Раствор цемента для скважины

Варианты и технологические процессы цементирования скважин: как сделать и залить тампонажный раствор

После процедуры бурения скважины в рыхлой песчаной земле наступает период, когда необходимо провести фиксирование труб обсадной колонны. Наряду с этим важно защищать ствол от повреждения, коррозийного образования и агрессивного воздействия грунтовых вод и других неблагоприятных воздействий.

В нашей статье речь пойдет о тампонировании скважин, что нужно знать при этом и как это лучше сделать. Выполнить эту работу собственными силами непросто, но, если соблюдать все технологические соответствия проведения этапов, то можно. Поэтому мы подскажем, с какой целью необходимо цементировать скважину и какие нюансы при этом могут быть.

Зачем нужно цементирование скважины

Цементирование скважины рекомендуется делать после завершения буровых работ. Если обсадная труба помещена в широкую трубу, тогда вводится цементный раствор, который через некоторое время затвердеет и образует монолитный ствол скважины. Такой цемент называется «тампонажный», а процедура – «тампонированием». Это весьма трудная работа, требующая профессиональных навыков и специализированных средств. Но, водоснабжение можно тампонировать и собственными силами, что позволяет существенно сэкономить на проведении тампонажной процедуры.

На сколько будет выполнена работа профессионально, зависит качество водоснабжения и эксплуатационный срок скважины. Если грамотно выполнена работа, то она:

• обеспечивает прочность конструкции скважины и защищает ее от грунтовых и сточных вод;
• укрепляет и предотвращает обсадную трубу от коррозийных образований;
• повышает эксплуатацию водоснабжения;
• устраняет пустоты, через которые могут оказаться ненужные частицы;
• вытесняет буровой раствор цементным, если первый применялся при этой процедуре.

Также подобная процедура выполняется для скважин, которые не будут использоваться вовсе.

Этапы цементирования водоснабжения

Цементирование выполняется в несколько стадий:

1. готовится цементный раствор для заполнения затрубного пространства;
2. подается приготовленный цемент к скважине;
3. закачивается раствор в скважину;
4. время затвердевания свойств раствора;
5. оценка качества работы.

Для выполнения каждого этапа необходимы разные средства и специальное оборудование. Рассчитывать необходимость материалов нужно до начала проведения процедуры, поскольку тампонирование прерывать нельзя, и, если, например, не хватит небольшого количества цемента, это неблагоприятно отразится на качестве работы. Самые важные стадии этой процедуры рассмотрим подробно ниже.

1. Подготовка оборудования

Вся работа должна проводится на основании технологических требований, поскольку любое несоответствие может привести к отрицательному последствию. Прежде чем приступить к работе, знайте, что впоследствии что-то поправить после того, как цемент был подан в скважину, уже будет невозможно, поэтому к его подготовке и выбору необходимого оборудования, важно подойти более ответственно.

Самым простым и эффективным вариантом является арендовать специальную автотехнику, которая способна приготовить цементный раствор и перекачать его в скважину, причем для эффективной перекачки служит мощная производительность автомобильного двигателя. Если аренда спецавтомобиля для вас окажется дорогой и недоступной, то в этом случае вы можете собственноручно сделать и эту работу. Для ее выполнения потребуется:

• миксер для приготовления раствора;
• насос высокого давления, выполняющий перекачивание цемента в пространство;
• цементированная головка для закачивания цемента;
• заливочные пробки (их число будет зависеть от варианта работы);
• инвентарь.

В качестве шланга вместо стандартного ПНД труб диаметром 32 см целесообразно использовать пожарный шланг, отличающийся своей гибкостью и плоскостью. Он превосходно пройдет в межтрубок и обеспечит качественную подачу цемента.

2. Приготовление цемента

Приготовление раствора для тампонирования заключается в равноценном перемешивании компонентов, входящих в его состав с последующем заливанием в него воды, с заранее растворенными в нем специальными добавками.

Тампонажный раствор для цемента скважины должен иметь целый ряд необходимых требований:

• превосходные адгезивные свойства;
• эффективную прочность после затвердевания;
• устойчивость к воздействиям и к размыванию грунтовыми водами;
• пластичность и неплохую текучесть, чтобы наполнить все зазоры скважины;
• химическая нейтральность слоев грунта;
• отсутствие усадки при затвердевании раствора.

Кроме того, приготавливать раствор нужно до нужной вязкости, чтобы его можно легко доставить и закачать в скважину. Приготовленная смесь цемента должна быстро счищаться с емкости, не быть сильно агрессивной и иметь наименьший коэффициент потери при перевозке к скважине.

Приготовить раствор можно собственными силами:

• портландцемент + кварцевый песок (в пропорции 1:1) + специальные добавки до получения нужной вязкости. Такой цемент обладает невысокой плотностью, а его изготовление является достаточно трудным, поскольку песок нередко впадает в осадок и применить раствор уже будет сложно;
• портландцемент + барит (в пропорции 1,1:1) + специальные компоненты и вода. Недостатком такой смеси является его низкая прочность:
• портландцемент + наполнитель. В качестве последнего компонента используется песчаный асбест, волокнистые материалы.

Для подготовки раствора можно применять портландцемент, который является лучшим видом цемента. Несмотря на его недешевую стоимость, чем обычный цемент, он обладает более прочными характеристиками, чем другие. Для повышения плотности цемента целесообразно использовать минерал барит, купить его можно в любом строительном магазине. В раствор важно добавлять разнообразные добавки, которые придают цементной смеси особое качество.

К таким добавкам относят следующие компоненты:

• средства для быстрого схватывания цементного раствора (хлористый кальций, кальцинированная сода, поташ), которые нужны для того чтобы цемент закрепился при температурном уровне не ниже +5 градусов;
• средства – замедлители для схватывания, которые нужны для стремительного затвердевания (хлориды кальция или натрия и прочие);
• пластификаторы для получения нормального уровня вязкости (полимерные модификаторы);
• морозостойкие добавки (кремний совместно с пластификаторами);
• влагопоглощающие добавки, которые получаются из компонентов, относящихся к группам сахарной, лимонной, винной кислот.

Все добавки нужно размешать в воде, а позднее можно применять для производства цементного раствора. Перемешивать его лучше с помощью миксера или вручную, но для последнего нужно иметь определенную сноровку.

3. Заливание раствора

Следующий этап – проведение процедуры заливки раствора. Сделать это можно несколькими доступными вариантами:

• сплошным или одноступенчатым;
• двухступенчатым;
• манжетным;
• обратным способом.

Все они сводятся к одной основной цели – грамотно закачать в затрубное пространство приготовленный тампонажный раствор. Причем выбирать технологический процесс следует, исходя из характерных особенностей: из типа грунта, пространства глубины скважины, материала труб, климатических особенностей территории и т.д. Технологические процессы цементирования скважины на водоисточник должны обеспечивать:

• заполненный раствор скважины на все пространство глубины;
• в полном объеме вытеснять промывочную жидкость (если она есть);
• создавать высокой прочности цементный камень, устойчивость к любым воздействиям;
• показывать наилучший показатель адгезии с грунтовыми стенками скважины, обсадными трубами.

Если скважина достаточно глубокого объема, следует применять сегментарное цементирование, который проводится не на всю скважину в целом, а лишь на ее некоторые сегменты. Эта работа является достаточно трудной, поскольку практический опыт говорит о том, что выполнить ее собственными силами практически нельзя. По этой причине лучше выбрать процесс одно или двухступенчатого, манжетного цементирования, а как это сделать рассмотрим ниже.

Процесс одного или сплошного цементирования

Данный вариант нередко используют для проведения процедуры цементирования бытовых скважин воды, закачивая в затрубное пространство приготовленный раствор. Он должен закачиваться под давлением с помощью оборудования, которое устанавливается на платформу специального автомобиля или стационарного вблизи от скважины. Цемент под своим тяжелым грузом продвигается к обсадной колонне, при этом заполняет все зазоры и пустоты затрубной полости.

• Стоит иметь ввиду, что перед началом проведения работы следует провести промывочные работы скважины, а уже потом ввести нижнюю пробку для выполнения ее роли ограничителя.
• Далее бетононасосом происходит закачивание раствора, под влиянием которого она опускается, пока не настигнет определенной цели обсадной колонны.
• Когда закачка цемента закончена, следует установить верхнюю пробку, где уже начнется уплотнять цементную смесь до того времени, пока верхняя пробка не уткнется в нижнюю, цементный раствор заполнит все пространство скважины.
• Далее проводятся уплотнительные работы с помощью вибропресса бетононасоса.
• Уже проведенное цементирование следует оставить на время в течении 3 дней для полного затвердевания цемента.

Этот вариант является самым наилучшим для скважин, которые обладают неглубоким объёмом и ровной по конфигурации поверхности. Однако этот метод не обходится без нюансов – отрицательным моментом является то, что нельзя отслеживать тогда, когда цемент достигает нижнего места створа скважины.

Технологический процесс двухступенчатой системы заливки

Такой способ цементирования был введен специально для скважин нефтяного производства. Однако применяется он не так часто в виду того, что для его проведения нужно специальное промышленное оборудование, например, бетононасос с большой мощностью. Подобное цементирование применяется в ситуациях, если:

• раствор моментально затвердевает, что невозможно завершить работу в один этап;
• когда в пространстве необходимо выделить несколько участков, которые подразделяются максимальным расстоянием;
• при большой глубине, когда невозможно провести работу в один этап.

При других ситуациях двухступенчатый способ является нецелесообразным, поскольку он является достаточно длительным по времени. Проведение двухступенчатого способа заключается в том, что закачивание цемента проводится в две стадии. Первоначально тампонажный раствор подают и продавливают, опускают нижнюю пробку, которая под действием тяжелого раствора опускается до окончательной точки. Во второй стадии раствор закачивают через 2-3 дня, после завершения затвердевания первоначального этапа.

Манжетный способ

Манжетный вариант применяется, если нужно закрепить лишь верхнюю долю скважины. Причем главная задача заключается в том, чтобы определить уровень, до которого нужно провести манжетный этап. Уровень обозначается именно по обсадной трубе установкой специального манжета. Нижняя часть защищена манжетой от проникновения тампонирующего раствора. Процедура проводится аналогично, как и одноступенчатый вариант. Используется этот вариант лишь тогда, когда верхняя часть скважины располагается на песчаном грунте, а нижняя – на глинистом. Однако данный метод применяется в исключительных случаях, поэтому он не распространен так широко, как другие способы цементирования скважин.

Образование цементного камня

Образование цементного камня происходит моментально после закачивания тампонирующего раствора и держится до 36 часов. На его время затвердевания до образования цементного камня зависит множество ключевых факторов:

• содержание составляющих в составе приготовления раствора;
• тип грунта и материал обсадной трубы;
• климатические и геологические особенности местности;
• плотность закачивания;
• грамотность проведения процедуры цементирования.

Кроме того, следует помнить о необходимости оставления скважин на длительный период до той поры, пока раствор окончательно не затвердеет. Причем для проверки затвердения цемента нельзя применять различные инструменты: лом, тросы и т.д., так как это способствует нарушению самого раствора.

Как оценить качество цементирования

Эта процедура является достаточно сложной, однако оценить качество цементирования водоисточника скважины собственными силами практически нельзя. Для того чтобы выполнить это действие, в первую очередь нужно лабораторное оборудование, которое достаточно редко бывает даже у компаний, занимающими бурительными работами.

Если все же есть желание проверить качество цементирования, то можно воспользоваться услугой оценки качества любым из предложенных вариантов:

• использовать акустический способ. Для этого простукиваются стенки обсадной колонны, с дальнейшим обрабатыванием полученной статистики компьютерной программой;
• применить радиологический вариант. Этот способ измеряется при помощи радиоприборов;
• термальный способ, проверяется в результате измерения выделяемого тепла при затвердевании цемента.

Более легким и доступным способом проверки цемента является термальный способ, поскольку он позволяет измерить температурный режим у стенок скважин. Для этого сравнивается с окружающим температурным режимом и, если он составляет ниже на 0,5 -1,5 градусов, тогда этот признак подтверждает затвердевание цемента. Однако после проверки следует подождать несколько дней и лишь после этого можно эксплуатировать скважину. После оценки затвердевания цемента следует почистить скважину от остатков раствора при помощи желонки, далее проверить на предмет герметичности. Для этого необходимо в трубу закачивать воду под высоким давлением в течение получаса. Критерием для проверки будет снижающее давление на 0,3 -0,5 Мпа. Таким образом, этот критерий будет свидетельствовать о том, что скважина готова к эксплуатации.

Выводы

Цементирование является достаточно сложным процессом, требующим профессиональных навык и использования специального оборудования. Однако его можно выполнить собственноручно, если знать все условия работы. В первую очередь следует грамотно выбрать и приготовить тампонажный раствор, применив специальные агрегаты, а уже затем укрепить ствол цементом. Кроме того, на новый водоисточник будет затрачено ничуть не меньше, чем этот процесс.

Источник