Методы цементирование скважин

В тех случаях, когда бурение скважины проводилось в легких песчаных грунтах, требуется дополнительная защита обсадных труб от смещения и коррозии. Укрепить шахту и продлить срок службы источника поможет такой метод как цементация скважины.

Как проводится цементирование

Суть процесса заключается в том, чтобы после установки и закрепления обсадных элементов заполнить затрубное пространство цементным раствором. Если ствол состоит из внутренней и внешней трубы, раствором заполняют межтрубное пространство. После застывания раствор образует прочный монолитный слой, который предохраняет шахту от повреждения и разрушения.

Подобная обработка ствола после бурения называется тампонированием. Для ее проведения необходимы определенные навыки и знания, а также специализированное оборудование для закачки раствора. При соблюдении технологических требований удается не только укрепить ствол шахты, а и устранить все пустоты и поры, через которые в обсадную трубу проникают различные примеси и абразивные частицы, ухудшающие качество воды и способствующие быстрому изнашиванию насосного оборудования.

Скважины также цементируют в тех случаях, когда они больше непригодны к эксплуатации.

Последовательность проведения работ

Цементация скважин проводится в несколько последовательных этапов. Вначале рассчитывается количество цементного раствора, необходимого для полного заполнения пространства между грунтом и наружными стенками обсадных труб. Поскольку тампонирование должно идти непрерывно, очень важно точно подсчитать и подготовить достаточные объемы цемента.

Схема цементации скважины

Далее готовый раствор подается к шахте и закачивается между трубами и грунтом. После застывания цемента проводится проверка качества выполненных работ.

Какие растворы используют для тампонирования

При тампонаже скважин применяются цементные смеси, отвечающие целому ряду требований. Консистенция готового раствора должна быть такой, чтобы его можно было легко доставить к месту проведения работы. От пластичности и текучести смеси зависит, насколько качественно будут заполнены все полости и пустоты. Кроме этого, приготовленный раствор должен обладать:

• хорошей адгезией к поверхности труб и грунту;
• повышенными прочностными характеристиками после окончания процесса затвердевания;
• химической нейтральностью;
• устойчивостью к воздействию грунтовых вод;
• отсутствием усадки во время затвердения.

При самостоятельном выполнении работ приготовление цементировочной смеси проводят на основе специального тампонажного портландцемента. Стоимость его несколько выше, чем у обычного цемента, однако особые силикатные добавки позволяют значительно повысить устойчивость застывшего раствора к различным внешним воздействиям.

В качестве дополнительного компонента может использоваться песок, барит или асбест. Кроме этого в состав должны входить специальные добавки:

1. Вещества, ускоряющие застывание раствора или, наоборот, замедляющие его схватывание. Выбор веществ зависит от температуры воздуха в момент проведения заливки.
2. Пластификаторы, обеспечивающие вязкость и текучесть готовой смеси.
3. Добавки, повышающие устойчивость к низким температурам и перепадам температурного режима.
4. Поглотители влаги.

Смешивание можно проводить вручную, однако при больших объемах раствора для тщательного перемешивания всех компонентов лучше привлечь специальную технику.

Какое оборудование потребуется для проведения работ

Качественное цементирование шахты возможно при полном соблюдении всех требований технологического процесса. Прерывание заливки цементной смеси существенно снизит прочность защитного слоя. Лучший вариант — взять в аренду спецоборудование, которое выполняет полный комплекс работ от смешивания раствора до подачи его в затрубное пространство и полного заполнения всех полостей. В крупных городах (таких, как Москва, областные и региональные центры) найти такую технику не составит труда.

Смесительная установка

Если же арендовать такой агрегат нет возможности, необходимо найти и подготовить следующее оборудование для цементирования скважин:

• миксер для перемешивания компонентов раствора;
• насосное оборудование, способное подкачивать готовую смесь под высоким давлением;
• специальную цементировочную головку для подачи раствора в шахту;
• определенное количество заливочных пробок (зависит от метода выполнения заливки);
• шланг для подачи смеси (лучше всего выполнять работы с использованием гибкого пожарного шланга);
• мерная емкость.

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.

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.

Длительность затвердения защитного слоя и проверка его качества

Образование цементного камня начинается сразу после завершения заливки смеси. Процесс полного затвердения зависит от температуры окружающей среды, состава и влажности грунта, материала обсадных элементов, а также характеристик и перечня компонентов самого раствора. Если нет возможности определить момент, когда защитный слой полностью сформировался, следует выждать как минимум 48 часов до выполнения каких либо действий.

В течение этого времени использование тросов, проволоки и других приспособлений для прощупывания заливки категорически не рекомендуется. Любое механическое воздействие может негативно сказаться на качестве и целостности цементного камня.

По истечении двух суток рекомендуется провести проверку полученного защитного слоя. Более точные результаты можно получить только с использованием специального профессионального оборудования. Существует три способа проверки целостности раствора:

• Акустический. Методика основана на простукивании обсадных труб по всей длине шахты и обработке полученных результатов через компьютерную программу.
• Радиологический. Измерение проводится специальными радиоприборами.
• Термальный. Проводится измерение температур в процессе застывания слоя.

Если нет возможности пригласить специалистов для оценки выполненных работ, проверить готовность цементного слоя можно при помощи упрощенного термального метода. Для этого в течение периода застывания смеси измеряют температуру у стенок обсадных труб. Она должна вначале сравнятся с температурой окружающего воздуха, а затем стать на 1-1,5 градуса ниже.

Завершающим этапом является очистка ствола от остатков смеси. При выполнении работ своими руками очистку можно проводить желонкой. Перед вводом источника в эксплуатацию проводится проверка шахты на герметичность. Для этого в течение 20-30 минут в ствол закачивают воду под давлением. Если за это время давление воды снизилось не более, чем на 0,5 МПа, работы были выполнены качественно.