Цементування свердловин: цілі та методи

У статті ми постараємося розібратися, для чого і якими методами виконується цементування свердловин. Відразу домовимося: ми пильно розглянемо порівняно вузьку область - буріння на воду.

У нафтогазовій промисловості своя специфіка, яку ми торкнемося лише почасти.

Навіщо це робиться?

Основні причини цементувати свердловину виглядають так:

1. Цементування підвищує загальну міцність конструкції. Стінки свердловини тримає обсадная труба; однак при переміщеннях грунту виникають зусилля можуть бути непомірно великі для міцності її стінок. Якщо обсадная труба укріплена цементуванням - шанси руйнування стовбура свердловини помітно зменшуються.
2. Цементування створює захисний шар, запобігає ерозію труби грунтовими водами і корозію сталевої труби.
3. Нарешті, останнє і головне. На різних рівнях грунту існують різні водоносні горизонти. Що робить свердловина? Об'єднує їх.

В результаті вода на різних рівнях змішується. У артезіанську воду з глибинних шарів потрапляють стоки з вигрібних ям і септиків разом з дощовими водами; та й просто об'єднання водоносного шару з піщаним і супіщаним грунтом обтиск каналом може привести до того, що вода почне йти в пісок. (Див. Також статтю Як облаштувати свердловину якісно.)

Цементування свердловин покликане перешкоджати цьому процесу. Воно утворює навколо обсадної труби глуху пробку, ущільнювач, перешкоджаючи міграції води між рівнями.

Зверніть увагу: цементаж свердловин і їх цементування - синоніми, як легко вирішити за схожим звучанням слів.

Цементаж, або тампонаж - це ліквідація свердловини, її заповнення розчином (як правило, під тиском).

Мета - знову-таки роз'єднати водоносні пласти різних рівнів грунту.

Як це робиться?

матеріали

У загальному випадку розчини, що застосовуються при цементуванні свердловин, діляться за кількома критеріями.

• температура свердловини. Чим глибше свердловина - тим вище в ній температура і тим швидше сохне розчин. Розділяють цементи для холодних (до 40 С) свердловин; гарячих з температурою до 75С і глибоких - з температурою до 120 С. Перші в однакових умовах з останніми тверднуть куди швидше. Зрозуміло, при бурінні на воду останні два варіанти неактуальні. Свердловини просто не досягають глибин з такими температурами.
• добавки. Застосовується цемент з кварцовим піском, що не дає усадки; волокнистий цемент з добавкою целюлози, який майже не проникає в пухкі породи; цемент, що розширюється, який ущільнює грунт навколо стовбура свердловини при застиганні. Нарешті, пуццолановиє цементи, які пропускають воду і в той же час не бояться агресивних домішок.
• водо-цементне відношення. Чим більше води - тим розчин більш текучий, але тим довше він схоплюється. До того ж розчини з меншим вмістом води після застигання виявляються більш міцними.

методи

При бурінні застосовуються такі способи цементування свердловин:

1. суцільне цементування. Воно ж - одноступенчатое цементування свердловин. Суть методу така: в обсадних колон заливається цементуючий розчин; він накривається щільною пробкою; після цього в колону нагнітається розчин для промивання. Пробка поступово витісняє цемент в простір навколо колони.

1. двоступенева цементування. Свердловина цементується в два прийоми: нижня, а потім верхня її частина. Спосіб застосовується, якщо проблемно відразу приготувати потрібну кількість розчину або якщо стан шарів грунту і температура у верхній і нижній частинах свердловини сильно розрізняються.

Зверніть увагу: двоступенева цементування може проводитися як з розривом у часі, після затвердіння першої порції розчину, так і відразу.

Для шарів цементу знадобиться кільце-роздільник.

1. манжетное цементування. Ця технологія цементування свердловин застосовується, якщо потрібно ізолювати від грунтів лише верхню частину свердловини. На необхідному рівні між обсадної колоною і грунтом ставиться кільце-манжета. Розчин нагнітається вище неї через перфорацію в стовбурі колони.
2. зворотне цементування. Цементний розчин нагнітається не в колону, а в проміжок між нею і грунтом. При цьому очисної або буровий розчин витісняється через порожнину колони.

устаткування

Устаткування для цементування свердловин досить громіздко і вимагає використання в якості пересувного носія вантажного автомобіля. Характерно комплекси для цементування монтуються на автомобілях класу Урал, КамАЗ або КрАЗ.

Як джерело енергії для роботи конвеєрів завантаження і дозування, системи змішування і управління використовується двигун автомобіля. На тому ж шасі можуть розташуватися нагнітають насоси. Їх максимальний тиск нагнітання розчину може досягати значних 35 МПа. (Див. Також статтю Особливості заміни насоса в свердловині)

Що відбувається з цементним розчином в цій установці?

• Цемент дозовано подається в бетономішалку. Туди ж надходить потрібну кількість води.
• Цементуючий розчин вимішує до повної однорідності.
• Потім нагнітають насоси подають розчин в обсадних колон або навколишній її простір за допомогою цементуючою головки.

Хто спеціалізується на обладнанні для цементування свердловин в нашій країні? Перш за все це знаходиться в селищі Новий Уренгой центр цементування свердловин, що є частиною корпорації Газпром буріння. Його філії та цехи розташовані в Астрахані, Оренбурзі, Краснодарі і Ухті.

Контроль якості

Оцінка якості цементування свердловин в даний час проводиться наступними методами:

• термальним. У процесі затвердіння цементу виділяється певна кількість тепла. Щоб дізнатися, як високо піднявся цемент за межами обсадної колони, досить просто проміряти температуру її стінок в декількох точках.
• акустичним. Ділянки обсадної колони, оточені цементом і вільні від нього, по-різному коливаються при проходженні акустичної хвилі по ній. Там, де коливання швидко затухають, цементування надійно. Там, де хвиля поширюється без загасання - цемент за колоною відсутня.

• радіологічним методом (Він же гамма-гамма-каротаж). Джерело гамма-випромінювання опускається в свердловину, а випромінювання від нього реєструється радіально рознесеними датчиками на поверхні.

Якщо у міру підйому-опускання джерела випромінювання графіки інтенсивності рівномірні і однакові на всіх датчиках - цементування виконано задовільно. Якщо графіки нерівні і відрізняються - цементування нерівномірно, має дефекти або виконано не в повному обсязі.

Зауважте: ці методи підходять саме в разі цементування стінок обсадної колони. Коли встановлюється цементний міст в свердловині (свого роду друге дно свердловини, що відтинає нижню її частину від верхньої і розділяє пласти грунту різних рівнів), його герметичність і міцність неруйнівними методами перевірити вельми проблематично. (Див. Також статтю Який насос краще для свердловини вибрати.)

висновок

На жаль, в рамках статті ми можемо лише познайомити читача з основами термінології і технології. Цементування свердловин - досить складна наука, про яку в двох словах, на жаль, не розкажеш. Однак, будемо сподіватися, загальне уявлення про питання вами отримано.