Цементирование скважин

Тампонирование скважин цементом  или содержащими цемент материалами называется цементированием. Цементирование применяется в случаях, когда необходимо получить прочный и плотный тампон на весьма продолжительное время. Для цементирования скважин используется портландцемент, называемый тампонажным.

При смешивании с водой тампонажный цемент образует легкоподвижный раствор, который с течением времени загустевает и постепенно превращается в прочный цементный камень. Сроки и прочность схватывания цементного раствора зависят от качества цементного порошка, тонкости его помола, количества и качества содержащейся в растворе воды.

Количество воды для затворения определяется водоцементным числом, выражающим соотношение масс воды и сухого цемента в единице объема раствора.

Обычно принимают т = 0,4...0,6. При меньших значениях т период жидкого состояния раствора мал, а при больших - прочность цементного камня резко снижается.

Применяемый тампонажный цемент  имеет показатель начала схватывания, т.е.время, при котором он начинает терять подвижность ( не ранее 2 ч после затворения раствора). За период от затворения и до начала схватывания цементного раствора необходимо произвести его закачивание к намеченном) месту установки тампона.

Конец схватывания цементного раствора, когда он полностью теряет подвижность, наступает не позднее 10 ч после затворения. От начала до конца схватывания цементный раствор должен находиться в покое, так как перемешивание его отрицательно сказывается на прочности цементного камня.

Повышение температуры среды, в которой находится цементный раствор, -активный ускоритель его схватывания. Поэтому в глубоких скважинах с высокой температурой у забоя применяют специальные цементы, на которые температура оказывает меньшее влияние.

Кроме того, для замедления используют длительную промывку скважины сильно охлажденной промывочной жидкостью, а также добавляют в цементный раствор замедлители схватывания, в качестве которых применяют буру, крахмал, сернокислое железо, ССБ, гипан, или КМЦ (0,5... 1% от массы сухого цемента).

Весьма целесообразно введение в цементный раствор тонко измельченного кварцевого песка (до 30.. .40% от массы сухого цемента) с добавкой КМЦ. При этом наряду с замедлением схватывания раствора экономится дорогостоящий портландцемент и повышается устойчивость цементного камня к воздействию на него агрессивных сульфатных вод.

Иногда при  цементировании скважин небольшой глубины  возникает необходимость ускорить схватывание цементного раствора. Для ускорения схватывания к цементному раствору добавляют хлористый кальций или хлористый натрий (2-3% от массы сухого цемента).

Цементный раствор приготовляют в обычных глиномешалках или в специальных цементно-смесительных машинах. Наиболее распространены машины 2СМН-20 и ЗАС-30, смонтированные на шасси автомобиля КрАЗ-255Б.

Наиболее простым и широко применяемым при разведочном бурении способом цементирования является погружение башмака обсадной колонны в Цементный раствор, залитый на забой скважины. Забойное цементирование производится для изоляции нижней призабойной части колонны обсадных труб, поэтому высота подъема раствора в затрубном пространстве достаточна в пределах 2...3 м. Необходимое для цементирования количество раствора закачивается в скважину через заливочные трубы. Обсадная колонна при этом подвешена над забоем на расстоянии 3.. .5 м. По окончании закачивания цементного раствора заливочные трубы приподнимают над его поверхностью и, промыв водой, извлекают из скважины. Обсадную колонну опускают на забой и оставляют в покое примерно на сутки, после чего разбуривают цементную пробку в трубах и продолжают углубление скважины.

Если необходима большая высота подъема цемента в затрубном пространстве (на любое расстояние от забоя, вплоть до устья скважины), применяется цементирование под давлением с разделяющими пробками. При цементировании этим способом используются две разделяющие пробки с уплотняющимися резиновыми манжетами и цементировочная головка. Верхняя пробка - сплошная, а нижняя имеет осевой канал, перекрытый стеклянным диском или резиновой мембраной.

До начала цементирования скважину проверяют на цилиндричность специальным долотом или зубчатой коронкой, диаметр которых больше диаметра труб тампонажной колонны.

После тщательной проверки качества обсадных труб их опускают в скважину. На расстоянии 5... 10 м выше башмака внутри колонны должно быть закреплено опорное кольцо. Последние 10... 12 м трубы опускают с промывкой скважины, закачивая воду или жидкий глинистый раствор через навинченную на верхнюю часть колонны цементировочную головку. Колонну обсадных труб подвешивают над забоем на расстоянии 1.. .2 л*, снимают цементировочную головку и опускают в трубы нижнюю пробку. Затем снова надевают головку и через нижние ее патрубки закачивают в трубы необходимое количество цементного раствора. После этого освобождают верхнюю пробку, удерживаемую стопорами в цементировочной головке и через патрубок закачивают глинистый раствор.

Цементный раствор, заключенный между пробками, продавливается вниз. Нижняя пробка, дойдя до упорного кольца в трубах, останавливается. Верхняя же пробка под напором продавочной жидкости продолжает опускаться. Вследствие развиваемого при этом высокого давления резиновая мембрана нижней пробки разрушается, и цементный раствор вытесняется в затрубное пространство (часть его окажется в обсадной колонне - ниже опорного кольца). При схождении пробок давление, показываемое манометром цементировочной головки, резко повысится. Это служит сигналом для окончания нагнетания продавочной жидкости. Выключив насос, колонну обсадных труб опускают на забой, и при закрытых вентилях цементировочной головки скважину оставляют в покое для твердения цементного раствора на 24 часа в случае цементирования эксплуатационных колонн и на 12... 16 ч при цементировании кондуктора.

При необходимости очистки стенок скважины и труб от глинистой корки в скважину перед цементным раствором закачивают небольшое количество воды или буферной жидкости-10% раствора кальцинированной соды.

Для заливки и продавливания цементного раствора используют либо буровые насосы, либо самоходные цементировочные агрегаты 4ЦА-100, ЦА-320М и др.