Цементирование скважин

Цементирование буровых скважин является завершающим этапом их подготовки к эксплуатации и служит, прежде всего, для обеспечения максимальной долговечности всей конструкции. Производится цементирование колонны скважин путем применения технологии (прообраз которой впервые появился в далеком 1905 году на бакинских промыслах Российской империи), направленной на полное вытеснение специальным цементным раствором буровых жидкостей. Поскольку итогом цементирования становится образование непроницаемой «пробки» (или «тампона») – заливаемая смесь также носит название тампонажной.

Причины необходимости цементирования скважин

Главными среди них следует назвать три:

необходимость значительного повышения общей конструктивной прочности (цементирование нефтяных скважин, а также цементирование газовых скважин нивелирует влияние на обсадные трубы сил, возникающих при подвижках грунтов)
цементирование скважин позволяет защитить металлическую трубную поверхность от коррозии, вызываемой подпочвенной влагой
кроме того, скважина, соединяющая собой различные нефте-, газо- и водоносные горизонты при цементировании вновь надежно изолирует их друг от друга, предотвращая смешивание

Технология цементирования скважин

Современная технология цементирования скважин существенно отличается от своей «прабабушки» столетней давности – как компьютеризированными технологическими расчетами нужного водоцементного соотношения для цементных растворов (учитывающими десятки различных геологических, климатических, технических и прочих параметров), так и использующимися для них же специализированными добавками.

В число последних входят:

кварцевый песок (позволяющий минимизировать усадку и максимально увеличить прочность)
волокнистая целлюлоза (не допускающей утечки жидкого цемента даже в самую пористую породу)
«грунтующие» полимеры (при застывании расширяющиеся и уплотняющие прилежащий грунт)
«пуццоланы» (крошка сверхлегких минералов вулканического происхождения – водостойких и не боящихся агрессивных химикатов)

Кроме того, в процессе цементирования нефтяных скважин (а также цементирования газовых скважин) производится многоступенчатый контроль качества получаемого тампонажа.

Качество цементирования скважин оценивается с помощью следующих процедур:

термической (необходимой для определения уровня поднятия цемента)
акустической (позволяющей в 100% случаев обнаружить внутренние пустоты в цементе за счет разной скорости прохождения звуковой волны)
радиологической (своеобразного «рентгена» при цементировании скважин)

Способы цементирования скважин

На сегодняшний день используют 4 основных способа цементирования скважин:

одноступенчатое, или сплошное (после заливки цементной смеси в обсадную колонну, последняя заглушается пробкой, на которую под избыточным давлением подают промывочный раствор – в результате чего происходит вытеснение цемента в затрубное пространство)
двухступенчатое (технологически идентичное первому способу, но производящееся последовательно и отдельно для нижней части, а затем для верхней – при этом оба отдела разделяются специальным кольцом)
манжетное (также использующее сплошное кольцо-манжету – но уже для возможности провести цементирование скважин только в их верхней части)
обратное (единственный метод с заливкой раствора не в колонну, а сразу в затрубное пространство – с вытеснением буровых либо очистных растворов в колонную полость)

Процесс цементирования скважин

Сам процесс цементирования скважин происходит в 5 последовательных этапов:

в бетономешалках готовится тампонажная цементная смесь с необходимым водоцементным соотношением и количеством добавок
готовый к заливке раствор подается в скважину
запускается та или иная процедура его вытеснения в пространство между трубами и стенами шахты
ожидается окончание периода полного застывания
производится контроль качества (вышеописанными в предыдущих разделах методами)

Читайте так же:

Как смешивать цементный раствор с жидким стеклом

Для удобства работы оборудование для цементирования скважин устанавливается на шасси одного из видов грузовиков (КАМАЗ, УРАЛ и пр.). Это удобно сразу по двум причинам – отсутствия необходимости каждый раз привлекать сторонние транспортные средства для перевозки комплексов конвейерного, смесительного, нагнетающего и прочего цементирующего оборудования, и возможности стационарно запитать данные системы от автомобильных двигателей.

В результате процесс подготовки раствора принимает следующий вид – все составляющие части дозируются и соединяются в бетономешалке, посредством добавления воды замешиваются до получения полностью однородной массы и закачиваются насосами в скважину (давление при этом достигает 30-35 МПа).

Технические средства для проведения ремонтно-изоляционных работ при капитальном ремонте скважин

Дата публикации:	21.09.2013
Автор(ы):	Светашов В. Н. ·
Издание:	журнал «Инженерная практика» №9
Просмотров:	7131

Значительный объем при капитальном ремонте скважин занимают ремонтно-изоляционные работы (РИР), связанные с восстановлением целостности и герметичности обсадных колонн, целостности цементного кольца, ограничения притока вод и межколонных перетоков, а также отсечения интервалов обсадных колонн с помощью цементных мостов для перехода на эксплуатацию выше лежащих горизонтов, для забурки боковых стволов, для проведения ГРП.

Часты случаи, когда, установив цементный мост напротив изолируемого интервала, обнаруживают его не на расчетной глубине. Это наблюдается в скважинах с высокой приёмистостью и посаженным пластовым давлением. В скважинах с высоким пластовым давлением и большим газовым фактором цементный мост во время ОЗЦ «прошивается» и операцию приходится проводить несколько раз до получения положительного результата.

Для решения проблемы повышения качества ремонтно-изоляционных работ, сокращения сроков ремонтов, а также снижения затрат на их проведение нашей компанией разработаны ряд технических решений:

Разбуриваемые мостовые пробки серии ПМ, ПМЗ, 2ПМЗ

Мостовые пробки выпускаются в 3-х исполнениях:

ПМ (пробка мостовая) — для перекрытия интервала изоляции э/к,

ПМЗ (пробка мостовая заливочная) — для проведения заливки в подпакерной зоне.

2ПМЗ (пробка мостовая заливочная) — для проведения заливки в подпакерной и надпакерной зонах за одну СПО.

Выпускаются в исполнениях с перепадом давления 35 МПа и 100 МПа.

Технология установки пробок мостовых заключается в спуске компоновки, состоящей из пробки мостовой ПМ, ПМЗ или 2ПМЗ, гидравлической установочной компоновки ГУК. При необходимости проводится привязка партией геофизиков. Путем создания давления в НКТ гидравлический узел воздействует на пробку мостовую, тем самым пробка мостовая деформируется и уплотняется в межтрубном пространстве. При достижении заданного давления 17–18 МПа гидравлический узел разъединяется от пробки. В случае установки пробки мостовой ПМ производится опрессовка и подъем гидравлического узла. При установке пробки мостовой заливочной производится проверка приемистости и закачка тампонажных материалов в подпакерную зону непосредственно через ГУК. После извлечения гидравлического узла из пробки ПМЗ срабатывает обратный клапан, тампонажный материал остается в подпакерной зоне под давлением. В случае применения мостовой пробки заливочной 2ПМЗ, оснащенной клапаном двойного действия имеется возможность проведения дополнительной прокачки тампонажного материла в надпакерной зоне. Гидравлический способ посадки позволяет гарантированно безотказно производить установку пробок мостовых в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах.

Читайте так же:

Что плотнее гипс или цемент

Пробка мостовая ПМ используются для:

— отключения нижележащего пласта без установки цементного моста, при подготовке скважины к РИР или ГРП,

— отключения интервалов обсадной колонны на разведочных скважинах при переходе на вышележащий пласт,

— также могут применяться в качестве опоры для клина отклонителя при зарезке боковых стволов.

Применение мостовых пробок ПМ в отличие от обычных цементных мостов за счет отсутствия дополнительных СПО и отсутствия ОЗЦ – 24 часа позволяют в разы сократить продолжительность и стоимость ремонта. Использование пробок мостовых позволяет устанавливать их с очень высокой точностью, в отличие от цементного моста который в нередких случаях приходится дополнительно подбуривать, неся затраты на дополнительные СПО. При отсечении продуктивного пласта не происходит его загрязнение, что особенно важно при работе с пластами с низкими фильтрационными свойствами.

Пробки мостовые заливочные ПМЗ, 2ПМЗ рекомендуется применять для изоляции продуктивного пласта, ликвидации негерметичности колонны или заколонного перетока.

Почему необходимо цементирование нефтяных скважин?

Завершающим этапом подготовки нефтяных и газовых скважин к полноценной работе является их цементирование. Прототип такой технологии зародился больше 110-ти лет назад, и впервые был применен на бакинских нефтепромыслах.

Процесс цементирования скважины
Технологические принципы цементирования нефтяных скважин
Расчеты, необходимые при цементировании скважин

Суть всех методик цементирования скважин заключается в полном выдавливании из пробуренной скважины образующейся там жидкости с помощью цементной смеси. Такие технологии называют тампонажными, поскольку в результате их применения образуются так называемые «пробки».

Процесс цементирования скважины

Цементирование нефтяных скважин, как уже было сказано выше, является заключительным этапом подготовки буровой к её дальнейшей эксплуатации. При бурении в скважину опускаются трубные колонны, а комплекс выполняемых цементировочных работ должен обеспечить максимальный срок их службы.

Необходимость такого цементирования обусловлена несколькими причинами:

необходимостью изоляции каждой нефте- и газопродуктивной области; такая необходимость обусловлена тем, что нужно исключить всякую возможность перемешивания добываемых из разных пластов нефти и газа с находящейся в них водой;
требованиями, регламентирующими защиту поверхностей применяемых металлических труб; выполнения таких работ призвано обеспечить высокую коррозионную стойкость трубных колонн, поскольку взаимодействие их металлической поверхности и почвенной влаги приводит к снижению срока службы труб;
необходимостью усиления прочности всего бурового сооружения; применение технологий цементирования дает возможность значительно уменьшить влияние на скважину возможных движений грунтов.

В цементировочный раствор высокого качества, как правило, подмешивают разного рода добавки.

Одной из самых популярных и широко распространенных добавок является кварцевый песок. Работа с таким «кварцевым» цементом дает возможность до минимума снизить усадку и значительно повысить прочностные характеристики тампона.

Читайте так же:

Можно залить только цемент

Для исключения возможности утечки жидкого раствора в грунт с высокой пористостью применяется волокнистая целлюлоза.

Добавляют в цементную смесь и так называемые пуццоланы.

Пуццоланы являются своеобразной минеральной крошкой, составленной из материалов вулканического происхождения.

Эта крошка отличается хорошей водостойкостью и абсолютно инертна к воздействию химических сред повышенной агрессивности.

Полимерные добавки применяются, как правило, с целью уплотнения прилегающих грунтовых слоёв. По окончанию комплекса цементно-тампонажных работ проводят контроль качества тампонажа.

Качество тампонажа является очень важным для газовых и нефтяных скважин, и оценивается оно с помощью следующих методик:

термическая, которая позволяет определить требуемую высоту поднятия цемента;
акустическая, которая дает возможность обнаружить внутренние пустоты;
радиологическая, которая позволяет оценить качество с помощью специальной рентгеновской аппаратуры.

Процесс оценки качества тампонажа проходит в несколько этапов, с применением или выборочных, или всех перечисленных выше методов контроля. Это дает гарантию высокой точности проводимой проверки.

Технологические принципы цементирования нефтяных скважин

Современные цементирующие технологии, разумеется, отличаются от способов, которые применялись в прошлом столетии. Главными такими отличиями являются автоматизация проводимого процесса и применение компьютерной техники в процессе расчетов требуемых количеств цементного раствора. При проведении таких расчетов обязательно учитывают все возможные особенности конкретного нефтеносного промысла (с геологической точки зрения), а также климатические и погодные условия конкретного периода цементирования, массу технических параметров и так далее.

Цементирование скважин в настоящее время проводится разными способами, к самым распространенным из которых относятся следующие:

технология сплошной заливки (одноступенчатое цементирование), которое заключается в подаче под высоким давлением на пробку в обсадочной колонне промывочного раствора;
двухступенчатое цементирование, которое ничем не отличается от сплошной заливки, кроме того, что в этом случае весь процесс разбит на два этапа – последовательное цементирование сначала нижней, а затем верхней части, разделенных специальным кольцом;
способ манжета, который заключается в использовании специального кольца (манжета) при цементирования скважин нефте- и газодобычи (применяется только при тампонаже верхней области скважины);
обратная заливка, которая является единственной методикой, предусматривающей заливку цементной смеси не в саму колонну, а в затрубную область.

Сам технологический процесс проводят в несколько стадий. Сначала готовят смесь для будущего тампонажа, в строгом соответствии с инструкциями и проведенными расчетами. Сразу после своего приготовления цементирующая смесь подается в скважину. После подачи тампонажной смеси задействуют специальные механизмы, которые вытесняют цементный раствор в межтрубное пространство пробуренной скважины.

После этого необходимо выждать некоторое время, поскольку смесь должна полностью застыть и образовать так называемую «пробку». Последним этапом является проведение контроля качества выполненных работ с помощью любой из описанных нами выше методик.

Для максимального повышения эффективности проводимых работ нужное оборудование монтируют на шасси грузовых автомобилей. Это дает существенную экономию на транспортировке технологического оборудования, а также позволяет запитывать используемые механизмы и аппаратуру от двигателей грузовиков, на которых они смонтированы.

Расчеты, необходимые при цементировании скважин

После того, как проведена полная идентификация пробуренной скважины, приступают к соответствующим расчетам, в ходе которых получают следующие необходимые для цементирования данные:

Читайте так же:

Песок цемент сухая смесь м300

Вычисления можно проводить как в ручном режиме, так и с помощью автоматических средств, с применением необходимого программного обеспечения.

Для успешного расчета нужны перечисленные ниже входящие данные:

диаметр цементируемой скважины;
необходимое значение плотности цементного раствора;
высоту кольца уплотнения;
объем стакана и так далее.

После проведения автоматизированного расчета программа выдает результат в виде таблицы, в которую включены все необходимые данные. Если в такой таблице заменить некоторые исходные значения, то перерасчет проводится автоматически и результат будет иным.

В настоящее время расчет ручным способом применяется редко, однако эта методика до сих пор имеет право на свое существование. Входящие данные при ручном расчете ничем не отличаются от автоматизированного.

На примере одноступенчатой тампонажной технологии рассмотрим последовательность вычислений. Она выглядит таким образом:

начинают расчет с вычисления высоты столба буферной жидкости с учетом предварительно определенного коэффициента аномальности;
затем проводят расчет высоты столба цементирующего раствора, находящегося за пределами эксплуатационной колонны;
определяется необходимый объема такого раствора;
рассчитывается вес сухой цементной части;
вычисляется необходимое количества воды или иной разбавляющей жидкости;
вычисляется максимальное значение давления, которое будет на упорном кольце.

На заключительном этапе расчета определяется требуемая подача цемента соответствующими агрегатами, а также количество цементирующих приборов. Также в процессе расчета определяется количество цементосмесителей, необходимых для обеспечения требуемого объема цементирующего раствора.

В заключении подведем итоги.

Итак, цементирование скважин, вне зависимости от используемой технологии, преследует одну цель – полностью вытеснить из скважины буровой раствор. Это обеспечивается заливкой тампонажной смеси, которая затем поднимается на требуемую высоту.

Разумеется, качество решения это непростой инженерной задачи находится в прямой зависимости от соблюдения правильной последовательности и всех правил проведения необходимых технологических операций, а также от корректности проведенных расчетов и квалификации персонала. Рабочие и инженеры, непосредственно проводящие цементирование, должны целиком и полностью соблюсти все требования, предъявляемые к проведению этих работ.

Кроме того, важную роль в этом процессе играет качество применяемых для приготовления цементной смеси материалов, а также исправность и эффективность применяемого оборудования. Соблюдение всех перечисленных требований позволяет провести эти работы качественно, что дает возможность существенно продлить срок эксплуатации глубинных конструкций скважины.

YouTube responded with an error: The request cannot be completed because you have exceeded your quota.

Список используемой литературы:

Нефть и Нефтепродукты — Википедия
Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
Алекперов, В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.
Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Приготовление — цементный раствор

В Башкирской экспедиции внедрен способ приготовления цементного раствора на перенасыщенном солями буровом растворе. Цемент, затворенный на этом растворе, значительно повышает качество крепления скважин в соляных отложениях. [16]

Предпочтительной областью применения карбонатных облегчающих добавок является приготовление цементных растворов с плотностью 1 55 — 1 75 г / см3, затворяемых на растворах хлористых солей и применяемых в скважинах с температурами не выше 120 С. [17]

Операторы по цементированию скважин наблюдают за ходом приготовления цементного раствора и посредством передачи условленных сигналов мотористу регулируют дозировку воды и там-понажного материала. Они также очищают сетку в приемном чане для беспрепятственного прохождения цементного раствора и выполняют указания инженера по цементированию скважин и лаборантов. [18]

В условиях разведочного и эксплуатационного бурения на суше приготовление цементных растворов ведется традиционным методом с помощью смесительных машин и цементировочных агрегатов. Параметры раствора контролируют по его плотности дискретно с помощью поплавковых ареометров или постоянно с помощью радиоактивных или вибрационных плотномеров, входящих в комплект станции контроля цементировочных работ. [19]

Для обеспечения нормальных условий цементирования обсадной колонны при приготовлении цементного раствора рекомендуется на каждые 100 т цемента брать 40 — 50 т воды. [20]

Цементно-смесительная машина СМ-4М предназначена для транспортирования сухого цемента и механизированного приготовления цементного раствора . [21]

В настоящее время в практике цементирования скважин существует несколько способов приготовления цементных растворов . [22]

Определяем количество воды в 1 м3 обработанной воды, идущей на приготовление цементного раствора . [23]

Вследствие незначительности объема цементной заливки установленных в скважины анкерных болтов процесс приготовления цементного раствора обычно не механизируется. [24]

Определяем количество раствора хлористого кальция в 1 м8 воды, идущей на приготовление цементного раствора . [25]

Цементосмесительная машина используется при капитальном ремонте скважин для транспортирования сухого цемента и механизированного приготовления цементного раствора . Она выпускается на базе автомобиля ЗИЛ-131А. [26]

Загрязнение производственной и окружающей среды возможно при затаривании цемента в бункер смесителя, приготовлении цементного раствора , цементировании скважин и др. Цементировочное оборудование имеет устройство для отвода льяльных вод в шламовый амбар. [29]

Другой, не менее важный фактор — выбор и реализация такой рецептуры при приготовлении цементного раствора , которая обеспечит необходимую концентрацию химических реагентов в жидкости затворения и водоцементного отношения. Поэтому количество используемых материалов должно определяться соответствующими методами: жидкие — объемным, сухие — массовым с необходимой точностью. Поскольку в процессе приготовления возможно насыщение раствора воздухом, то контроль только по плотности не может быть достаточным. Поэтому приготовлять весь объем раствора следует в осреднительной емкости, осуществляя контроль за его качеством по общему расходу жидкости затворения и цемента. Схема приготовления должна предусматривать возможность дополнительного ввода в раствор какого-либо компонента. [30]

голоса

Рейтинг статьи