Цементирование и гидроизоляция геотехнологических (

реклама
Цементирование и
гидроизоляция
геотехнологических
(эксплуатационных) скважин
Цементирование и гидроизоляция осуществляются
для выполнения следующих основных задач:
• предотвращения растекаемости рабочих и
продуктивных растворов из отрабатываемых
продуктивных пластов через затрубное
пространство скважин в выше– и нижележащие
водоносные горизонты;
• разобщения пространства между эксплуатационной и
обсадной колоннами, когда обсадная колонна
выполнена из материала, подверженного коррозии, а
рабочие и продуктивные растворы обладают высокой
агрессивностью
• защиты эксплуатационной колонны от сминающих
усилий, вызванных горным давлением, вызванных
горным давлением слабоустойчивых пород, вскрытых в
процессе бурения скважин. Такая защита особенно
необходима, когда скважиной вскрываются мощные
пласты неустойчивых пород, и в качестве обсадных
колонн применяются неметаллические трубы;
• упрочнения стенок скважин при сооружении
эксплуатационных скважин ПВ в раздробленных
породах;
• предотвращения утечек рабочих растворов через
резьбовые соединения эксплуатационных колонн,
особенно при высоконапорном режиме
нагнетания;
• локализации рудных тел и отдельных залежей для
предотвращения растекаемости выщелачивающих
и продуктивных растворов в отдельных блоках при
подземном выщелачивании урана путем закачки в
специально оборудованные трещины
гидроразрыва цементных и других растворов;
Общие сведения о буровых тампонажных
растворах
Тампонажный раствор (ТР) – это гетерогенная полидисперсная
система, способная в течение некоторого времени переходить из
вязко-пластичного состояния в твердое как на воздухе, так и в
жидкости.
затворение
ТЦ
ВВ
ЖЗ
+
Д
УС
ЗС
=
ПФ
ТР
Т, час
ТК
Пл
Дисперсионная среда
ХА
И
Дисперсная фаза
Гетерогенная система – неоднородная система, состоящая из двух или
нескольких фаз.
Полидисперсная система состоит из различных по размеру частиц.
Дисперсная фаза ТР представлена тампонажным
цементом (ТЦ), который состоит из вяжущего вещества
(ВВ) и добавок (Д) к нему. Добавки к ВВ могут быть
химически активными (ХА) и инертными (И).
затворение
ТЦ
ВВ
ЖЗ
+
Д
УС
ЗС
=
ПФ
Пл
Дисперсионная среда
ХА
И
Дисперсная фаза
ТР
Т, час
ТК
Краткая характеристика добавок к вяжущим веществам
Добавки к вяжущим веществам
Химически активные
искусственные
природные
осадочные
вулканические
Диатомиты
Пеплы
Трепелы
Туфы
Опоки
Пемзы
Топливные
золы и шлаки
Инертные
облегчающие
утяжеляющие
закупоривающие
Бентонит
Песок
Диатомит
Барит
Резиновая
крошка
Доменные
шлаки
Железная
руда
Искусственно
обожженные
глины и др.
Известняк
Слюда
Торф
Ореховая
скорлупа
Стекловолокно и др.
Дисперсионная среда или жидкость затворения
(ЖЗ) чаще всего представлена водой, реже водными
растворами солей и углеводородными жидкостями.
затворение
ТЦ
ВВ
ЖЗ
+
Д
УС
ЗС
=
ПФ
Пл
Дисперсионная среда
ХА
И
Дисперсная фаза
ТР
Т, час
ТК
ЖЗ может содержать в растворенном виде
химические реагенты, предназначенные для
регулирования свойств тампонажного раствора (ТР) и
тампонажного камня (ТК).
ТК – искусственное твердое тело, образующееся при
затвердевании ТР.
затворение
ТЦ
ВВ
ЖЗ
+
Д
УС
ЗС
=
ПФ
Пл
Дисперсионная среда
ХА
И
Дисперсная фаза
ТР
Т, час
ТК
Вводимые в ЖЗ химические реагенты по
функциональному назначению делятся на
следующие 4 группы: ускорители схватывания и
твердения (УС); замедлители схватывания и
твердения (ЗС); понизители фильтрации (ПФ);
пластификаторы или разжижители (Пл).
затворение
ТЦ
ВВ
ЖЗ
+
Д
УС
ЗС
=
ПФ
Пл
Дисперсионная среда
ХА
И
Дисперсная фаза
ТР
Т, час
ТК
Отношение массы дисперсионной среды к массе
дисперсной фазы в единице объема ТР называется
водоцементным отношением и обозначается В/Ц.
затворение
ТЦ
ВВ
ЖЗ
+
Д
УС
ЗС
=
ПФ
Пл
Дисперсионная среда
ХА
И
Дисперсная фаза
ТР
Т, час
ТК
Тампонажные цементы (ТЦ)
ТЦ – это продукт, состоящий из смеси
тонкоразмолотых ВВ и добавок, после затворения
которого ЖЗ получают ТР, а затем ТК.
Тампонажные цементы могут быть
классифицированы по следующим основным
признакам:
 температуре применения;
 плотности ТР;
 устойчивости
ТК в воздействию агрессивных сред
Курс лекций по дисциплине «Буровые промывочные и тампонажные растворы».
(пластовых водАвтор:
и др.).
профессор кафедры бурения скважин П.С. Чубик
Требования к тампонажным и
гидроизоляционным материалам
• Образовывать легкоподвижные системы, которые
можно прокачать буровыми насосами;
• Сохранять свою начальную консистенцию;
• Иметь определенные пределы плотности:
• облегченные системы плотностью ниже 1700 кг/м3,
• обычные системы – 1700 – 2000 кг/м3;
• утяжеленные системы – выше 2000 кг/м3;
• Иметь достаточную прочность и достаточную
устойчивость при воздействии агрессивных сред.
Для цементирования применяются обычные
и специальные сорта цементов
Тампонажный портландцемент
• Основной частью портландцемента являются
клинкерные минералы, получаемые искусственным
путем при обжиге (Т ≈ 1450оС) смеси известняка с
глиной.
• При этом состав смеси подбирается таким образом,
чтобы в ней содержалось строго определенное
количество следующих оксидов:
•
•
•
•
кальция СаО
кремния SiO2
алюминия Al2O3
железа Fe2O3
- 64 … 68 % (известь);
- 19 … 23 % (кремнезем);
- 4 … 8 % (глинозем);
- 3 … 6 %.
Портландцементглавное вяжущее вещество (90%)
•
•
•
•
Источник окиси кальция-известняк
Источники остальных элементов- глина
Обжиг при температуре-1450 0С
Продукт обжига-гранулы размером до 30 ммклинкер
• Измельчение клинкера до образования
поверхности – 300м2/кг
Тампонирование скважин
15
Сульфатостойкий портландцемент
• обладает повышенной сульфатостойкостью и
пониженной экзотермией при замедленной
интенсивности твердения в начальные сроки.
Применяется для:
• цементирования эксплуатационных скважин ПВ с
использованием кислотных растворителей металлов,
• образования предохранительных экранов с целью
локализации рудных тел и небольших залежей,
• монтажа фундаментов для установки
раствороподъемных насосов и оборудования устья
эксплуатационных и вспомогательных скважин.
• Сульфатостойкий портландцемент выпускают без
добавок и с минеральными добавками –
гранулированне доменные и
электротермофосфорные шлаки (10 – 20 %),
активные добавки из осадочных пород.
• Получают этот цемент путем совместного помола:
• портландцементного клинкера с указанным выше
составом,
• гипса,
• активных минеральных добавок,
• гранулированных доменных или
электротермофосфорных шлаков.
Кислотостойкий цемент
• Применяется кислотостойкий цемент для
цементирования высоко-дебитных с большим
сроком службы технологических скважин ПВ.
• Представляет собой смесь совместно или
раздельно тонкоизмельченного :
•
кварцевого песка
•
и кремнефтористого натрия,
• которая при затворении водным раствором
силиката натрия (жидкого стекла) образует
кислотостойкий силикатный камень.
Состав по весу :
• 25-30% растворимого стекла ,
• 70-75% порошкообразной смеси
(кварцевый песок с кремнефтористым
натрием).
• Окиси кремния в кислотостойком цементе
должно содержаться не менее 92%.
Общие положения о применении
тампонажных растворов
• При сооружении геотехнологических скважин
наиболее широкое применение находят
облегченные цементные растворы, а также
термостойкие, низкогигроскопичные и др.
• Облегченные цементные растворы чаще всего
используются при сооружении технологических
скважин подземного выщелачивания урана,
оборудованных пластмассовыми или другими
неметаллическими трубами.
• Облегченные тампонажные растворы обычно имеют
плотность 1400–1600 кг/м3, что позволяет снизить
давление в затрубном пространстве и предотвратить
смятие неметаллических эксплуатационных или
обсадных колонн в процессе закачки цементного
раствора.
• Облегченные растворы на базе применяемых
цементов приготовляются с добавлением
облегчающих компонентов в виде глины, пемзы,
трепела, опоки и других добавок, содержащих SiO2.
• Применение облегченных коррозионностойких
тампонажных цементов позволяет качественно
цементировать скважины со сложными геологотехническими условиями, увеличить межремонтный
период эксплуатации скважин.
Повышение сил сцепления цементного
камня с поверхностью неметаллических
труб.
• При применении пластмассовых и металлопластовых
труб использование цементных растворов при
сооружении технологических скважин не всегда
обеспечивает надежную гидроизоляцию зон движения
рабочих и продуктивных растворов вследствие
недостаточного сцепления цементного камня с
поверхностью труб.
• Механизм адгезии трубы рассматривается как
взаимодействие между трубами и цементом и
проявляется в виде молекулярных сил сцепления.
Адгезия (от лат. adhaesio — прилипание) — сцепление поверхностей
разнородных твёрдых и жидких тел
• Установлено, что сцепление цементного камня с
полиэтиленовыми трубами в среднем составляет 0,02–
0,09 МПа.
• При добавлении в цементный раствор 7–12 % извести
или гипса сцепление увеличивается на 60–80 %.
• Росту сцепления цементного камня с поверхностью
полиэтиленовых труб на 50–70 % способствует также
увеличение ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента)
с 2 до 8 суток.
• Другим направлением повышения адгезионной
способности полимерных труб к цементным растворам
является изменение физико-механических свойств
поверхности труб с помощью механических, физических
и химических методов.
Механические способы обработки
полимерных труб
• Очистка поверхности труб щетками.
• Обработка труб пескоструйными аппаратами для
придания им шероховатости.
• Так, увеличение удельного количества песчанокварцевых частиц на поверхности трубы с 1 до 8 г/см2
приводит к повышению сил сцепления цементного
камня с поверхностью полиэтиленовой трубы почти
в 2 раза.
• Физические способы позволяют при
обработке поверхности полиэтиленовых
труб тлеющим или коронным
электрическими разрядами изменить
свойства обрабатываемой поверхности.
• Химическая подготовка поверхности труб
производится с применением
растворителей, например растворов
марганцовистого калия, минеральных
кислот и т. п.
• В этом случае прочность адгезионных
связей может быть повышена в 1,5–2 раза.
• Поверхности стеклопластиковых и
бипластмассовых труб, полученные в
результате специальной укладки
стекловолокна на поверхностный слой труб
при их изготовлении, обеспечивают
хорошее сцепление цементного раствора с
трубами за счет шероховатости даже без
специальной обработки поверхности этих
труб.
Способы цементирования
геотехнологических скважин
• При сооружении технологических скважин для
ПВ широкое применение нашли способы
цементирования через заливочные трубы.
• Два варианта доставки тампонажных
материалов в затрубное пространство скважины.
• При первом варианте цементирования
заливочные трубы опускают в затрубное
пространство цементируемой колонны,
• а при втором – внутрь обсадной или
эксплуатационной колонны.
Схемы цементирования скважин с
применением заливочных трубок
а, б – путем спуска
заливочных трубок в
затрубное
пространство
обсадной колонны;
в, г – путем спуска
заливочных трубок
в полость обсадной
колонны
1 – ствол скважины; 2 – обсадная (эксплуатационная) колонна;
3 – заливочные трубки; 4 – разобщающая манжета; 5 – пакер;
6 – обратный клапан; 7 – цементирующее устройство;
8 – диафрагма; 9 – центратор
Схема цементирования
бесфильтровой скважины с
применением заливочных трубок
путем их спуска в затрубное
пространство обсадной колонны
(а)
• 1 – ствол скважины;
• 2 – обсадная (эксплуатационная)
колонна;
• 3 – заливочные трубки
• Нижний конец заливочных труб опускают
выше башмака колонны на 0,5–2 м и по
ним в затрубное пространство закачивают
цементный раствор в требуемом объеме.
• В качестве заливочных труб могут
применяться бурильные трубы
ниппельного соединения, насоснокомпрессорные трубы или
полиэтиленовые шланги.
• В связи с трудностью спуска в скважину
полиэтиленовых шлангов
предусматривается их крепление к
обсадным или эксплуатационным трубам
и одновременный спуск.
• Для предупреждения перетекания цементного
раствора в полость обсадной колонны и заполнения
их внутренней полости глинистым раствором ее
башмак оборудуется диафрагмой, изготовленной из
чугуна, стекла и других материалов.
• При цементировании обсадных колонн из
полимерных материалов с целью предупреждения
смятия предусматривается полное заполнение их
внутренней полости глинистым раствором с
плотностью, близкой к плотности цементного
раствора (до 1400 кг/м3).
• По мере заполнения затрубного пространства
цементным раствором заливочные трубы
приподнимают.
Схема цементирования колонн,
оборудованных в нижней части
фильтром с применением заливочных
трубок путем их спуска в затрубное
пространство обсадной колонны (б)
• 1 – ствол скважины;
• 2 – обсадная (эксплуатационная)
колонна;
• 3 – заливочные трубки;
• 4 – разобщающая резиновая манжета
• Предусматривается постановка
разобщающей манжеты 4, закрепленной на
колонне выше фильтра, которая
предотвращает поступление тампонажных
растворов в прифильтровую зону скважины.
• Манжета выполняется из эластичного
материала, в основном из кислотостойкой
резины и имеет форму усеченного конуса,
широкая часть которого больше диаметра
скважины на 20–50 мм.
• Для лучшей герметизации прифильтровой
зоны скважины посадку манжеты обычно
производят на уступ, образованный при
переходе ствола скважины на уменьшенный
диаметр.
Основные недостатки цементирования при
размещении заливочных труб в затрубном
пространстве (а и б)
• 1.Затруднено использование при
цементировании глубоких скважин в связи
с трудностью спуска заливочных труб;
• 2.Необходимость увеличения диаметра
скважин для размещения заливочных труб
в пространстве между стенкой скважины и
обсадной колонной.
Пример:
• Для цементирования обсадной колонны из
полиэтиленовых труб диаметром 110 мм и
применения в качестве заливочного става
бурильных труб диаметром 42 мм диаметр
скважины должен быть не менее 190–214 мм.
Это приводит к увеличению стоимости
сооружения скважины.
• 3.При использовании в качестве заливочных
труб бурильных, насосно-компрессорных и
других металлических труб увеличивается
вероятность повреждения цементируемых
труб и их соединений, что приводит к
аварийным ситуациям и выходу скважины из
строя.
• 4.Невозможность оборудования
цементируемой колонны центрирующими
фонарями, скребками и другими
приспособлениями вследствие того, что они
являются препятствием для спуска заливочной
колонны.
• 5.Не обеспечивается высокое качество
цементирования в связи с неравномерным
распределением цементного раствора за
колонной, не исключается его смешивание
с глинистым раствором.
Схема цементирования
бесфильтровой колонны с
применением заливочных
трубок путем их спуска в полость
обсадной колонны (в)
• 1 – ствол скважины;
• 2 – обсадная (эксплуатационная)
колонна;
• 3 – заливочные трубки;
• 5 – пакер;
• 6 – обратный клапан
• При цементировании неметаллических обсадных
колонн нижний конец заливочных трубок
снабжается обратным клапаном 6 и пакером 5,
устанавливаемым в зоне башмака обсадной
колонны на расстоянии не более 0,5 м от низа с
целью предупреждения заполнения полости
колонны цементным раствором.
• После установки пакера в обсадную колонну до
устья скважины заливают глинистый раствор с
плотностью не ниже 1200 кг/м3.
• После закачки цементного раствора и ОЗЦ пакер
вместе с заливочной колонной извлекают из
скважины.
• Высота цементного стакана в обсадной колонне при
такой схеме цементирования не превышает 0,5 м и
не затрудняет дальнейшего углубления скважины.
Схема цементирования
неметаллических обсадных
(эксплуатационных) колонн (г),
оборудованных в нижней части
фильтром (заливочные трубы
внутри)
• 1 – ствол скважины; 2 – обсадная
(эксплуатационная) колонна;
3 – заливочные трубки; 4 – разобщающая
манжета; 7 – цементирующее устройство;
8 – диафрагма; 9 – центратор
Для подачи тампонажных растворов
в затрубное пространство скважины
с неметаллической колонной
используются специальные
устройства для цементирования с
резиновым клапаном
•
•
•
•
•
•
•
1 – корпус;
2 – разобщающая манжета;
3 – центратор;
4 – подвижная втулка;
5 – диафрагма;
6 – резиновый клапан;
7 – окна
Порядок работы
• Для подачи тампонажных растворов в
затрубное пространство скважины
используются специальные устройства.
• Устройство монтируется и опускается в
скважину на обсадной колонне и содержит
разобщающую манжету 2 с клапаном 6,
центратор 3 с принудительным
центрированием колонны и чугунную или
стеклянную диафрагму 5 толщиной 2–5 мм.
• В колонне cделаны отверстия 7 диаметром
15–25 мм в один или два ряда, закрытые
резиновыми клапанами с наружной части
трубы, представляющими собой часть
разобщающей манжеты.
• Перед закачкой цементного раствора в полость
колонны опускают заливочные трубки с таким
расчетом, чтобы их нижний конец не доходил до
диафрагмы на 0,5–1,5 м.
• Внутренняя полость обсадной колонны
заполняется промывочной жидкостью, а верх
колонны герметизируется.
• При закачке цементного раствора под действием
давления диафрагма 5 толкает втулку 4,
связанную с пружинами центратора 3, при этом
происходит центрирование обсадной колонны в
зоне размещения разобщающей манжеты 2.
• Через отверстия 7 в корпусе цементный раствор
заполняет затрубное пространство обсадной
колонны выше разобщающей манжеты.
Устройство для
цементирования
неметаллических колонн
и гидроизоляции
1 – полый корпус;
2 – муфта; 3 – шаровой клапан;
4, 5 – окна для подачи
цементного раствора;
6 – втулка; 7 – обсадная колонна;
8, 9 – поршни; 10 – плашки;
11 – резиновое кольцо;
12 – кольцевая проточка;
13 – резиновый клапан;
14 – пружина
Устройство позволяет осуществить цементирование
затрубного пространства обсадных колонн из
неметаллических материалов при небольших затратах
времени и расходе тампонажных материалов
иполностью исключить попадание цементного раствора
в прифильтровую зону скважины.
• Устройство содержит полый корпус 1,
который вместе с втулкой 6,
запрессованной в обсадной колонне 7,
образует поршневую пару.
• Корпус удерживается на втулке при
помощи плашек 10.
• Монтаж устройства производится на
поверхности, после чего оно опускается
в скважину вместе с обсадной
(эксплуатационной) колонной.
Подача цементного раствора производится по трубам,
которые опускаются во внутреннюю полость обсадной
колонны и соединяются с устройством при помощи
переходника.
• Цементный раствор поступает в затрубное
пространство выше разобщающей манжеты
или выше верхней границы гравийного слоя
(при отсутствии манжеты) через окна 4 и 5,
сделанные в корпусе, втулке и обсадной
колонне.
• После окончания подачи цементного раствора
заливочный став вместе с корпусом извлекают
из обсадной колонны.
• При этом плашки 10 заходят в проточку 12,
выполненную на корпусе, и не препятствуют
подъему из скважины корпуса тампонажного
узла через колонну полиэтиленовых труб.
Цементирование неметаллических обсадных
колонн можно производить и с помощью
традиционных методов, например по схеме
с двумя разделительными пробками
• Для этого с целью предохранения обсадной
колонны от разрушения при движении пробок
применяют дополнительную защитную
металлическую колонну, опущенную внутрь
цементируемой колонны
Цементирование неметаллических
обсадных колонн по схеме с
разделительными пробками
1 – ствол скважины;
2 – обсадная неметалллическая колонна;
3 – защитная металлическая колонна;
4 – центратор;
5 – цементировочная головка;
6 – верхняя разделительная пробка;
7 – продавочная жидкость;
8 – цементный раствор;
9 – диафрагма;
10 – нижняя пробка;
11 – глинистый раствор;
12– стоп–кольцо
Пробки
Нижняя
Верхняя
Способы тампонирования
49
Схема цементировочной головки
Верхняя
пробка
Нижняя
пробка
Способы тампонирования
50
• Верх обеих колонн герметизируют, а
пространство между ними заполняют глинистым
раствором.
• Закачка цементного раствора производится через
внутреннюю защитную колонну.
• После посадки нижней пробки на стоп-кольцо
давлением раствора разрушается диафрагма,
тампонажный раствор с помощью продавочной
жидкости вытесняется за неметаллическую
колонну.
• После ОЗЦ цементный стакан и разделительные
пробки разбуривают, а защитную металлическую
колонну извлекают из скважины. В дальнейшем
осуществляют вскрытие продуктивного горизонта
и оборудование скважины фильтровой колонной.
• Тампонирование с двумя
пробками
Технология гидроизоляции
зон движения рабочих и
продуктивных растворов
• Осуществляют гидроизоляцию по самым
разнообразным схемам с применением различных
материалов и способов .
• Одним из самых распространенных способов
гидроизоляции рабочих и продуктивных растворов
при отработке месторождений методом ПВ является
способ с использованием кислотостойких резиновых
манжет.
• Место установки манжеты соответствует переходу
ствола скважины на уменьшенный диаметр бурения.
• Гидроизоляционный материал заливают в этом
случае обычно поверх манжеты через заливочные
трубки.
• Гидроизоляция с помощью манжет требует
небольших затрат средств и обеспечивает
при качественной посадке манжеты
достаточно высокую надежность
перекрытия зон движения растворов.
• Основным недостатком гидроизоляции с
использованием манжет является
проникновение цементных растворов или
других гидроизоляционных материалов под
манжету, что приводит иногда к
цементированию фильтров.
• При применении конструкций скважин с
гравийной обсыпкой гидроизоляционный
материал заливается поверх гравийного слоя.
• В этом случае также не всегда обеспечивается
надежная изоляция, так как возможны
перетоки растворов вверх по стволу скважины
и проникновение материала гидроизоляции в
слой гравия.
• Перетоки растворов по стволу скважины могут
быть обусловлены двумя обстоятельствами:
• недостаточным сцеплением цементных и
других растворов, используемых в качестве
гидроизоляционного материала, с поверхностью полиэтиленовых труб и стенками
скважины;
•
разрушением материала гидроизоляции в
результате длительного воздействия
агрессивных выщелачивающих растворов и
образованием в гидроизоляционном материале
каналов, пор, по которым могут циркулировать
выщелачивающие растворы.
• После спуска эксплуатационной
колонны с фильтром в прифильтровую
зону скважины засыпают гравий.
• 1.Затем производят гидроизоляцию
затрубного пространства с помощью
гидравлического пакера, который
позволяет разобщить зону
продуктивного пласта от вышележащих
пород.
Схема гидроизоляции с помощью
гидравлических пакеров
1 – цементное кольцо; 2 – тампонажный слой глины;
3 – глиноизвестковый раствор;
4 – полиэтиленовая колонна; 5 – (манжета–пакер);
6 – клапан; 7 – фильтр; 8 – отстойник;
9 – направляющий фонарь
• 2.Приведение пакера в рабочее состояние
производят путем закачки воды в его полость
через обратный клапан по бурильным
трубам, опускаемым в эксплуатационную
колонну.
• После разобщения зафильтрового
пространства затрубное пространство поверх
пакера заполняют гидроизоляционным
материалом.
• Такая схема гидроизоляции позволяет
применять одноколонные конструкции
скважин и оборудовать их фильтрами с
гравийной обсыпкой, что позволяет повысить
производительность и срок службы
технологических скважин.
• В настоящее время при сооружении
эксплуатационных скважин ПВ наиболее широкое
применение в качестве гидроизоляционного
материала получили различные тампонажные
пасты, которые представлены специально
обработанными глинистыми растворами с
различными коагулирующими и твердофазными
добавками.
• В скважине вода, входящая в состав пасты,
отфильтровывается в пористые породы и песчаногравийную обсыпку (при ее наличии), а твердеющая
фаза, уплотняясь под действием гидростатического
давления, превращается в вязкопластичную массу,
обладающую некоторой упругостью.
• Эта масса обеспечивает надежную гидроизоляцию
прифильтровой зоны скважин и в то же время за счет
высокой вязкости не проникает в песчано-гравийную
обсыпку, а также не препятствует деформациям
полиэтиленовой колонны, возникающим вследствие
перепада температур, действия гидростатического и
горного давлений.
• Недостатком при изоляции затрубного пространства
указанными пастами является отсутствие жесткого
кольца вокруг полиэтиленовых труб,
компенсирующего горное давление и
предотвращающего смятие колонны при резком
понижении уровня раствора в колонне.
Гидроизоляционные материалы
• тампонажные гель-цементные пасты – специально
обработанные глинистые растворы с различными
коагулирующими и твердофазными добавками.
Состав
Состав
Количе–
ство, %;
Параметры пасты
Параметр
Количество
Глинистый
раствор без соды
75
Плотность,
кг/м3
1180 – 1220
Раствор
полиакриламида,
2 %-ный
12,5
Вязкость, с
25 – 30
Раствор жидкого
стекла, 20 %-ный
12,5
Водоотдача,
см3/30 мин
20
Беструбное крепление
технологических скважин
• В зависимости от геологических и
гидрогеологических условий в
современной практике бурения скважин
для упрочнения стенок скважин
используют следующие способы:
• в скальных карстовых,
сильнотрещиноватых, трещиноватых и
слаботрещиноватых породах –
.
цементацию;
• в скальных тонкотрещиноватых и пористых,
в рыхлых мелкобломочных и песчаных
водоносных породах – смолизацию и
силикатизацию;
• в крупнообломочных и гравийногалечниковых водоносных породах –
цементацию
Для кольматации трещин и снижения
водопроницаемости горных пород, когда не
требуется их укрепление применяют:
• в скальных кавернозных и трещиноватых породах
– глинизацию и горячую битумизацию;
• в скальных тонкотрещиноватых породах –
силикатизацию;
• в крупнообломочных и гравийно-галечниковых
породах – глинизацию и горячую битумизацию;
• в рыхлых мелкообломочных и песчаных породах
– силикатизацию.
Состав тампонажных растворов и способы
закрепления пород при беструбном
креплении скважин
Состав выбирается с учетом условий:
• в процессе бурения скважин (температура,
пластовое давление, очистные агенты и др.);
• эксплуатации (добыча, применяемые
растворители, гидродинамические и
температурные условия и др.);
• способа упрочнения и закрепления
неустойчивых пород.
Тампонажные растворы должны удовлетворять
следующим основным требованиям:
• максимальной адгезионной способности к
породам стенок скважин, а также
наполнителю, и минимальной – к пакерным
устройствам и другому оборудованию
технологических скважин;
• способности отвердевать при различных
температурах и давлениях, связывая при этом
значительное количество воды;
• хорошо растворяться в воде (кроме
гидрофобных вяжущих), а после отвердения
переходить в нерастворимое и необратимое
состояние, характеризующееся
водонепроницаемостью и устойчивостью
против воздействия агрессивных сред;
• должны иметь регулируемые сроки
схватывания в зависимости от условий
применения;
• должны быть как можно менее токсичны,
относительно дешевы и выпускаться
промышленностью в массовом количестве.
Цементация
• Наиболее освоенным и распространенным как для
закрепления горных пород, так и для кольматации
трещин в скважинах получил способ цементации.
• Основные его преимущества заключаются в
технологической простоте, удобстве применения ,
высокой надежности способа и наибольшей
экономичности по сравнению с другими.
• Цементация осложненной зоны успешно
применяется при тампонировании трещин с
раскрытием более 0,1 мм и скорости фильтрации
подземных вод по трещинам до 600 м/сут при
любых гидростатических напорах.
Смолизация
• Этот способ применяют для укрепления стенок
скважин и повышения водонепроницаемости
мелкообломочных и песчаных, а также
тонкотрещиноватых и пористых скальных пород.
• Суть способа заключается в нагнетании в трещины и
поры растворов смол (в основных карбамидных) с
последующим отверждением их растворами кислот.
Горная порода приобретает достаточно высокую
прочность порядка 2–4 МПа.
• Водные растворы карбамидных смол имеют низкую
вязкость, близкую к вязкости воды, что обеспечивает
высокую проникающую способность и позволяет
закреплять водоносные пески с коэффициентом
фильтрации менее 2 м/сут.
Силикатизация
• Силикатные растворы применяют как для упрочнения
горных пород (преимущественно), так и для
кольматации трещин в скальных породах с целью
ликвидации поглощений промывочных жидкостей.
• В настоящее время развиваются два направления
упрочнения горных пород – одно- и двухрастворная
силикатизация.
• При сооружении геотехнологических скважин наиболее
эффектен однорастворный способ силикатизации.
• Сущность способа заключается в нагнетании в скважину
силикатного раствора с добавкой кислот (H2SO4, H3PO4)
или смесей кислот и солей поливалентных металлов
(например, H2SО4 + Al2(SО4)3).
• Эти растворы коагулируют очень медленно,
они представлены маловязкой жидкостью,
поэтому способны проникать в тонкие
трещины и поры на значительную глубину.
• Однорастворную силикатизацию
применяют для закрепления песчаных
пород с коэффициентом фильтрации от 0,5
до 2 м/сут.
• Этот способ нельзя использовать при
наличии углекислотных подземных вод изза их агрессии.
Рекомендуемые составы растворов при
однорастворной силикатизации водоносных
горных пород
Растворы
1
2
Компоненты
Жидкое стекло
Фосфорная
кислота
Жидкое стекло
Серная кислота
Сернокислый
алюминий
Объемное
Время
Плотность, содержание гелеобразог/см3
в смеси
вания,
(части)
час
1,190
1,025
1
3–4
1,190
1,060
1,06
1,5–1,8
1,3
0,7
4–10
10–16
Глиноцементные растворы
• Глиноцементные растворы представляют собой
полидисперсные системы, в которых дисперсной
фазой является глина и цемент, а дисперсионной
средой вода, затворенная с поверхностно-активными
веществами (ПАВ).
• Все глиноцементные растворы образуют устойчивый
в сульфатно-хлоридно-натриевых растворах камень и
могут быть использованы при неметаллическом
креплении добычных скважин.
• Свойства глиноцементных растворов регулируют
введением в смесь различных добавок, первое место
среди которых занимает известь в виде Са(ОН)2 или
СаО.
• Глиноцементные растворы, содержащие 30 % и более
цемента, способны длительное время увеличивать
прочность камня, которая в данном случае зависит от
количества глины в смеси.
• Аналогичная зависимость по прочности сохраняется и
для трехкомпонентных смесей, содержащих кроме
глины и цемента еще песок.
• Гиноцементные растворы в зависимости от
соотношения компонентов (цемент, глина, песок) могут
образовывать тампонажный камень с любой заданной
прочностью, необходимой для крепления
технологических скважин.
• Глиноцементные смеси должны иметь в своем составе
не более 12,5 % коллоидной глинистой фракции и не
менее 30 % песка.
Технология беструбного
крепления скважин
• Закрепление горных пород производят
путем создания на стенках скважины от
устья до продуктивного горизонта
прочного, изоляционного покрытия из
отвердевшего материала.
Схема беструбного крепления технологических
скважин, пройденных в устойчивых породах
1 – опалубочная колонна;
2 – кондуктор;
3 – затрубная цементация;
4 – переходник с левой
резьбой;
5 – направляющие фонари;
6 – фильтр;
7 – отстойник;
8 – слои гравийной обсыпки;
9 – цементировочный узел;
10 – тампонажный раствор;
11 – облицовка из
тампонажного камня
Технология формирования такого покрытия
включает следующие основные операции:
• спуск в скважину колонны
труб, состоящей из
отстойника7, фильтра6,
надфильтрового патрубка, а
также опалубочной части
колонны1;
• оборудование прифильтровой
зоны скважины гравийной
обсыпкой 8 в случае
применения гравийнообсыпных фильтров;
• приготовление тампонажных
растворов;
• подачу тампонажного раствора 10 в
заопалубочное пространство;
• отсоединение опалубочной колонны
1 от фильтровой ( через левое
вращение от переходника 4) и
периодическое вращение
опалубочной колонны после начала
схватывания смеси до полного ее
затвердевания;
• извлечение опалубочной колонны 1;
• ультразвуковой контроль качества
изоляционного покрытия.
Скачать