Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Після буріння свердловини в пухких піщаних грунтах настає етап, спрямований на зміцнення труб обсадної колони. Заодно слід захистити ствол від пошкодження, агресивного впливу грунтових вод, корозії та інших негативних явищ. Мова йде про такий процес, як цементування свердловин.

Виконати роботу з цементування самостійно досить складно, але можливо, при наявності знань про технології проведення заходу. Ми розповімо вам про те, навіщо потрібно проводити цементування і на що потрібно звернути увагу при виконанні робіт. Для наочності, матеріал містить тематичні фото та відеоролики.

Навіщо цементувати свердловину?

Цементування свердловини - процес, який слід відразу після закінчення бурових робіт. Процедура цементування полягає в тому, що в затрубний або межтрубное (в разі якщо обсадна труба поміщена в свою чергу в поліетиленову ширшу трубу) вводиться цементний розчин, який згодом твердне, утворюючи монолітний стовбур свердловини.

Цементний розчин в цьому випадку називається "тампонажний", а сам процес "тампонуванням". Складний інженерний процес, іменований технологією цементування свердловин, вимагає певних знань і спеціального устаткування.

У більшості випадків джерела води можна тампонувати своїми руками, що обходиться набагато дешевше, ніж залучення фахівців.

Цементування свердловин - комплекс заходів, спрямований на зміцнення затрубного простору і обсадної колони від руйнівного бічного тиску гірських порід і впливу грунтових вод

Правильно зроблене тампонування свердловин на воду сприяє:

  • забезпечення міцності конструкції свердловини;
  • захисту свердловини від грунтових і верхових вод;
  • зміцненню обсадної труби і захисту її від корозії;
  • підвищення терміну експлуатації вододжерела;
  • усунення великих пір, пустот, зазорів, через які в водоносний горизонт можуть потрапити небажані частки;
  • витіснення бурового розчину цементним, якщо перший використовувався при бурінні.

Від того, наскільки грамотно здійснено цементування, буде залежати якість видобутої води та експлуатаційні характеристики свердловини. Також цементування проводиться для ліквідованих свердловин, які більше не будуть більше експлуатуватися.

Цементування проводиться для кущових водозабірних споруд, призначених для забезпечення водою населених пунктів. У приватному господарстві водозабірні точки цементують в рідкісних випадках Зміцнення положення свердловинного стовбура шляхом цементування проводиться, якщо буріння виконувалося в незв'язних пухких грунтах, які не здатні "тримати" стінки обсадної колони Затрубний простір цементують, якщо є ймовірність проникнення паводкових і стічних вод, що стікають уздовж стовбура свердловини в водоносний пласт Заповнення стовбура цементом, тобто тампонування свердловини, виконують якщо більше не будуть експлуатувати водозабір

Етапи цементування джерела води

Весь процес цементування складається з декількох етапів, кожен з яких має свої нюанси:

  1. Приготування тампонажного розчину для заповнення затрубного простору.
  2. Подача приготованого цементу до свердловини.
  3. Закачування тампонажного розчину в затрубний простір.
  4. Період затвердіння цементного розчину.
  5. Перевірка якості цементування.

Кожен етап вимагає використання певних інструментів і спецобладнання. Розрахунки необхідних матеріалів краще зробити до початку тампонажних робіт, тому що процес тампонування повинен тривати безперервно і якщо вам, наприклад, не вистачає цементного розчину, то це вкрай негативно позначиться на якості цементування. Найважливіші етапи розглянемо більш докладно.

У рідкісних випадках водоносні свердловини не потребують цементування, мова йде про свердловинах, вся глибина яких проходить в щільних глинистих ґрунтах

Етап №1 - підготовка обладнання

Всі роботи з цементування водоносних свердловин повинні відбуватись строго у відповідності з технічними вимогами, порушення яких приведе до неякісного цементування.

Приступаючи до тампонування свердловини, вам варто знати, що це незворотний процес, виправити що-небудь після початку подачі розчину в затрубний простір свердловини неможливо, тому підготовчі роботи, а саме до приготування розчину для цементування і вибору обладнання, потрібно підійти максимально відповідально!

Найпростіший і ефективний спосіб - оренда обладнання на платформі автотехніки. Такий комплекс зможе приготувати цементний розчин і під тиском перекачати його в свердловину, при цьому джерелом енергії для роботи обладнання служить потужний автомобільний двигун.

Якщо використання агрегатів на базі спецавтомобіля неможливо, то вам буде потрібно:

  • міксер для приготування цементного розчину;
  • насос високого тиску, який здійснює підкачування розчину до свердловини;
  • цементувальних голівці для закачування розчину всередину свердловини;
  • заливальні пробки (кількість залежить від способу цементування);
  • різний дрібний інвентар (шланги, мірні ємності).

Як шланга багато фахівців рекомендують замість традиційних ПНД труб діаметром 32 см використовувати гнучкий пожежний шланг. Він плоский і відмінно проходить в міжтрубний простір, забезпечуючи ефективну подачу розчину.

Устаткування для цементування свердловин має великі габарити і вимагає і потужного джерела енергії, наприклад компресора, генератора, безперебійного доступу до електромережі

Етап №2 - приготування розчину

Тампонажний розчин для цементування свердловини повинен відповідати цілому ряду вимог і мати:

  • високими адгезивними властивостями з поверхнями будь-якого типу;
  • високою міцністю після застигання, стійкістю до механічних впливів;
  • пластичністю і хорошою плинністю, щоб заповнити всі тріщини і порожнечі;
  • хімічною нейтральністю по відношенню до тампоніруемих шарів грунту;
  • стійкістю до розмивання грунтовими водами;
  • відсутністю усадки при затвердінні.

Також розчин повинен мати таку консистенцією, щоб його можна було без проблем доставляти до свердловини і проводити закачування. Розчин повинен добре змиватися з обладнання, не бути відносно нього хімічно агресивних і мати мінімальний коефіцієнт втрати при транспортуванні до свердловини.

Використовуваний тампонажний розчин повинен мати досить рідкої структурою для здійснення перекачування нагнітальним обладнанням і при цьому мати високі характеристики

Процес приготування цементного розчину для тампонування полягає в рівномірному перемішуванні компонентів, що входять до його складу з подальшою заливкою в нього води, з попередньо розчиненими в ній спеціальними добавками.

Найпростішими розчинами, які можна приготувати самостійно, є:

  1. Портландцемент + кварцовий пісок (1: 1) + спеціальні добавки і вода до отримання необхідної консистенції. Такий розчин має невисоку щільність, а його приготування є складним, тому що пісок, що входить до складу часто випадає в осад і застосування розчину стає неможливим.
  2. Портландцемент + барит (1, 1: 1) + спеціальні добавки і вода. Недолік такого розчину - невисока міцність.
  3. Портландцемент + наповнювач. В якості наповнювача застосовується азбест (на піщаних грунтах), волокнисті матеріали.

Для приготування цементуючою суміші найкраще використовувати тампонажний портландцемент, що є різновидом цементу на основі силікатів.

Такий цемент, звичайно, коштує дорожче, ніж звичайний портландцемент, проте його характеристики міцності набагато вище, ніж у звичайного. Барит - важкий мінерал, що підвищує щільність розчину. Придбати барит можна в будівельному магазині, що торгує будівельними матеріалами сипучими.

Під спеціальними добавками, що входять до складу цементують розчинів, розуміють різні речовини, які надають розчину особливі властивості.

До них відносять:

  • прискорювачі схоплювання цементу (хлористий кальцій, кальцинована сода, поташ), що застосовуються, якщо цементування відбувається при температурі нижче +5 градусів;
  • сповільнювачі схоплювання, використовувані для запобігання швидкого затвердіння (це хлориди кальцію або натрію, нітрит натрію і ін.);
  • пластифікатори для отримання оптимальної в'язкості (полімерні модифікатори);
  • морозостійкі добавки (кремнійорганічні сполуки укупі з пластифікаторами);
  • влагопоглощающие добавки (речовини, отримані з сполук, що відносяться до груп цукровою, лимонною, винною і тетраоксіадіпіновой кислот) і ін.

Спеціальні добавки розмішуються в воді, яку в подальшому застосовують для приготування тампонажного розчину. Перемішують розчин за допомогою спеціальних машин - міксерів. Іноді допускається ручне замішування, але воно вимагає певної вправності і великих трудовитрат.

Цементний камінь, що утворюється при затвердінні портландцементу, має високі характеристики міцності властивостями, витримує навантаження, механічне і фізичний вплив

Етап №3 - заливка розчину в свердловину

Основними способами цементування свердловин є:

  • суцільне або одноступенчатое;
  • двоступенева;
  • манжетное;
  • зворотне.

Всі способи цементування водозабірних свердловин засновані на одному принципі - закачування в затрубний простір тампонажного розчину. При цьому вибір технології цементування залежить від конкретних умов: типу грунту, глибини свердловини, матеріалу обсадних труб, кліматичних і гідрогеологічних умов місцевості.

Обрана технологія тампонування свердловини на воду повинна забезпечити:

  • заповнення розчином всього створу свердловини на всю глибину;
  • повністю витіснити промивну рідину (при її наявності);
  • створення високоміцного цементного каменю, стійкого до фізичних, механічних і хімічних впливів;
  • високий показник адгезії з грунтовими стінками свердловини, обсадними трубами.

Для глибоких свердловин застосовують сегментарно цементування, тобто цементується не весь створ свердловини відразу, а тільки його окремі сегменти.

Цей процес дуже складний і практика показує, що виконати його самостійно практично неможливо. Тому докладніше розглянемо технологію одно- і двоступеневого і манжетного цементування.

Одноступінчаста або суцільне цементування

Цей спосіб найбільш часто застосовують для цементування побутових відносинах свердловин. При його реалізації цементуючий розчин закачується в затрубний простір.

Розчин закачується під тиском за допомогою обладнання, яке встановлено на платформу спецавтомобіля або стаціонарно недалеко від свердловини. Цементуючий розчин під своєю вагою рухається до основанію- "башмаку" обсадної колони, заповнюючи все затрубних порожнини.

Роботи по одноступінчатому цементування проводяться за один цикл без перерв, тому необхідно подбати про достатню кількість тампонажного розчину

Перед початком робіт з цементування проводиться промивка свердловини, а потім вводиться нижня пробка, яка буде виконувати роль обмежувача. Чи включається бетононасос і починається закачування тампонирующего розчину, під впливом якого пробка опускається, поки не досягне "черевика" обсадної колони.

Після закачування розчину встановлюється верхня пробка і починається ущільнення цементної суміші, до тих пір, поки верхня пробка не упреться в нижню. Це буде означати, що розчин заповнив все затрубний простір. Ущільнення здійснюється Вібропресуюче за допомогою підкачки розчину бетононасосом.

Зацементована свердловина залишається в спокої на 36-48 годин для повного затвердіння розчину. Даний спосіб підходить тільки для неглибоких рівних по конфігурації свердловин. Недоліком цього методу є неможливість відстежити момент, коли цементний розчин досяг нижньої точки створу свердловини.

Двоступенева система заливки

Цей метод цементування був розроблений для свердловин нафтової промисловості. У зв'язку з тим, що він вимагає використання серйозного промислового обладнання (потужного бетононасоса), в облаштуванні свердловин він застосовується не часто. Двоступенева цементування використовують в наступних випадках:

  • цементний розчин схоплюється настільки швидко, що не можна закінчити цементування в один цикл;
  • коли потрібно виділити дві ділянки в затрубному просторі, які розділені значною відстанню;
  • при великій глибині свердловини, коли провести роботи в один цикл неможливо.

В інших випадках застосування двоступеневого способу недоцільно через тривалості процесу і економічними показниками.

Двоступенева цементування більш тривалий за часом, так як другий етап починають після повного затвердіння тампонажного розчину першого ступеня

Принцип двоступеневого цементування заснований на тому, що закачування цементу в затрубний простір здійснюється в два прийоми.

Перша порція тампонажного розчину завантажується і продавлюється. Опускається нижня пробка, яка рід дією розчину пробка опускається на дно. Друга порція розчину закачується через 12-36 годин, після остаточного затвердіння першої порції.

У практиці глибокого буріння артезіанських свердловин при наявності у верхній частині геологічного розрізу поглинаючих пластів і в інших випадках застосовують двоступенева цементування

Застосування манжетного способу

Цей метод цементування використовується, якщо необхідно зміцнити тільки верхню частину свердловини. При цьому первинним завданням буде визначення рівня, до якого буде проводитися цементування.

Рівень відзначається по обсадної трубі установкою спеціального манжета. Нижня частина створу при цьому надійно захищена манжетою від проникнення тампонирующего розчину.

Розчин закачується точно так же, як і при одноступенчатом цементування. Застосовується манжетний спосіб в тому випадку, якщо верхня частина свердловини розташована на піщаних грунтах, а нижня - на глинистих. Це зустрічається досить рідко, тому даний спосіб не знайшов широкого застосування.

Процес утворення цементного каменю

Процес утворення цементного каменю починається відразу після закачування тампонирующего розчину і триває від 12 до 36 годин. Основними факторами, що впливають на тривалість затвердіння розчину до стану цементного каменю:

  • властивості компонентів, що входять до складу розчину;
  • грунти, матеріал обсадних колон;
  • гідрогеологічні та кліматичні умови на ділянці;
  • щільність закачування, правильність здійснення процесу тампонування.

У період затвердіння необхідно залишити свердловину в стані спокою. Забороняється використовувати троси, ломи, дріт для оцінки якості цементування, тому що це може порушити цілісність утворюється цементного каменю.

Якщо ви не знайте, скільки часу необхідно для повного схоплювання цементуючого розчину, почекайте три доби і приступайте до контрольних вимірах

Оцінка якості цементування

Варто зазначити: незважаючи на те, що оцінка якості цементування водоносних свердловин є дуже важливим етапом, провести її самостійно неможливо.

Для її здійснення потрібно спеціальне лабораторне обладнання, яке дуже рідко зустрічається навіть у організацій, які займаються бурінням.

Якщо ви все-таки мають намір провести оцінку проведеного тампонування, то можете замовити послугу контролю якості одним з трьох способів:

  • акустичний, заснованої на простукуванні стінок обсадної колони, з подальшою обробкою отриманих даних комп'ютерними програмами;
  • радіологічний, коли вимір за допомогою радіоприладів;
  • термальний, заснований на принципі вимірювання тепла, що виділяється при застиганні цементного розчину.

В "домашніх" умовах ви можете використовувати спрощений термальний метод, вимірявши температуру у стінок свердловини. Коли вона зрівняється з навколишнім температурою повітря і стане нижче на 0, 5-1, 5 градусів, тоді можна говорити про повне затвердінні. Однак навіть після цього рекомендується почекати 2-3 дні і тільки тоді здійснювати введення свердловини в експлуатацію.

Після завершення перевірки гирлі свердловини прочищається від залишків цементного розчину за допомогою желонки. Потім проводиться перевірка герметичності, для чого в трубу свердловини закачується вода під високим тиском протягом 30 хвилин. Критерієм герметичності буде зниження тиску приблизно на 0, 3-0, 5 МПа. Тепер свердловина повністю готова до використання.

Герметичність тампонування підвищує дебет свердловини, збільшує термін служби обсадних колон, захищаючи їх від корозії, а також самого вододжерела

Висновки і корисне відео по темі

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.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Корисні поради