляции определённых отдельных водоносных горизонтов;
– Ликвидация артезианской скважины при необходимости;
– Проведение санитарно – гигиенических мероприятий относительно изоляции не подходящих для снабжения водой водоносных горизонтов от тех, которые подходят для водоснабжения.
Всего есть два вида тампонирования:
– Временное, то есть с использованием глины и различных тампонов;
– Постоянное. Скважина заливается раствором цемента.
Тампонирование временное применяют, как правило, в период испытания артезианской скважины. Оно позволяет изолировать определённые водоносные горизонты или отдельные их интервалы.
Постоянное тампонирование осуществляют на более длительное время. Зачастую на весь срок использования скважины. Можно также добавить, что тампонирование скважины с помощью глины используется, как правило, при ликвидации не глубоких водяных скважин с безнапорными водоносными горизонтами, а также в борьбе с впитыванием промывочной жидкости.
Временное разделение водяной скважины на участки проводится с использованием специализированных устройств, которые называют тампонами или пакерами. Эти приспособления применяются в изучении удельного поглощения воды, а также водообильности пористых горных и трещиноватых пород. Их также используют для проверки качества цементирования различных горных пород, а также при проверке качества проведения искусственного упрочнения скальных пород.
Подобные работы осуществляют с нагнетанием или же наливом воды непосредственно в скважину ниже установленного пакера или же между прочно соединёнными тампонами. После каждого нагнетания воды, тампоны передвигают снизу вверх или сверху вниз. Благодаря этому достигается поинтервальное изучение пласта породы.
При испытании данным способом уже изученный интервал могут зацементировать или же забить глиной. При опробовании скважины сверху вниз её постепенно делают глубже на интервал опробования от пяти до десяти метров. Во всех этих случаях пакер устанавливают непосредственно в верхней части каждого следующего исследуемого интервала для опробования.
Одинарные и двойные тампоны предлагают также качественные и конструктивные решения.
Относительно принципа работы различают такие пакеры:
– Гидравлические;
– Механические;
– Пневматические.
Принцип работы таких тампонов во многом основан на расширении резинового манжета пакера и уплотнения трещин и зазоров между стенками колонных и скважинных труб, на которую ставится тампон.
Более упрощённые резиновый тампон состоит, как правило, из двух труб, которые соединяются между собой патрубком, а на наружной стороне его установлен резиновый манжет. В процессе вращения с поверхности колонны труб с правой стороны патрубок вкручивается в муфту трубы и манжета – расширитель уплотняет имеющийся зазор между стенами скважины. Для того чтоб этот пакер нормально функционировал, в нижнюю часть трубы устанавливают плоское долото, которое залавливает в забой артезианской скважины.
Гидравлический или одинарный пневматический тампон работает благодаря сжатой воде или воздуху. В процессе нагнетания сжатого воздуха или воды резиновая камера сильно раздувается и плотно прилегает к стенам скважины и трубы. Этим самым она разделяет её не определённые участки. Двойной механический пакер состоит из двух тампонов – нижнего и верхнего, которые разделены перфорированной трубкой. В остальном он по конструкции похож на одинарный тампон.
Цементирование скважины
Назначение
Начнем с того, что дадим определение самому термину. Тампонаж – это заполнение горных пород и присутствующих в них трещин цементным раствором для предотвращения просачивания воды, нефти или других ископаемых через породу и проникновения этих веществ в другие слои и горизонты почвы.
Различают:
- яркое цементирование затрубного пространства скважин в целях упрочнения ствола и предотвращения протечек верховодки и грунтовой воды в известняковый слой,
- цементирование в целях ликвидации скважины – ликвидационный тампонаж.
Ликвидация нужна по причине того, что в некоторых случаях ветхая скважина начинает воображать угрозу заражения водоносных слоев. Артезианские запасы воды считаются стратегическими запасами страны, исходя из этого их безопасность – это безопасность страны.
На базе анализов и экспертиз компетентные органы принимают решение о необходимости ликвидационного тампонирования объекта, после этого составляют проект работ, и, по окончании его утверждения, силами опытных организаций реализовывают цементирование.
Обратите внимание! Эксплуатационное цементирование имеет суть лишь в случае громадной глубины скважины и определенных черт среза породы. Для пробуренных скважин «на песок» эта мера не имеет практического смысла, поскольку в данном случае опасность сообщения различных водоносных горизонтов отсутствует
При бурении артезианских скважин решение о необходимости цементирования принимает организация, создающая работы
При бурении артезианских скважин решение о необходимости цементирования принимает организация, создающая работы.
В каких случаях нужен тампонаж
Дабы конкретизировать статью, направляться сходу выяснить показатели, по которым возможно установить необходимость цементирования и ликвидации скважины.
Итак, тампонаж нужен в случаях в случае если:
- Уровень качества воды в скважине ухудшилось, а восстановление либо усовершенствование нереально либо не нужно в силу технических, физических либо экономических мыслей,
- Объект выработал свой ресурс и больше не эксплуатируется,
- Временные скважины маленьких диаметров больше не воображают интереса благодаря появления других источников подачи воды,
- Найдены недостатки конструкции объекта, снизился дебит либо случилась авария, а восстановление экономически невыгодно либо технически невыполнимо,
- Геолого-разведовательные либо поисковые бурения выполнили свою задачу и более не необходимы,
- Источники с напорными фонтанирующими водами прекратили неизменно эксплуатироваться,
- Поглощающие скважины стали представлять угрозу заражения водоносных горизонтов.
направляться заявить, что тампонирование значительно чаще выполняется при бурении нефтяных и газовых разработок. При добыче воды объекты цементируют редко, крайне редко.
Тут нет четких правил, в то время, когда точно направляться либо не нужно создавать бетонирование, все решается в ходе проектирования и производства работ на базе разведывательных данных, структуры среза породы, его состава и т.д.
На практике все выглядит так: по окончании завершения бурения хозяин скважины получает паспорт на объект, где указано, как как раз следует за ним следить и какие конкретно меры принимать в тех либо иных событиях. Не считая всего другого, там сказано, что в случае аварии, поломки, ухудшения качества и других форс-мажорных событий хозяин обязан уведомить СЭС.
Потом СЭС создаёт забор воды на исследование и осмотр объекта. На основании взятых данных станция выносит решение о состоянии скважины и ее предстоящей судьбе, а хозяин получает предписания к действиям, каковые он обязан осуществить для ликвидации поломки либо объекта.
Обратите внимание! Ответственность за верное проведение всех предписанных мероприятий всецело ложится на хозяина, а невыполнение этих предписаний угрожает уголовным преследованием за нарушение закона об охране недр. Работы по верному тампонированию создают посредством особого оборудования, цена которого неподъемна для частного лица либо дачника
Исходя из этого многих интересует, вероятно ли цементирование своими руками? Однозначного ответа тут нет, нужно разглядывать любой отдельный случай
Исходя из этого многих интересует, вероятно ли цементирование своими руками? Однозначного ответа тут нет, нужно разглядывать любой отдельный случай
Работы по верному тампонированию создают посредством особого оборудования, цена которого неподъемна для частного лица либо дачника. Исходя из этого многих интересует, вероятно ли цементирование своими руками? Однозначного ответа тут нет, нужно разглядывать любой отдельный случай.
Выбор метода заливки цементной смеси
Перед тем, как выбрать один из методов цементации скважины, необходимо учесть свойства грунта, глубину ствола, расстояние до водоносного слоя и уровень сезонного подъема грунтовых вод, тип материала, из которого изготовлены обсадные трубы.
Для самостоятельного выполнения работ подходят следующие способы цементирования скважин:
- одноступенчатое;
- манжетное;
- обратное цементирование.
Сплошная цементация
Одноступенчатое цементирование скважин — наиболее распространенный способ для укрепления ствола неглубоких шахт. Перед подачей цементирующей смеси скважину промывают и вводят нижнюю пробку. При подаче смеси пробка начинает опускаться вниз под весом столба. После того, как весь подготовленный раствор окажется в стволе, а нижняя пробка опустится к основанию колонны, устанавливается верхняя пробка и начинается продавливание тампонажной смеси в пространство между трубой и грунтом. По мере опускания верхней пробки раствор продавливается и поднимается снизу вверх.
В момент, когда обе пробки окажутся на дне шахты, работу можно считать оконченной. Для полного затвердевания достаточно 1,5-2 суток.
Манжетный способ
Манжетное цементирование применяется в тех случаях, когда следует создать монолитный слой только вокруг верхнего участка обсадной трубы. Обычно такая заливка требуется для скважин, часть которых находится в сыпучих грунтах, а часть — в глинистых или суглинках.
Манжетный способ цементирования скважин
Первым этапом является установление границ участка, на котором требуется дополнительное укрепление. Далее в этом месте на обсадную трубу устанавливается специальная манжета. Заливка раствора проводится так же, как и в предыдущем случае, только тампонажный раствор будет проникать в межтрубное пространство на определенном участке.
Наличие разных по плотности пластов при разработке скважин встречается не очень часто, поэтому данный метод цементирования не получил широкого распространения.
Обратная цементация
Этот метод также применяется достаточно редко в связи с невозможностью контроля качества защитного слоя в области основания колонны. Суть метода заключается в том, что смесь подается сразу в просвет между трубами или между трубой и грунтом. Под своим весом раствор стекает до самого основания шахты, заполняя свободное пространство.
Несмотря на относительную простоту подачи раствора, данный способ не рекомендуется к использованию при заливке глубинных скважин. Это связано с тем, что на большой глубине очень сложно установить плотность раствора, а также установить момент, когда цементная смесь достигнет основания стола.
Что используется при тампонировании и как проводят работы
Процессу цементирования скважины предшествует еще процедура расчётов. Такой подход позволяет правильно рассчитать количество материалов, необходимых для проведения работы. Просчитывается также состав смеси, и каким образом будет осуществляться подача. При выполнении анализов, учитываются некоторые данные. Речь идет о глубине скважины, какое расстояние между обсадной колонны и стенками скважины. Рассматривают форму проходки, есть ли нарушения в конструкции, которые появились в процессе монтажа гидротехнического сооружения
Берут во внимание состав грунта, твердость
В том случае, если когда-нибудь в данной местности уже делали бурение скважин, то можно воспользоваться информацией из этого проекта. Если Вы грамотно проведете расчеты, то цементирование скважины пройдет максимально эффективно, расход материалов будет правильным (в данном случае сэкономите деньги). Также поможет правильно провести процедуру грамотное составление проекта.
Нужно понимать, что если Вы решили провести тампонирование скважины, то этот процесс необратимый, восстановить эксплуатацию скважины будет уже невозможно. Так же и невозможным будет исправить ошибки, допущенные в процессе. Именно поэтому лучше не осуществлять данную работу, если не уверенны в своих силах и знаниях, а доверить работу специалистам.
При осуществлении процедуры учитывают состав грунта. Это необходимо для того, чтобы правильно подобрать и рассчитать количество раствора. Самым распространенным является раствор из цемента и песка. Он лучше всего подходит для скважины, размещенной в плотном глинистом грунте. Основой в данном растворе будет портландцемент. Используется потому, что позволяет достигать отличную подвижность раствора, тем самым допускается подача с помощью насоса. Он очень быстро застывает и обладает высоким уровнем прочности.
Широкой популярностью пользуется асбест, бумага, а также другие волокнистые материалы при осуществления тампонирования в пористых грунтах. Если все же решитесь использовать обычный цемент и песок, то в процессе работы может получиться повышенный расход материала, что увеличит финансовые расходы на процедуру.
Неплохо добавить в смесь песок и гравий
Но этих материалов не должно быть очень много, важно, чтобы такой раствор оставался жидким. Чтобы продезинфицировать, добавляют сюда также хлорную известь
Подготовка
На подготовительном этапе готовят документы. Как мы уже говорили – это акт и проект. Проект нужно согласовать с санитарной службой. Вся ответственность лежит непосредственно на владельце. Он должен следить, чтобы все работы велись в соответствии с проектом. Вот почему каждый владелец скважины, который собирается провести тампонирование, должен знать, как это делается. В санитарную службу и коммунальное хозяйство подают акты и технические отчёты по окончании работ.
Процедура
На сегодняшний день есть несколько эффективных способов проведения тампонирования. Один из самых распространенных и простых – заливка раствора цемента и песка внутрь. Раствор опускается вниз и заполняет пространство. Но эффективность данного метода не самая лучшая. Существуют более эффективные, но сложные.
В случае обратного тампонирования, раствор подают в скважину. Она проникает через стенки и поднимается наверх. Данный способ более эффективный, но и сложнее. Он требует использование специальной жидкости, которая подается под давлением, чтобы раствор мог подниматься вверх. Если обычное тампонирование можно выполнять самому, если знаете точно технологию, то обратное должен выполнять только специалист.
