какие материалы применяются для цементирования скважин

Тампонажные материалы и оборудование для цементирования скважин

Тампонажные материалы.Это такие материалы, которые при затворении водой образуют суспензии, способные затем превра­щаться в твердый непроницаемый камень.

В зависимости от вида вяжущего материала тампонажные це­менты образуются на основе:

прочих материалов (белитовые и др.).

Для цементирования скважин применяют только два первых вида — тампонажные цементы на основе портландцемента и до­менных шлаков.

К цементным растворам предъявляют следующие основные тре­бования:

подвижность раствора должна быть такой, чтобы его можно было закачивать в скважину насосами, и она должна сохраняться от момента приготовления раствора (затворения) до окончания про­цесса продавливания;

структурообразование раствора, т. е. загустение и схватывание после продавливания его за обсадную колонну, должно проходить быстро;

цементный раствор на стадиях загустения и схватывания и сфор­мировавшийся камень должны быть непроницаемы для воды, не­фти и газа;

цементный камень, образующийся из цементного раствора, дол­жен быть коррозионно- и температуроустойчивым, а его контакты с колонной и стенками скважины не должны напллттатьсяг поя ттей-

ствием нагрузок и перепадов давления, возникающих в обсадной колонне при различных технологических операциях.

К важнейшим свойствам цементного раствора относятся: водо-содержание (водоцементное отношение), водоотдача, плотность, подвижность (растекаемость), сроки схватывания, время загусте­ния, седиментационная устойчивость (способность частиц цемент­ного раствора не оседать в жидкости затворения под действием сил тяжести), структурная вязкость, механическая прочность, прони­цаемость, объемные изменения, коррозионная устойчивость и др.

В зависимости от добавки тампонажные цементы и их раство­ры подразделяют на песчаные, волокнистые, гельцементные, пуц-цолановые, сульфатостойкие, расширяющиеся, облегченные с низкой водоотдачей, водоэмульсионные, нефтецементные и пр. Номенклатура тампонажных цементов на основе портландцемента и шлака содержит:

облегченные цементы для получения растворов плотностью 1,4. 1,6 г/см 3 на базе тампонажных портландцементов, а также на основе шлакопесчаной смеси (до температур 90. 140°С). В каче­стве облегчающих добавок используют глинопорошки или моло­тые пемзу, трепел, опоку и др.;

утяжеленные цементы для получения растворов плотностью не менее 2,15 г/см 3 на базе тампонажных портландцементов для температур, соответствующих «холодным» и «горячим» цементам, а также шлакопесчаной смеси для температур 90. 140 °С. В каче­стве утяжеляющих добавок используют магнетит, барит и др.;

термостойкие шлакопесчаные цементы для скважин с темпера­турой 90. 140 и 140. 180°С;

низкогигроскопические тампонажные цементы, предназначен­ные для длительного хранения.

Регулируют свойства цементных растворов путем изменения водоцементного отношения (В:Ц), а также добавлением раз­личных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих сроки схватывания и твердения, снижающих вязкость и показа­тель фильтрации.

На практике в большинстве случаев применяют цементный ра­створ с В:Ц = 0,4. 0,5. Нижний предел В:Ц ограничивается те­кучестью цементного камня и удлинением срока схватывания. К ус­корителям относятся: хлористые кальций, калий и натрий; жид­кое стекло (силикаты натрия и калия); кальцинированная сода; хлористый алюминий. Эти реагенты обеспечивают схватывание це­ментного раствора при отрицательных температурах и ускоряют

Замедляют схватывание цементного раствора такие химические реагенты, как гидролизованный полиакрилонитрил, карбоксиме-тилцеллюлоза, полиакрил амид, сульфитоспиртовая барда, концен­трированная сульфинспиртовая барда, нитролигнин. Перечислен­ные реагенты оказывают комбинированное действие. Все они по­нижают водоотдачу и одновременно могут увеличивать или умень­шать подвижность цементного раствора.

Для приготовления цементного раствора химические реа­генты растворяют предварительно в жидкости затворения (воде). Утяжеляющие, облегчающие и повышающие температуростой-кость добавки смешивают с вяжущим веществом в процессе про­изводства (специальные цементы) или перед применением в ус­ловиях бурового предприятия (сухие цементные смеси). От пра­вильного выбора тампонажного цемента и добавок к нему зави­сит качество строящейся скважины. Поэтому выбор рецептуры тампонажного раствора следует проводить только на основании тщательных лабораторных исследований. Особое внимание следу­ет уделять смешиванию цемента с добавками. В американской прак­тике непосредственно перед приготовлением тампонажного ра­створа перекачивают сухую смесь в пустой цементосмеситель и об­ратно. Этим достигают равномерного распределения добавок.

Оборудование для цементирования скважин.К оборудованию, необходимому для цементирования скважин, относятся: цементи­ровочные агрегаты, цементосмесительные установки, цементиро­вочная головка, заливочные пробки и другое мелкое оборудова­ние (краны высокого давления, устройства для распределения ра­створа, гибкие металлические шланги и т.п.).

При помощи цементировочного агрегата произво­дят затворение цемента (если не используется цементосмеситель-ная установка), закачивают цементный раствор в скважину и про­давливают его в затрубное пространство. Кроме того, цементиро­вочные агрегаты используются и для других работ (установка це­ментных мостов, нефтяных ванн, испытание колонн на герметич­ность и др.).

Учитывая характер работ, цементировочные агрегаты изготав­ливают передвижными, с монтажом всего необходимого обору­дования на грузовой автомашине. На открытой платформе авто­машины смонтированы: поршневой насос высокого давления для прокачки цементного раствора в колонну обсадных труб; ротаци­онный насос, которым подают воду в цементную мешалку во время приготовления цементного раствора; замерные баки, при помощи которых определяют количество жидкости, закачиваемой в колонну для продавки цементного раствора; двигатель для при­вода насоса (рис. 10.18).

Для цементирования обсадных колонн в отечественной прак­тике применяют цементировочные агрегаты (ЦА) различных ти-

Рис. 10.18. Схема действия цемен­тировочного агрегата при затворе-нии и закачке цементировочного раствора:

7 — замерный бак; 2 — цементный на­сос; 3 — коробка отбора мощности; 4 — коробка передач автомобиля; 5 — двига­тель; 6 — ротационный насос; 7 — це­ментосмеситель; 8 — цементный бачок

пов: ЦА 320А; ЦА 320С; ЗЦА 400А; УНБ 2-630-50; УНБ-2-160; УНБ2-400-40. Они отличаются друг от друга прежде всего гид­равлической мощностью насосов. Для централизованной обвязки цементировочных агрегатов с устьем скважины применяют блок манифольдов. Он состоит из коллектора высокого давления для соединения ЦА с устьем скважины и коллектора низкого давления для распределения воды и продавочной жидкости, подаваемой к ЦА. Блок мани­фольдов, как правило, оборудован грузоподъемным устройством.

Рис. 10.19. Агрегат смесительный АСМ-25:

1 — шасси несущего автомобиля; 2 — редуктор; 3 — сальниковое уплотнение валов мешалок; 4 — коробка раздаточная цепная; 5 — загрузочный шнековый транспортер; 6 — редуктор загрузочного шнекового транспортера; 7 — смотровой люк; 8 — моеч­ный люк; 9 — указатель уровня; 10 — заливочный трубопровод; 11 — вал мешалки; 12 — резервуар; 13 — выносная опора; 14 — шламовый люк; 75 — донный клапан; 16 — патрубок для соединения с приемным манифольдом ЦА; 17— коробка раз­даточная цепная; 18 — коробка отбора мощностей

Рис. 10.20. Головка цементировочная устьевая:

7 — крышка; 2 — накидная гайка; 3 — пробковый кран; 4 — цементировочная пробка; 5 — стопорный винт; 6 — элементы обвязки; 7 — корпус

В отечественной практике цементирования скважин для приго­товления тампонажных растворов применяю цементно-сме-сительные установки, снабженные смесительными устрой­ствами гидровакуумного типа. Выпускаются: агрегат смеситель­ный ЗАС-30, установка цементно-смесительная УС630, изготавли­вается по индивидуальным заказам агрегат смесительный АСМ-25 (рис. 10.19).Цементировочные головки предназначены для про­мывки скважины и проведения цементирования. Спущенная об­садная колонна оборудуется специальной цементировочной го­ловкой, к которой присоединяются нагнетательные трубопро­воды (манифольды) от цементировочных агрегатов. В настоящее время применяются цементировочные головки типа ГЦУ-140-146; ГЦУ-16в; ГЦУ-245; ГЦУ-243; ГЦУ-324; ГЦУ-340 (рис. 10.20). Конструкция цементировочной головки типа ГЦУ рассчитана на максимальное давление 40 МПа. Диаметр обвязываемых ко­лонн этими головками от 140 до 340 мм. Головка состоит из

Дата добавления: 2016-01-03 ; просмотров: 12016 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Нефть, Газ и Энергетика

Блог о добычи нефти и газа, разработка и переработка и подготовка нефти и газа, тексты, статьи и литература, все посвящено углеводородам

Тампонажные материалы и оборудование для цементирования скважин

Тампонажные материалы. Это такие материалы, которые при затворении водой образуют суспензии, способные затем превратиться в твердый непроницаемый камень.

В зависимости от вида вяжущего материала Тампонажные материалы делятся на: 1) тампонажный цемент на основе портландцемента; 2) тампонажный цемент на основе доменных шлаков; 3) тампонажный цемент на основе известково-песчаных смесей; 4) прочие тампонажные цементы (белиловые и др.).

К цементным растворам предъявляют следующие основные требования:

В зависимости от добавок тампонажные цементы и их растворы подразделяют на песчаные, волокнистые, гельцементные, пуццолановые, сульфатостойкие, расширяющиеся, облегченные с низким показателем фильтрации, водоэмульсионные, нефте-цементные и др.

В настоящее время номенклатура тампонажных цементов на основе портландцемента и шлака содержит:

5) низкогигроскопические тампонажные цементы, предназначенные для длительного хранения.

Регулируют свойства цементных растворов изменением водоцементного отношения (В:Ц), а также добавлением различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих сроки схватывания и твердения, снижающих вязкость и показатель фильтрации.

К ускорителям относятся хлористые кальций, калий и натрий; жидкое стекло (силикаты натрия и калия); кальцинированная сода; хлористый алюминий. Эти реагенты обеспечивают схватывание цементного раствора при отрицательных температурах и ускоряют схватывание при низких температурах (до 40 °С).

Замедляют схватывание цементного раствора также химические реагенты, такие как гидролизованный полиакрилонитрил, карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, сульфит-спиртовая барда, конденсированная сульфит-спиртовая барда, нитролигнин. Перечисленные реагенты оказывают комбинированное действие. Все они понижают фильтрацию и одновременно могут увеличивать или уменьшать подвижность цементного раствора.

Для приготовления цементного раствора химические реагенты растворяют предварительно в жидкости затворения (вода). Утяжеляющие, облегчающие и повышающие температуростойкость добавки смешивают с вяжущим веществом в процессе производства (специальные цементы) или перед применением в условиях бурового предприятия (сухие цементные смеси).

Источник

Способы и технологии цементирования скважин: как приготовить и залить тампонажный раствор

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?

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.

Правильно произведённое тампонирование скважин на воду способствует:

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:

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.

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:

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.

Этап №2 – приготовление раствора

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

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.

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:

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.

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.

Этап №3 – заливка раствора в скважину

Основными способами цементирования скважин являются:

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:

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.

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:

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

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.

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:

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.

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:

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.

Выводы и полезное видео по теме

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

Процедура одноступенчатого цементирования скважины:

Специфика производства манжетного цементирования:

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

Выбор материалов для цементирования скважин.

Выбор вида тампонажного материала (согласно требованиям Правил [7]) производится по наибольшей температуре в скважине, с учетом агрессивности окружающей среды. Рекомендуется интервал против продуктивных пластов цементировать бездобавочным тампонажным раствором. Наибольшей термодинамической температуре соответствует марка цемента ПЦТ I-100 ГОСТ 1581-96. Вышележащие интервалы цементируются облегченным тампонажным раствором (марка цемента ПЦТ III Об 5-50 ГОСТ 1581-96).

Обоснование плотности тампонажного раствора для цементирования вышележащих интервалов производим из условия поглощения тампонажного раствора наиболее «слабым» пластом (определяется по давлению гидроразрыва из совмещенного графика давлений) и наиболее полного вытеснения буровой промывочной жидкости из затрубного пространства.

Плотность тампонажного раствора следует выбирать из соотношения:

, (3.1.)

с учетом ограничений

В частном случае из выражения (3.2.)

. (3.4.)

В приведенных выражениях:

Возможное значение плотности тампонажного раствора ρ_тр ориентировочно принимается в пределах установленных границ (желательно ближе к верхней границе) и проверяется условие недопущения поглощения тампонажного раствора продуктивным пластом на момент окончания цементирования скважины (Р_КПЗ

давление в кольцевом пространстве на забой скважины определяется как

где Р_гскп, DР_кп, Р_укп – соответственно давление гидростатическое, гидродинамическое и на устье в кольцевом пространстве, Па;

r_б.р, r_буф.ж, r_о, r_б – соответственно плотности бурового раствора, буферной жидкости, облегченного тампонажного и бездобавочного растворов, кг/м 3 ;

h_б.р, h_буф.ж., h_о, h_б – соответственно высота подъема бурового раствора, буферной жидкости, облегченного и бездобавочного тампонажных растворов, м.

Р_гскп= (1160∙400 + 1100∙150 + 1520·1178 + 1800·260)∙9,81= 28,3 МПа;

Тампонажный раствор – это вязкопластичная жидкость. Расчет гидродинамических давлений производим по известным формулам для вязкопластичной жидкости.

Режим течения вязкопластичной жидкости определяется по критическому числу Рейнольдса (Re_кр)

где Не – число Хендстрема.

При течении в кольцевом пространстве:

Не_кп = , (3.8.)

;

d_r – диаметр кольцевого пространства, м.

где к – коэффициент кавернозности;

d_н – наружный диаметры обсадных труб, м;

Критическая производительность насосов цементировочных агрегатов при этом будет равна:

Величина F_кп определяется из выражения:

где d_н – наружный диаметр обсадной колонны, м;

При турбулентном движении любой жидкости гидродинамическое давление, создаваемое в кольцевом пространстве скважины, рассчитывается по формуле Дарcи-Вейсбаха [3]:

(3.12.)

где l_i –длина кольцевого пространства на i-том участке;

Для вязкопластичной жидкости коэффициент гидравлических сопротивлений в [3] предлагают рассчитывать по формуле:

. (3.13.)

где К_э – шероховатость элементов циркуляционной системы.

Для облегченного тампонажного раствора:

Па; Па·с.

Для бездобавочного тампонажного раствора:

Па; Па·с;

Для промывочной жидкости:

Па; Па·с;

м;

;

;

;

;

;

;

F_кп = = 0,027 м 2 ;

м 3 /с;

м 3 /с;

м 3 /с;

;

;

;

Па;

Па;

Р_кпз = 28,3·10 6 + 1,26·10 6 + 0,42·10 6 + 0,19·10 6 + 0 = 30,17 МПа.

Источник