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 обсадна труба; однак при переміщеннях грунту виникають зусилля можуть бути непомірно великі для міцності її стінок. Якщо обсадна труба укріплена цементуванням - шанси руйнування стовбура свердловини помітно зменшуються. 2. Цементування створює захисний шар, що 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 призвести до того, що вода почне йти в пісок. 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 - не 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, застосовувані при цементування 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 твердіють 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; розширюється цемент, який ущільнює грунт навколо стовбура свердловини при застиганні. Нарешті, пуццоланові цементи, які пропускають воду і в той же час не бояться агресивних домішок. • Водоцементне ставлення. 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 - одноступінчаста цементування свердловин. Суть методу така: в обсадних колон заливається цементуючий розчин; він накривається щільною пробкою; після цього в колону нагнітається промивний розчин. Пробка поступово витісняє цемент у простір навколо колони. 2. Двоступінчате цементування. Свердловина цементується в два прийоми: нижня, а потім верхня її частина. Спосіб застосовується, якщо проблемно відразу приготувати потрібну кількість розчину або якщо стан пластів грунту і температура у верхній і нижній частинах свердловини сильно розрізняються.
Зверніть увагу: двоступенева цементування може вироблятися як з розривом у часі, після затвердіння першої порції розчину, так і відразу. Для шарів цементу знадобиться кільце-роздільник. 3. 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. 4. 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.
Обладнання Обладнання для цементування свердловин досить громіздко і вимагає використання в якості пересувного носія вантажного автомобіля. Типово 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 нагнітаючі насоси. Їх максимальний тиск нагнітання розчину може досягати значних 35 МПа.
Що відбувається з цементним розчином у цій установці? • Цемент дозовано подається в бетономішалку. Туди ж надходить потрібну кількість води. • цементує розчин вимішується 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 та Ухті.
Контроль якості Оцінка якості цементування свердловин в даний час проводиться наступними методами: • термальна. У процесі затвердіння цементу виділяється деяка 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. • радіологічний 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 у разі цементування стінок обсадної колони. Коли встановлюється цементний міст в свердловині (свого роду друге дно свердловини, відтинає нижню її частину від верхньої і розділяє пласти грунту різних рівнів), його герметичність і міцність неруйнівними методами перевірити вельми проблематично.
Висновок На жаль, в рамках статті ми можемо лише познайомити читача з основами термінології та технології. Цементування свердловин - досить складна наука, про яку в двох словах, на жаль, не розкажеш. Однак, будемо сподіватися, загальне уявлення про питання вами отримано.
