0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Виды цемента для крепления скважин

Для цементации скважины используется тампонажный раствор. В отличие от бурового раствора, облегчающего процесс бурения, тампонажный раствор превращается в твердое тело. Благодаря этому обсадная колонна крепится к стенка скважины. Такое техническое решение делает во много раз прочнее всю конструкцию.

Известно несколько методов цементации, каждый из которых содержит следующие основные этапы:

  • приготовление тампонажного раствора
  • подача раствора в затрубное пространство одним из способов
  • твердение тампонажной смеси
  • проверка качества тампонажа


тампонажный цемент

Учитывая важность и высокую сложность предстоящего процесса, перед началом тампонирования обязательно составляется схема будущих работ. Схема составляется с учетом конструкции скважины, характеристик грунта, в котором было произведено бурение, протяженности участка тампонирования, марка тампонажного раствора и многое другое. Все параметры обязательно проверяются инженерным расчетом, так как неправильно сделанное тампонирование способно навсегда вывести скважину из строя и тогда уже придется применять ликвидационное тампонирование, цель которого защита водоносного горизонта от загрязнений с поверхности и из промежуточных геологических слоев. Кроме теоретических расчетов всегда учитывается опыт тампонирования скважин, проведенный в сходных условиях. Кроме упрочнения и герметизации скважины цементация позволяет удалить буровой раствор, смесь раствора с буровым шламом и другие жидкости (например, промывочную жидкость) из затрубного пространства.

Выбор метода заливки цементной смеси

Перед тем, как выбрать один из методов цементации скважины, необходимо учесть свойства грунта, глубину ствола, расстояние до водоносного слоя и уровень сезонного подъема грунтовых вод, тип материала, из которого изготовлены обсадные трубы.

Для самостоятельного выполнения работ подходят следующие способы цементирования скважин:

  • одноступенчатое;
  • манжетное;
  • обратное цементирование.

Для глубинных скважин используется так называемая сегментарная заливка. Это довольно трудоемкий способ, который требует обязательного привлечения специалистов.

Сплошная цементация

Одноступенчатое цементирование скважин — наиболее распространенный способ для укрепления ствола неглубоких шахт. Перед подачей цементирующей смеси скважину промывают и вводят нижнюю пробку. При подаче смеси пробка начинает опускаться вниз под весом столба. После того, как весь подготовленный раствор окажется в стволе, а нижняя пробка опустится к основанию колонны, устанавливается верхняя пробка и начинается продавливание тампонажной смеси в пространство между трубой и грунтом. По мере опускания верхней пробки раствор продавливается и поднимается снизу вверх.

В момент, когда обе пробки окажутся на дне шахты, работу можно считать оконченной. Для полного затвердевания достаточно 1,5-2 суток.

Манжетный способ

Манжетное цементирование применяется в тех случаях, когда следует создать монолитный слой только вокруг верхнего участка обсадной трубы. Обычно такая заливка требуется для скважин, часть которых находится в сыпучих грунтах, а часть — в глинистых или суглинках.

Читать еще:  Цементный блок для стен

Манжетный способ цементирования скважин

Первым этапом является установление границ участка, на котором требуется дополнительное укрепление. Далее в этом месте на обсадную трубу устанавливается специальная манжета. Заливка раствора проводится так же, как и в предыдущем случае, только тампонажный раствор будет проникать в межтрубное пространство на определенном участке.

Наличие разных по плотности пластов при разработке скважин встречается не очень часто, поэтому данный метод цементирования не получил широкого распространения.

Обратная цементация

Этот метод также применяется достаточно редко в связи с невозможностью контроля качества защитного слоя в области основания колонны. Суть метода заключается в том, что смесь подается сразу в просвет между трубами или между трубой и грунтом. Под своим весом раствор стекает до самого основания шахты, заполняя свободное пространство.

Несмотря на относительную простоту подачи раствора, данный способ не рекомендуется к использованию при заливке глубинных скважин. Это связано с тем, что на большой глубине очень сложно установить плотность раствора, а также установить момент, когда цементная смесь достигнет основания стола.

Технологический процесс цементирования гидросооружений

Цементирование скважины предусматривает поэтапное выполнение следующих работ:

  • замешивание раствора для тампонажа затрубного пространства;
  • подача состава к гидросооружению;
  • закачивание смеси в пространство вокруг обсадной трубы;
  • затвердевание заполняющего раствора;
  • проверка полученного результата после завершения работ.

До начала проведения тампонажных работ рекомендуется выполнить все необходимые расчеты на основе геологических изысканий, учитывая протяженность ствола, который требует цементирования, эксплуатационные параметры конструкции, а также ее техническое состояние.

Кроме того, каждый отдельный этап работ требует применения специализированной техники и оборудования.

3. Клинкер и его химический, минералогический составы

Портландцементный клинкер обычно получают в виде спекшихся мелких и более крупных гранул и кусков размером до 10-20 или до 50-60 мм в зависимости :

По микроструктуре клинкер, получаемый спеканием, представляет собой сложную тонкозернистую смесь кристаллических фаз и небольшого количества стекловидной фазы.

Химический состав клинкера колеблется в широких пределах. Главными окислами цементного клинкера является окись кальция CaO, двуокись кремния

SiО 2 , окись алюминия Аl 2 O 3 и окись железа Fe 2 O 3 , суммарное содержание которых достигает обычно 95-97%. Кроме них имеются примеси окиси магния

MgО, серный ангидрит SO 3 , двуокись титана ТiО 2 , окись хрома Сг 2 O 3 окись марганца Мn 2 O 3 , щелочи Na 2 O и K 2 O,. фосфорный ангидрит P 2 O 5 и др.

Ориентировочно химический состав портландцемента выглядит следующим образом:

ТiО 2 и Сг 2 O 3

Овчинников В. П. Тампонажные материалы. Конспект лекций

Повышенное содержание окиси кальция обуславливает обычно повышенную скорость твердения портландцемента, его высокую прочность, несколько пониженную коррозионную стойкость.

Читать еще:  Смесители для приготовления цементных растворов

Цемент» с повышенным содержанием кремнезема в составе клинкера характеризуются пониженной скоростью твердения в начальные сроки при достаточно интенсивном нарастании прочности в длительные сроки; они отличаются повышенной коррозионной стойкостью.

При повышенном количестве Аl 2 O 3 цементы приобретают способность к ускоренному твердению.

Соединения окиси железа способствуют снижению температуры спекания клинкера. Цементы, богатые окисью железа, при низком содержании глинозема ведут себя аналогично высоко кремнеземистым, относительно медленно схватываясь и твердея в начальные сроки, они в дальнейшем достигают высокой прочности.

Повышенное содержание в клинкере окиси магния, вызывает неравномерность изменение объема, цемента при твердении. Содержание MgO не должно превышать 5 %.

Серный ангидрид SO 3 необходим для регулирования сроков схватывания.

Содержание его должно быть 1,5 — 3,5 %. Более высокое содержание может вызвать также неравномерное изменение объема.

Двуокись титана входит в клинкер с глинистым компонентом сырьевой смеси в количестве 0,1 — 0,5 %. При таком содержании она способствует лучшей кристаллизации клинкерных минералов. При содержании ТiО 2 2 — 4 %, она,

замещая часть кремнезема, способствует повышению прочности камня, а сверх этого снижает прочность.

Фосфорный ангидрид и окись хрома в небольшом количестве оказывают легирующее действие, увеличивая интенсивность твердения в первые сроки и повышая его конечную прочность. При повышенном содержании 1 — 2 %

оказывает обратное действие.

Щелочи, при их содержании больше 1 % вызывают непостоянство сроков схватывания цемента, приводят к опасным, деформациям.

Подготовительные мероприятия и заливка раствора

Перед началом работ, связанных с цементированием скважины, нужно составить план их проведения, который должен базироваться на точных расчётах. Также в нём должны быть учтены свойства грунта, протяжённость интервала скважины, который необходимо укрепить, состояние ствола и особенности его конструкции. При составлении расчётов можно опираться на имеющиеся данные после проведения подобных работ в этом районе, если таковые проводились.

Цементирование скважины происходит так:

  • подготавливается тампонажная смесь;
  • осуществляется подача готового раствора в скважину;
  • цементирующая смесь заполняет свободное пространство вокруг обсадной трубы для скважин;
  • раствор оставляется на определённый промежуток времени для полного застывания;
  • степень застывания тампонажного раствора проверяется специальными устройствами.

Технология цементирования

Есть два варианта подачи раствора в пространство вокруг обсадной трубы — прямой и обратный способ. Их главное отличие заключается в технологии заливки цемента:

  • прямой способ закачки тампонажного раствора в пространство вокруг обсадной трубы подразумевает подачу цементной смеси сверху вниз. Таким образом, она опускается на дно скважины под тяжестью своего веса и заполняет все пустоты. Такой метод считается наиболее простым и эффективным;
  • обратный метод подачи смеси выглядит несколько иначе. Смесь заливается прямо в обсадную трубу, на дне которой установлена пробка или диафрагма. Затем происходит продавливание раствора специальной жидкостью, которая подаётся под высоким давлением, и цементирующий раствор проходит снизу вверх.
Читать еще:  Технология изготовления цементного раствора

Во время бурения скважин в промышленных масштабах наиболее востребованным является прямой метод подачи цементного раствора, так как он не требует больших затрат. При этом весь процесс заливки может иметь один цикл, а необходимый объём раствора подаётся сразу. В очень глубоких скважинах используется двухступенчатое цементирование. Такой процесс проходит несколькими этапами на отдельных участках скважины.

Реже всего используется манжетный метод, поскольку он очень затратный. В этом случае часть ствола закрывается манжетой, которая уберегает его от проникновения цементирующего раствора, а также с его помощью происходит изоляция участка, находящегося в районе продуктивного пласта.

Также при выборе метода подачи раствора необходимо принимать во внимание то, что в итоге нам необходимо получить такие результаты:

  • тампонажный цемент должен абсолютно заполнить всё пространство между трубой и стенами скважины, поскольку наличие воздушных карманов при создании конструкции не допускается. Готовое покрытие должно иметь превосходное сцепление со всеми типами поверхностей;
  • после полного застывания смеси образуется цементный камень. В процессе эксплуатации скважины он должен выдерживать воздействие грунтовых вод, а также хорошо переносить значительные нагрузки, возникающие на большой глубине под давлением земляных пород;
  • вся промывочная жидкость из участка проведения работ должна быть полностью устранена, поскольку её наличие в готовом массиве является браком.

Цементирование с использованием манжета

Подобный способ тампонажа гидросооружений применяется в случае, когда требуется укрепление верхней части конструкции. При этом следует определить, какой высоты должен быть цементный стакан – пространство в обсадной колонне, подвергающееся цементированию.

Подобный уровень определяется монтажом манжета, когда нижняя часть конструкции защищается специальной вставкой, чтобы предотвратить проникновение раствора вглубь. Закачка цемента проводится по схеме, аналогичной сплошному цементированию.

Манжетное тампонирование применяется для скважин, верхняя часть конструкции которых обустроена в песчаниках, а нижняя – в глинистых почвах.

Важно! Чтобы регулировать показатели пластичности и сроки застывания смеси для тампонажа, при замешивании рекомендуется добавлять в состав пластификаторы и прочие корректирующие элементы. Это упростит заполнение затрубного пространства и сократит время на тампонаж скважины.

Цементирование гидросооружения напрямую зависит от качества материалов, оборудования и квалификации специалистов, привлеченных для решения подобной задачи.

vote
Article Rating
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x
Adblock
detector