Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

По окончании бурения скважин проводят ликвидационное тампо­нирование, цель которого — устранение проникновения в скважину поверхностных и подземных вод, а также предотвращение загрязнения водоносных горизонтов после извлечения обсадных труб.

При выполнении работ по ликвидационному тампонированию, имеющему важное значение для охраны недр, следует руководство­ваться утвержденными инструкциями и правилами, действующими в данном регионе.

В зависимости от горных, геологических и гидрогеологических ус­ловий разведуемой площади применяют простой или сложный (спе­циальный) способ тампонирования. Перед ликвидационным тампо­нированием необходимо выполнить следующие работы:

— провести кавернометрию скважины с целью определения более точного ее объема;

— выполнить комплекс расходометрических исследований для вы­явления неизолированных поглощающих водопроявляющих горизон­тов, горных выработок, их местоположения и мощности;

— промыть скважину до полной очистки забоя и ствола буровым раствором, используемым при бурении.

Простой метод ликвидационного тампонирования скважин заклю­чается в заполнении всего объема скважины от забоя до устья тампо — нажной смесью. Заполнение смесью следует проводить с одновремен­ным вытеснением из скважины бурового раствора. Для его надежного вытеснения и предупреждения разбавления тампонажной смеси сква­жины тампонируют поинтервально снизу вверх.

В скважину спускают бурильные трубы, нижний конец которых должен быть на 1—2 м выше забоя, после чего закачивают тампонаж-

ную смесь, количество которой должно обеспечивать разовое запол­нение 50—100 м скважины номинальным диаметром до 76 мм. При тампонировании предпоследнего интервала (а также неглубоких сква­жин) тампонажную смесь закачивают до появления ее на устье, после чего поднимают оставшуюся часть бурильных труб, а скважину запол­няют доверху через устье. При использовании глиноцементных ра­створов скважину опрессовывают через устье при избыточном давле­нии 6—8 МПа в течение 30—40 мин.

Устье ликвидируемой скважины оборудуют следующим образом. Вокруг кондуктора бурят шурф размерами 1x1x1 м, затем обсадную трубу срезают на 0,8 м ниже уровня земли и сверху закрывают ме­таллической крышкой с надписью (номер скважины, год ликвидации, краткое название геологоразведочной организации). При отсутствии труб устье перекрывают бетонной плитой размерами 0,8 х 0,8 х 0,2 м с аналогичной надписью, и шурф засыпают землей.

Специальный метод ликвидационного тампонирования скважин за­ключается в заполнении объема скважины от забоя до устья тампо — нажной смесью с установкой разделительных изолирующих пробок. Эти пробки могут иметь любую конструкцию, обеспечивающую надеж­ность их фиксации в заданных интервалах и устойчивость при воз­можных нагрузках (давление, развиваемое буровым насосом и цемен­тировочным агрегатом при тампонировании, столбом жидкости в сква­жине и т. д.). Тип и конструкция разделительных пробок, метод их установки выбираются технологической службой геологоразведочного предприятия и предусматриваются проектом ликвидационного тампо­нирования скважин.

Разделительные изолирующие пробки устанавливают в кровле гор­ных выработок, угольных пластов рабочей мощности, рудных тел, которые рассматриваются как перспективные горные выработки. Такие пробки можно не устанавливать в пределах проявившихся в процессе бурения напорных и поглощающих горизонтов, на контакте коренных и покровных отложений, а также в почве горных выработок и водо­носных горизонтов.

Разделительные пробки устанавливают в кровле горной выработки на расстоянии не менее 40-кратной ее мощности, в почве горной выработки — на расстоянии не менее ее 4-кратной мощности, а также и подошве в кровле поглощающих и водопроявляющих горизонтов, сложенных плотными породами.

Тампонажную смесь готовят в объеме для заполнения определен­ного интервала. Интервал тампонирования за один прием (длина моста) обусловлен расстоянием между разделительными пробками или дли­ной разового заполнения объема скважины (50—100 м при диаметре скважины до 76 мм; 200—300 м при диаметре более 76 мм). После тампонирования определенного интервала и установки изолирующей пробки процесс приготовления смеси повторяют.

При выборе рецептуры тампонажной смеси необходимо учитывать агрессивность подземных вод.

Объем тампонажной смеси для тампонирования интервала сква­жины Ут р (м3) определяют по формуле:

К, р = 0,785ВД, А2/ц, (Ю.76)

где Кл — коэффициент запаса объема, величину которого принимают в зависимости от состояния стенок скважины; при наличии каверн размером до 1,5 номинального диаметра скважины К3=,, при нали­чии каверн до 2 номинальных диаметров скважины АГ3= 1,2; ^ — ко­эффициент потерь раствора при одном цикле закачки: ^„ = 0,08—0,15; Д — диаметр скважины по данным кавернометрии, м; /и — длина ра­зового интервала тампонирования, м.

Количество продавочной жидкости, нагнетаемой за один цикл К. ж (М3), находят из выражения

КПЖ = 0,785^Л6.Т, (10.77)

где й0 — внутренний диаметр заливочных труб, м; Лб т —глубина по­гружения нижней части заливочных труб, м.

Качество тампонирования контролируют путем сравнения рассчи­танного по данным кавернометрии объема скважины и фактического

расхода тампонажной смеси, а также путем сравнения сроков схваты­

вания применяемой тампонажной смеси с фактическими.

Контрольные пробы тампонажной смеси отбирают из каждой вновь приготовленной порции смеси перед ее закачкой в скважину. Образ­цы тампонажного камня извлекают из скважины через 1—2 ч после отвердения проб, визуально исследуют, документируют и фиксируют в акте о ликвидационном тампонировании скважины. Количество и места взятия образцов тапмпонажного камня определяют проектом тампонирования скважины и обусловлены геологическими, гидроге­ологическими и горными условиями района работ.

Ликвидационное тампонирование скважин, вскрывших питьевые воды и эксплуатируемые водоносные горизонты, а также самоизливающих — ся скважин производят с выполнением дополнительных требований.

В скважинах, расположенных в первом поясе зон санитарной ох­раны и вблизи действующих скважин, независимо от глубины залега­ния водоносного горизонта, кроме установки разделительных пробок, производят сплошную заливку через бурильные трубы глиноцемент­ного или песчано-цементного раствора.

При вскрытии скважиной эксплуатируемых водоносных горизонтов или питьевых вод интервал скважины между разделительными проб­ками, установленными в кровле и почве водоносного горизонта, об­рабатывают раствором хлорной извести (из расчета 125 мг активного хлора на 1 л воды) и заполняют чистым песком или щебнем.

При вскрытии напорного водоносного горизонта самоизлив из сква­жины, как правило, должен быть прекращен до начала дальнейшей углубки за счет повышения плотности промывочной жидкости.

При ликвидационном тампонировании самоизливающихся скважин, когда пьезометрический уровень над устьем скважины не превышает

1.5 м, на обсадную колонну навинчивают патрубок длиной, обеспечи­вающей прекращение самоизлива. Дальнейшие операции по тампо­нированию проводят в соответствии с утвержденным проектом. В слу­чае, когда пьезометрический уровень над устьем скважины превышает

1.5 м, в скважину через загерметизированное устье или по бурильным трубам с использованием съемных пакерующих устройств нагнетается утяжеленный глинистый раствор под давлением, превышающим напор воды. При невозможности герметизации устья или установки пакера утяжеленный глинистый раствор нагнетают в скважину через колон­ну бурильных труб, опущенную в скважину на глубину на 1—1,5 м выше забоя, с расходом, превышающим дебит скважины.

Самоизливающиеся скважины без обсадных труб ликвидируют сле­дующим образом:

— рядом с ликвидируемой скважиной бурят вспомогательную, вскры­вающую самоизливающийся водоносный горизонт на всю его мощность;

— проводят откачку из вспомогательной скважины с целью по­нижения уровня воды в ликвидируемой скважине ниже поверхности земли и облегчения поиска ее ствола;

— монтаж бурового оборудования на ликвидируемой скважине и проведение тампонажных работ по вышеуказанным схемам (откачку из вспомогательной скважины производят до полного восстановления водоупоров в ликвидируемой скважине);

— ликвидируют вспомогательную скважину.

Ликвидационное тампонирование на месторождениях минераль­ных солей, склонных к выщелачиванию, должно предотвратить опас­ность обводнения и обеспечить надежную изоляцию полезного иско­паемого на контакте с вмещающими породами.

Над разделительными пробками, устанавливаемыми в кровле и почве соленосного пласта, создается тампон из глины высотой 10 м. Для тампонирования собственно соленосных отложений используют магнезиальные цементы на основе каустического магнезитового по­рошка. В качестве жидкости затворения применяют насыщенный раствор М^С12 или природного бишофита. При этом непосредственно перед подачей в скважину цементного раствора прокачивают буфер­ную жидкость, которая по своему составу, как и продавочная, должна соответствовать жидкости затворения.

При тампонировании пластов каменной соли можно использовать тампонажный цемент, который затворяется на насыщенном раство­ре ЫаС1. Для снижения водопроницаемости тампонажного камня в раст­вор добавляют бентонитовый глинопорошок в количестве до 10 % от массы цемента.

Тампонирование соленосных отложений осуществляют также с ис­пользованием обезвоженных солей магния. Содержание основного вя­жущего вещества (]У^С12 или М§804) может изменяться от 30 до 100 % по массе, а в качестве наполнителя применяют молотую каменную соль. Соотношение компонентов тампонажной смеси подбирают с учетом химического состава соляных пород.

При упрощенном способе тампонирования для ликвидации сква­жин глубиной до 50 м в качестве тампонажного материала возможно использование глиняных шариков. Шарики изготовляют из жирной глины размером 0,7—0,8 диаметра скважины и доставляют в скважи­ну порционно по 25—30 шт., после чего их трамбуют. Разовый объем тампонажной смеси определяют из расчета на всю глубину скважины или поинтервального заполнения объема скважины.

При специальном способе тампонирования разовый объем приго­товления тампонажной смеси и мощность тампонируемого интервала определяют местом установки разделительных изоляционных пробок. Закачку тампонажной смеси в скважину производят через колонну бурильных труб, нижний конец которых должен располагаться не вы­ше 1—2 м от подошвы тампонируемого интервала. При необходимо­сти создания в скважине дополнительного давления можно приме­нять пакерующие устройства. Предельное время тампонирования от­дельного интервала скважины не должно превышать 75 % времени до начала схватывания тампонажной смеси, считая от момента затворе — ния цемента.

Для вытеснения тампонажной смеси из колонны бурильных труб в качестве продавочной жидкости применяют техническую воду или используемую при бурении промывочную жидкость.

Для ликвидации устья скважины проходят шурф размером 1x1x1 м. Устье скважины перекрывают бетонной плитой размером 0,8 х 0,8 х 0,15 м, на которой фиксируют данные по скважине (номер, глубину, год лик­видации, название геологической организации). Далее шурф засыпа­ют землей. При наличии обсадной трубы ее срезают на 0,8 м ниже уровня земли и устанавливают репер в виде приваренной заглушки с аналогичной надписью. Верхний конец репера должен быть ниже уровня земли не менее чем на 0,6 м. Допускается установка репера другой конструкции, обеспечивающей фиксацию местоположения сква­жины и надежное перекрытие устья.

Ликвидационное тампонирование выполняет буровая бригада в при­сутствии бурового мастера и участкового геолога (гидрогеолога). Спе­циальное тампонирование производят под непосредственным руковод­ством начальника участка (технического руководителя буровых работ, технолога по бурению). Ответственность за правильность организации всего комплекса по ликвидационному тампонированию возлагается на главного инженера ГРЭ (ГРП). За составление проекта отвечает глав­ный геолог. За качественное выполнение работ в точном соответствии с проектом несут ответственность буровой мастер и участковый гео­лог, а при специальном тампонировании — непосредственный руково­дитель этой работы и участковый геолог.

Акт о ликвидационном тампонировании составляет комиссия, в ко­торую входят буровой мастер, участковый геолог (гидрогеолог) и бу­рильщик. Копии актов по скважинам, расположенным на площадях горнодобывающих предприятий, высылаются последним не позднее 10 дней после их составления.

Если на рассматриваемой площади нет газовых или нефтегазо­вых залежей, а также горизонтов с напорными минерализованными водами, которые могут загрязнять пресные или целебные воды, раз­решается перед ликвидацией скважины извлекать из нее обсадные трубы.

Консервацию скважин производят в случаях, когда при испыта­нии из пласта получен приток промышленного значения, но пло­щадь или участок площади не подготовлены к эксплуатации. Кон­сервацию нужно делать так, чтобы скважину можно было повторно ввести в эксплуатацию, при этом коллекторские свойства пристволь­ной зоны за время консервации не должны быть существенно ухуд­шенными.

Способ консервации зависит от длительности ее и коэффициента аномальности пластового давления ка. Если ка> 1,0, нижний участок скважины следует заполнить промывочной жидкостью на нефтяной основе или другой, не вызывающей ухудшения коллекторских свойств пласта; над интервалом перфорации установить цементный мост высотой не менее 25 м, а остальную часть эксплуатационной колон­ны заполнить седиментационно устойчивой жидкостью. Давление столба этой жидкости должно на 5—10 % превышать пластовое. Самый верхний участок длиной примерно в 30 м, а в районах с многолетне­мерзлыми породами —от устья до глубины на 50—100 м ниже ниж­ней границы таких пород заполняют незамерзающей жидкостью (на­пример, соляровым маслом, раствором СаС12 и т. п.). На период кон­сервации насосно-компрессорные трубы остаются в эксплуатационной колонне над цементным камнем.

Если коэффициент аномальности пластового давления ка < 1,0, то при продолжительности консервации более одного года из газовых скважин глубиной до 2000 м и из нефтяных скважин насосно-ком­прессорные трубы извлекают, на устье устанавливают задвижку высо­кого давления с контрольным вентилем.

При консервации скважин с ка< 1 на срок в несколько месяцев цементные мосты разрешается не устанавливать, а при кратковре­менной консервации (до 3 мес) такие скважины можно не залавли­вать промывочной жидкостью. На период консервации насосно-ком­прессорные трубы остаются в эксплуатационной колонне над филь­тром; на устье устанавливают фонтанную арматуру с контрольным вентилем.

Территорию вокруг законсервированной скважины огораживают; на ограждении указывают номер скважины, название месторождения, наименование предприятия и срок консервации. С задвижек фонтан­ной арматуры снимают штурвалы, фланцы задвижек закрывают за­глушками, а в патрубки вместо манометров ввинчивают пробки. В пе­риод консервации скважина должна быть под регулярным наблюдением. Если консервация продолжительная, состояние скважины проверяют не реже одного раза в квартал и результаты проверки заносят в спе­циальный журнал.

Нефтяные, газовые и водоносные проницаемые пласты, вскрытые скважиной, разобщают друг от друга для того, чтобы устранить воз­можность перетока пластового флюида из одного объекта в другой или в атмосферу и таким образом предотвратить непроизводительное расходование энергии в продуктивных горизонтах, проникновение в них чуждых вод и ухудшение коллекторских свойств, исключить опасность загрязнения окружающей среды, возникновения взрывов и пожаров на территории близ скважины, а также опасности несчастных случаев с людьми. Для этого в скважину спускают колонну обсадных труб и цементируют затрубное пространство.

Одноступенчатый способ цементирования — наиболее распространен­ный способ цементирования. После окончания промывки скважины на обсадную колонну навинчивают цементировочную головку с двумя цементировочными разделительными пробками — нижней и верхней, удерживаемых от сползания вниз стопорами. Нижняя пробка имеет центральное отверстие, перекрытое мембраной. Пробки изготовляют из легко разбуриваемого материала. Нижняя пробка служит для пре­дотвращения перемешивания тампонажного раствора с идущей впере­ди жидкостью при движении по обсадной колонне и для сдирания пленки промывочной жидкости с внутренней поверхности труб. Верх­няя пробка предотвращает перемешивание тампонажного раствора с про — давочной жидкостью. К отводам головки присоединяют трубопроводы от цементировочных насосов.

Цементирование осуществляют следующим образом. Вывинчива­ют стопор, удерживающий нижнюю пробку и поверх нее в головку цементировочными насосами закачивают тампонажный раствор, ко­торый готовят с помощью специальных смесительных машин. Тампо­нажный раствор 3 проталкивает нижнюю разделительную пробку 4 по обсадной колонне 5 (рис. 10.14).

После закачки в обсадную колонну тампонажного раствора в объе­ме, достаточном для заполнения заданного интервала заколонного пространства скважины и участка колонны ниже упорного кольца 6, закрывают краны 9 на нижних боковых отводах 2 головки 1, вывинчи­вают стопоры, удерживающие верхнюю разделительную пробку, и по­верх нее закачивают продавочную жидкость 12 через верхний отвод 10 головки. В качестве продавочной обычно используют промывочную жидкость, которой была заполнена скважина, либо воду. После того как верхняя пробка 11 войдет в обсадную колонну, вновь открывают краны на нижних боковых отводах головки и через них также зака­чивают продавочную жидкость.

Нижняя пробка, дойдя до упорного кольца 6 (стоп-кольца) в ко­лонне, останавливается. Так как нагнетание жидкости в колонну про­должается, давление в ней после остановки нижней пробки быстро растет. Под воздействием разности давлений над пробкой и под ней мембрана в пробке разрушается, и тампонажный раствор через проход-

Рис. 10.14. Схема одноступенчатого цементирования: а — закачка тампонажного раствора; 6 — начало закачки продавочной жидкости; в —завершение закачки продавочной жидкости; / — головка; 2—боковые отводы; 3 — тампонажный раствор; 4 — нижняя разделительная пробка; 5 —обсадная колонна; 6 — упорное кольцо; 7—обратный клапан; 8, 9 — краны; 10— верхний отвод головки; // — верхняя пробка; 12— продавочная жидкость

ной канал в пробке и отверстия в башмаке и башмачном патрубке, установленные в нижней части колонны, вытесняется в заколонное пространство скважины.

Плотность тампонажного раствора в большинстве случаев выше, чем промывочной жидкости в скважине, поэтому с момента начала вы­теснения тампонажного раствора в заколонное пространство давление в цементировочной головке и в насосах увеличивается по мере продви­жения верхней пробки вниз по колонне. После посадки верхней проб­ки на нижнюю давление в колонне резко возрастает. Резкий прирост давления («скачок») служит сигналом для прекращения нагнетания продавочной жидкости в колонну; по этому сигналу краны 8 и 9 на

головке закрывают, насосы останавливают, а скважину оставляют в по­кое на период твердения тампонажного раствора или ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).

Если обсадная колонна оборудована прочным и герметичным об­ратным клапаном 7, после остановки насосов избыточное давление в це­ментировочной колонне обычно стравливают, плавно приоткрывая один из кранов. При его отсутствии избыточное давление в головке сразу же по окончании цементирования стравливать нельзя. В таком случае на цементировочной головке желательно наличие предохранительного клапана, отрегулированного на давление, несколько меньшее предель­но допустимого для обсадной колонны. Тогда при приближении дав­ления к опасному пределу клапан откроется и опасность разрушения колонны будет исключена.

Двухступенчатое цементирование. Подлежащий цементированию ин­тервал скважины делят на два участка, а в состав обсадной колонны на стыке этих участков включают специальную цементировочную муфту (рис. 10.15). Снаружи колонны над муфтой и под нею размещают центрирующие фонари. Существуют две разновидности двухступенча­того цементирования.

При ступенчатом цементировании с разрывом во времени сначала в колонну 4 закачивают первую порцию 3 тампонажного раствора в объеме, необходимом для заполнения заколонного пространства от забоя до цементировочной муфты и участка колонны ниже упорного кольца 9, а затем поверх первой разделительной пробки 2 — прода — вочную жидкость. Первая разделительная пробка имеет эластичные

а б в г д Рис. 10.15. Схема двухступенчатого цементирования: а — закачка тампонажного раствора для нижней ступени; б —перед окончанием цементирования нижней ступени; в — промывка после цементирования нижней ступени; г — цементирование второй ступени; д —окончание цементирования второй ступени

резиновые манжеты, которыми она прижимается к стенкам обсадной колонны, и жесткий центральный стержень. Диаметры стержня и эла­стичность манжет таковы, что пробка достаточно свободно прохо­дит через цементировочную муфту, но садится на нижнее упорное кольцо.

После закачки порции продавочной жидкости в объеме, равном внутреннему объему колонны между упорным кольцом 9 и цементи­ровочной муфтой, освобождают вторую разделительную пробку 77 и поверх нее снова закачивают продавочную жидкость 10. Пробка 11 опускается вниз по колонне, садится на нижнюю втулку 6 муфты и перекрывает проходной канал в ней. Поскольку нагнетание жидкости продолжается, давление в колонне резко возрастает; при повышении давления на 3—4 МПа шпильки 7, удерживающие втулку 6, срезают и последняя вместе с пробкой перемещается вниз до упора 8, откры­вая боковые отверстия 7 в муфте, через которые продавочная жид­кость выходит в заколонное пространство. Промывают верхний ин­тервал скважины до тех пор, пока не затвердеет тампонажный раст­вор в нижнем участке (от нескольких часов до суток). После этого в колонну закачивают вторую порцию тампонажного раствора в объеме, необходимом для заполнения верхнего участка заколонного простран­ства, освобождают из цементировочной головки верхнюю пробку 12 и вытесняют тампонажный раствор через боковые отверстия в муфте новой порцией 13 продавочной жидкости. Объем этой порции равен внутреннему объему участка обсадной колонны от муфты до цемен­тировочной головки. Верхняя пробка 12, достигнув втулки 5, укреп­ленной с помощью тарированных шпилек в корпусе цементировоч­ной муфты, сдвигает втулку вниз до упора в торец нижней втулки 6, при этом втулка 5 закрывает отверстия 7 муфты и разобщает полость колонны от заколонного пространства.

После затвердения тампонажного раствора и проверки герметич­ности верхнего участка обсадной колонны пробки втулки и упор раз­буривают.

Ступенчатое цементирование с разрывом во времени применяют в следующих ситуациях:

■/ если при одноступенчатом цементировании неизбежно погло­щение раствора;

✓ если вскрыт пласт с аномально высоким давлением и в период схватывания тампонажного раствора после одноступенчатого цемен­тирования могут возникнуть перетоки и газопроявления;

•/ если для одноступенчатого цементирования требуется одновре­менное участие в операции чрезмерно большого числа цементировоч­ных насосов и смесительных машин.

Основной недостаток данного способа — большой разрыв во вре­мени между окончанием цементирования нижнего и началом цемен­тирования верхнего участков — можно устранить, установив на обсад­ной колонне ниже цементировочной муфты наружный пакер. Если по окончании цементирования нижней ступени заколонное простран­ство скважины герметизировать пакером, можно сразу же приступить к цементированию верхнего участка.

Последовательное ступенчатое цементирование целесообразно в следующих случаях: а) при недостаточной мощности цементировоч­ных насосов для проведения операции в один прием; б) недостаточ­ном количестве цементировочных насосов и смесительных машин для выполнения операции в один прием либо невозможности на буровой площадке размещения такого оборудования; в) использова­нии тампонажных растворов разного состава, например, с существен­но разными сроками загустевания (схватывания) для верхнего и ниж­него участков скважины.

При последовательном цементировании в колонну закачивают первую порцию тампонажного раствора в объеме, необходимом для заполнения заколонного пространства от забоя до цементировочной муфты и участка колонны ниже упорного кольца, затем поверх пер­вой разделительной пробки — первую порцию продавочной жидкости в объеме, равном внутреннему объему колонны от упорного кольца до цементировочной муфты. Вслед за этой порцией продавочной жидкости в колонну спускают вторую разделительную пробку и зака­чивают вторую порцию тампонажного раствора в объеме, равном объе­му заколонного пространства от муфты до заданной отметки. Поверх второй порции тампонажного раствора помещают третью разделитель­ную пробку и закачивают вторую порцию продавочной жидкости. Объем этой порции равен внутреннему объему обсадной колонны на участке от цементировочной муфты до устья. Ко времени, когда вто­рая разделительная пробка достигнет цементировочной муфты и от­кроет отверстия в ней, первая порция тампонажного раствора будет вытеснена в заколонное пространство. После схождения второй и третьей пробок давление в колонне резко возрастает и это служит сигналом для закрытия кранов на цементировочной головке и оста­новки насосов.

После остановки насосов избыточное давление в цементировоч­ной головке плавно стравливают, если обратный клапан и цементи­ровочная муфта герметичны, и оставляют скважину в покое для твер­дения тампонажного раствора (с закрытыми кранами на головке). При стравливании давления необходимо контролировать объем жид­кости, вытекающей из колонны.

Основные недостатки способа: значительно более высокое давле­ние на стенки скважины, чем при цементировании с разрывом во времени. Это создает опасность поглощения и опасность возникно­вения перетоков и заколонных газопроявлений в период схватывания и твердения тампонажного раствора.

Цементировочные муфты следует размещать против устойчивых непроницаемых пород. Цементировочная муфта должна обеспечивать герметичное разобщение полости колонны от заколонного простран­ства не только в период твердения тампонажного раствора, но также и после разбуривания втулок в ней.

Скважины иногда цементируют в три и даже четыре приема. Для этого в состав колонны включают соответственно две или три цемен­тировочные муфты. Последовательность работ такая же, как и при двухступенчатом цементировании.

Манжетное цементирование применяют для цементирования сква­жин в случае, когда в продуктивном пласте установлена заранее пер­форированная колонна или фильтр.

В состав обсадной колонны немного выше фильтра включают це­ментировочную муфту (или другое устройство, способное выполнить ее функции), а на наружной поверхности колонны между муфтой и фильтром укрепляют манжету, изготовленную в виде брезентовой во­ронки на упругом металлическом каркасе.

При закачке в обсадную колонну расчетного объема тампонажно­го раствора последний отделяют от промывочной и продавочной жидкостей двумя разделительными пробками подобно второй порции тампонажного раствора при последовательном ступенчатом цементи­ровании. Объем продавочной жидкости равен внутреннему объему ко­лонны от цементировочной муфты до устья.

Первая пробка садится на нижнюю втулку цементировочной муфты, сдвигает ее вниз до упора и открывает боковые отверстия в корпусе муфты, через которые в заколонное пространство вытесняется тампо — нажный раствор. Вторая пробка садится на верхнюю втулку, сдвигает ее вниз до упора в торец первой пробки и закрывает отверстия в муфте. Резкий скачок давления в цементировочной головке и насосах в момент схождения пробок служит сигналом для прекращения подачи продавоч­ной жидкости и закрытия кранов на отводах цементировочной головки.

Если колонна снабжена герметичным обратным клапаном и це­ментировочной муфтой, после остановки насосов избыточное давле­ние в цементировочной головке плавно стравливают и оставляют сква­жину в покое с закрытыми кранами на период твердения тампонаж­ного раствора. В период твердения раствора контролируют величину избыточного давления в цементировочной головке и при необходимо­сти плавно стравливают его.

Манжета служит для предотвращения осаждения тампонажного раст­вора в зону фильтровой части обсадной колонны. В газовых скважинах вместо манжеты целесообразно использовать наружный пакер на колонне.

Обратное цементирование — способ, при котором обсадную колонну спускают в скважину без обратного клапана и упорного кольца. На верх­ний конец колонны после промывки навинчивают головку с кранами высокого давления и лубрикатором. Головку соединяют трубопрово­дом с циркуляционной системой буровой. Заколонное пространство скважины герметизируют с помощью превентора.

Цементный раствор закачивают непосредственно в заколонное про­странство; вытесняемая им промывочная жидкость поднимается вверх по обсадной колонке и через устьевую головку и трубопровод направ­ляется в очистную систему. После того как первая порция тампонаж­ного раствора войдет в башмак колонны, насосы останавливают, краны на устьевой головке закрывают и скважину оставляют в покое на пе­риод твердения раствора.

Если различие в плотностях тампонажного раствора и промывоч­ной жидкости значительно, а объем тампонажного раствора достаточ­но велик, скорость течения последнего в заколонном пространстве может возрасти настолько, что давление в этом пространстве вблизи устья упадет ниже атмосферного. Тогда будут иметь место подсос воз­духа через негерметичности в обвязке трубопроводов либо приток жидкости из проницаемых пород. Во избежание этого в период це­ментирования необходимо регулировать скорость выхода промывоч­ной жидкости из колонны, с тем чтобы давление в заколонном про­странстве перед устьем всегда было несколько выше атмосферного.

Наибольшую трудность при обратном цементировании представ­ляет определение момента прохождения первой порции тампонажно­го раствора к башмаку обсадной колонны. Более точно такой момент можно определить с помощью прибора для гамма-каротажа, который спускают в скважину на кабеле, пропущенном через лубрикатор в устье­вой головке, и устанавливают поблизости (в 100—200 м) от башмака. Первую порцию тампонажного раствора активируют изотопом с малым периодом полураспада. Зная глубину установки прибора в колонне и объем заколонного пространства на участке от этой глубины до баш­мака колонны, по суммарной подаче насосов, закачивающих жид­кость в скважину, можно рассчитать время заполнения тампонажным раствором этого участка и вхождения его внутрь колонны.

При обратном цементировании на стенки скважины оказывается меньшее давление, чем при одноступенчатом способе; требуются менее мощные насосы; проще, чем при других способах, добиться более полного замещения промывочной жидкости тампонажным раствором. Однако при таком способе качество тампонажного раствора, поступающего в ниж­нюю часть скважины, ниже, чем при одноступенчатом цементировании.

Обратное цементирование целесообразно применять в следующих ситуациях:

^ если из-за опасности поглощения одноступенчатое цементиро­вание невозможно;

у’ если на буровой нельзя сосредоточить достаточное число мощ­ных насосов для цементирования другими способами.

Цементирование обсадных колонн, оборудованных наружными паке — рами. Для повышения качества разобщения затрубного пространства скважины в интервалах многопластовых залежей с большими пере­падами давлений между горизонтами, а также для изоляции пластов с подошвенной водой обсадную колонну оборудуют специальными наружными пакерами (рис. 10.16).

Спуск и цементирование обсадных колонн, на которых установ­лены пакерующие устройства, осуществляют согласно общепринятой технологии с выполнением некоторых специальных требований и по­ложений, отраженных в соответствующих руководствах и инструкциях по монтажу и эксплуатации пакеров.

Обсадную колонну, на которой предусматри­вается установка наружного пакера, в нижней ча­сти в обязательном порядке оборудуют надежным обратным клапаном или устройством, выполняю­щим его роль.

При использовании ПФМ (пакер-фильтр меха­нический) или гидравлических пакеров примене­ние нижних цементировочных пробок вследствие их конструктивных особенностей исключается. Не­посредственно выше и ниже пакера на обсадной колонне устанавливают центраторы (фонари).

-о

В сложных гидрогеологических условиях разоб­щения многопластовых залежей рекомендуется ус­танавливать на одной обсадной колонне несколько наружных пакеров одного типоразмера.

Порядок цементирования обсадной колонны с пакером типа ПФМ мало чем отличается от обще­принятого, поскольку процесс закачивания и про- давливания цемента не претерпевает изменений.

Разница лишь в том, что продавочная пробка, про­двигаясь в колонне вниз в процессе продавливания тампонажного раствора, срезает выступающие внутрь пакера чугунные пробки-клапаны (этот момент от­мечается скачкообразным возрастанием давления на

1,5— 2 МПа с последующим снижением его до ра­бочей величины) и продолжает движение до момен­та посадки на кольцо «стоп».

Обвязку с цементировочной головкой, установ­ленной на устье скважины, осуществляют с помо­щью гибкого металлического шланга. При боль­шом количестве цементировочных агрегатов в одну линию может быть включено несколько машин.

Рис. 10.16. Пакер типа ПДМ: 1 — фиксатор; 2, 5— сре­заемые элементы; 3 — верхняя втулка; 4— уп­лотнительное кольцо; 6— нижняя втулка; 7— металлический шар; корпус; 9 — уплот­нительный элемент; 10 — нижняя втулка

В различных нефтегазовых районах страны со­ставлены свои рациональные схемы для расстанов­ки цементировочных агрегатов и цементно-смеси — тельных машин, что позволяет в значительной мере сократить время и средства на проведение опера­ции, а также облегчить труд операторов. При ис­пользовании облегченных тампонажных растворов количество агрегатов может резко возрастать вслед­ствие необходимости набора больших количеств воды, особенно в тех районах, где потребности в ней в течение короткого времени не могут быть удовлетворены.

После сборки труб опрессовывают нагнетательные линии на дав­ление, в 1,5 раза превышающее рабочее. При цементировании сква­жин большим количеством агрегатов прибегают к помощи устьевого оборудования (тележки АУ-5). После приготовления и закачки це­
ментного раствора все нагнетательные линии и насосы цементиро­вочных агрегатов промывают от остатков цементного раствора. Посад­кой разделительной пробки на стоп-кольцо управляют одним-двумя цементировочными агрегатами на первой скорости.

Чтобы сцепление камня с горными породами было более надежным, необходимо с поверхности стенок скважины при цементировании уда­лить фильтрационную корку промывочной жидкости с помощью спе­циальных скребков. Для химического разрушения фильтрационных корок используют специальные жидкости, которые прокачивают в сква­жину перед тампонажным раствором. Такие жидкости обычно назы­вают буферными, так как они отделяют промывочную жидкость от тампонажного раствора.

Организация процесса цементирования скважин. Вблизи устья сква­жины цементировочные агрегаты и цементно-смесительные машины расставляют и обвязывают с устьем скважины в соответствии с ранее разработанной схемой.

Цементировочные агрегаты располагают таким образом, чтобы их мерные емкости находились как можно ближе к устью. Агрегаты долж­ны быть поставлены горизонтально и на расстоянии примерно 1 м друг от друга для свободного прохода между ними (рис. 10.17). Между двумя агрегатами устанавливают одну цементно-смесительную машину.

Рис. 10.17. Типовая схема размещения и обвязки цементировочной техники: ], 3 — цементировочные агрегаты ЦА-320; ЦА-320М соответственно; 2— цементно-смесительная машина СМН-20; 4 — станция контроля цементирования; 5 —блок манифольда 1БМ-700; 6— цемен­тировочная головка

От нее подают изготовляемый цементный раствор в приемный мер­ник, из которого цементный раствор закачивается цементировочными агрегатами в скважину.

Комментарии запрещены.