К основным недостаткам цементирования при размещении зали­вочных трубок в затрубном пространстве можно отнести следующие:

1)    затруднено использование при цементировании глубоких сква­жин в связи с трудностью спуска заливочных трубок;

2)    необходимость увеличения диаметра скважин для размещения заливочного става в пространстве между стенкой скважины и обсад­ной колонной. Для цементирования обсадной колонны из полиэтиле­новых труб ПВП 110X18 Т и применения в качестве заливочного става БТ диаметром 42 мм диаметр скважины должен быть не менее 190 – 214 мм. Это приводит к увеличению стоимости ее сооружения;

3)    при использовании качестве заливочных трубок 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 заливочногостава;

5)    не обеспечивается высокое качество цементирования в связи с неравномерным распределением цементного раствора за колонной и разбавлением его глинистым раствором.

Более совершенным способом подачи тампонажных растворов Является подача через заливочные трубки, опущенные в полость це­ментируемой колонны (рис. 11, в, г).

При цементировании неметаллических обсадных колонн через заливочные трубки, опущенные внутрь колонны, по схеме (рис. 11, в) 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. Верх колонны оставляют открытым. После закачки цементного раствора и ОЗЦ, пакер срывают и вместе с заливочным ставом извлекают из скважины. Высота цементного стакана в обсадной колонне при та­кой схеме цементирования не превышает 0,5 м и не затрудняет даль­нейшего углубления скважины.

Цементирование неметаллических обсадных (эксплуатационных) колонн, оборудованных в нижней части фильтром, осуществляют по схеме, показанной на рис. 11 г. Для подачи тампонажных растворов в затрубное пространство скважины используются специальные устройства, показанные на рис. 12 и 13.

Устройство, показанное на рис. 12, монтируется и опускается в скважину на обсадной колонне и содержит разобщающую манжету с клапаном, центратор с принудительным цементированием колонны и диафрагму, изготовленную из листовой стали толщиной 2 – 3 мм, чугуна и стекла толщиной 2 – 5 мм. Выше диафрагмы в колонне сделаны отверстия диаметром 15 – 25 мм в один или два ряда. Отвер­стия с наружной части трубы закрыты резиновыми клапанами, пред­ставляющими собой часть разобщающей манжеты.

Рис. 12. Устройство для цементирования неметаллических колонн  с  резиновым   клапаном:

1 – корпус;   2 – разобщающая   манжета;   3 – центратор;   4 – подвижная  втулка;  5 –диафрагма; 

6 – резиновый  клапан;  7 – окна

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 ПЖ, 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 окна 7 в корпусе устройства цементный раствор заполняет затрубное пространство обсадной колонны выше разобщающей манжеты. После окончания подачи тампонажной смеси клапан 6 предотвращает попадание ее внутрь колонны. Движением заливочных труб вниз разбивают диафрагму и извлекают заливоч­ный став из скважины.

При применении описанного устройства требуется обязательное выполнение работ, связанных с герметизацией колонны ОТ.

Более совершенным устройством для цементирования обсадных неметаллических колонн является устройство, показанное на рис. 13. 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.

Рис. 13. Устройство для цементирования неметаллических колонн и гидроизоляции с поршневой парой:

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

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.

Порядок цементирования с помощью предлагаемого устройства включает следующие этапы:

1)    спуск БТ и соединение с устройством;

2)    промывку затрубного пространства обсадной колонны облег­ченным глинистым раствором;

3)    подачу тампонажного раствора в затрубное пространство скважины через заливочные трубки;

4)    промывку внутренней полости обсадной колонны;

5)    ОЗЦ и контроль качества цементации;

6)    извлечение цементировочного узла и прове­дение работ по освоению скважины.

Предложенное устройство позволяет полностью исключить попадание цементного раствора в прифильтровую зону скважины и осуществить цементирование затрубного пространства обсадных ко­лонн из неметаллических материалов (полиэтилен, полипропилен, стеклопластик) при небольших за­тратах времени и расходе тампонажных материа­лов.

Цементирование неметаллических обсадных ко­лонн можно производить по схеме с одной или дву­мя разделительными пробками. Для этого с целью предохранения обсадной колонны от разрушения при движении пробок применяют дополнительную защитную металлическую колонну, опущенную внутрь цементируемой колонны (рис. 14). Верх обеих колонн герметизируют, а пространство меж­ду ними заполняют глинистым раствором. Закач­ка цементного раствора производится только че­рез внутреннюю защитную колонну. 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.

Рис. 14. Схема цементирования неметаллических колонн с примене­нием разделитель­ных пробок:

1 – ствол скважины; 2 – обсадная неме­таллическая колон­на; 3 – защитная ме­таллическая колон­на;

4 – центратор; 5 – цементировоч­ная головка; 6 – разделительные проб­ки; 7 – продавочная жидкость;

8 – це­ментный раствор; 9 – глинистый рас­твор

Выбор зоны цементирования обсадных и экс­плуатационных колонн определяется с учетом ма­териала труб, глубины и конструкции скважин, их назначения, устойчивости пород приствольной зоны.

В практике сооружения геотехнологических сква­жин применяется полная и частичная цементация. При полном цементировании пространство за эксплуатационной (обсадной) колонной заполняется цементным (тампонажным) раствором от фильтра или башмака обсадной колонны до устья скважины.

Полная цементация затрубного пространства применяется, когда геологический разрез месторождения сложен неустойчивыми и перемежающимися породами при сооружении нагнетательных скважин.

В откачных и наблюдательных скважинах ПВ обязательным яв­ляется цементирование интервалов от фильтра до пьезометрического уровня подземных вод, а также зон ниже фильтра в случае вскры­тия данной скважиной нижележащих водоносных горизонтов.

В остальных случаях при сооружении откачных и наблюдатель­ных скважин ПВ высота цементной оболочки при частичном цементи­ровании определяется мощностью неустойчивых пластов или интер­валом скважины, при котором обеспечивается надежная гидроизо­ляция продуктивного горизонта.

6.3. Технические средства для цементирования скважин

Для приготовления тампонажных растворов и паст для гидроизо­ляции применяются цементно-смесительные машины и агрегаты. В качестве монтажной и транспортной базы цементно-смесительных машин и агрегатов используются платформы автомобилей типа КрАЗ, ЗИЛ-131, полуприцепы, металлические передвижные основа­ния. Используются механические, гидравлические и пневматические способы приготовления растворов, а также комбинации этих спосо­бов.

Для закачки и продавки тампонажных растворов и паст приме­няются специальные цементировочные агрегаты. В качестве монтаж­ных и транспортных баз цементировочных агрегатов используются платформы автомобилей и передвижные металлические сани.

На платформе монтируются буровые насосы с приводом, водоподающие насосы для подачи воды в смесительные машины, не имеюшие водоподающих блоков, а также мерники и система обвязки.

6.4. Технические средства и технология гидроизоляции зон движения рабочих и продуктивных растворов

К оборудованию технологических скважин ПВ предъявляются специфические требования, связанные с необходимостью гидроизоля­ции зон движения рабочих и продуктивных растворов. Надежная изоляция зон движения растворов повышает технико-экономические показатели добычи и является важным мероприятием охраны при­роды и в частности подземных вод.

Осуществляется гидроизоляция по самым разнообразным схемам с применением различных материалов. Одним из самых распростра­ненных способов гидроизоляции рабочих и продуктивных растворов является способ с исполь­зованием кислотостойких резиновых манжет с впаянным в основание металлическим кольцом, которое обеспечивает необходимую проч­ность и жесткость. С помощью специальных кислотостойких штифтов манжета присоединяется к телу трубы, изготовленной обычно из по­лиэтилена или другого кислотостойкого материала. Место установки манжеты соответствует переходу ствола скважины на уменьшенный диаметр бурения. Схема гидроизоляции показана на рис. 6, а.

Гидроизоляционный материал заливается в этом случае обычно поверх манжеты через заливочные трубки, которые опускаются в затрубное пространство или внутрь эксплуатационной (обсадной) ко­лонны.

В последнее время технологические скважины ПВ оборудуются фильтрами с гравийной обсыпкой, очень часто с предварительным расширением призабойной зоны. Применение гравийных фильтров способствует повышению производительности технологических сква­жин и увеличению срока службы. Гидроизоляционный материал при сооружении таких скважин заливается поверх слоя гравия (рис.5,б).

Интервал гидроизоляции обычно равен высоте от манжеты или верхнего уровня гра­вийного слоя до, статического (откачных скважин) или динамическо­го (для нагнетательных скважин) уровня подземных вод. Остальная часть скважины обычно заполняется инертным (очень часто песча­ным) материалом, а устье скважин на глубину 2 – 3 м цементиру­ется, что предотвращает попадание растворов с поверхности в затрубное пространство.

Гидроизоляция с помощью манжет выполняется с небольшими затратами средств и обеспечивает при качественной посадке манже­ты достаточно высокую надежность перекрытия зон движения рас­творов.

Однако следует отметить и значительные недостатки гидроизо­ляции с использованием манжет, главным из которых является про­никновение цементных растворов или других гидроизоляционных ма­териалов под манжету, что приводит иногда к цементированию фильтров. В большинстве случаев это обусловливается отсутствием достаточного уступа при переходе на меньший диаметр скважины и его размывом при промывке скважин через фильтр.

При заливе гидроизоляционного материала поверх гравийного слоя 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:

а)  недостаточным сцеплением цементных и других растворов, ис­пользуемых в качестве гидроизоляционного материала с поверхно­стью полиэтиленовых труб и стенками скважины;

б) разрушением материала гидроизоляции в результате длитель­ного воздействия агрессивных выщелачивающих растворов и образо­ванием в гидроизоляционном материале каналов, пор, по которым
могут циркулировать выщелачивающие растворы.

Важным недостатком существующих способов сооружения технологических скважин с гравийными фильтрами, формируемыми на за­бое, является невозможность осуществления гравийной обсыпки фильтров при наличии пакерных гидроизоляционных устройств.

При применении одноколонных конструкций скважин, в том числе и с гравийной обсыпкой, гидроизоляцию затрубного пространства можно производить с помощью гидравлических паке­ров, которые позволяют разобщить зону продук­тивного пласта от вышележащих пород (рис.15). Привод пакера в рабочее состояние производит­ся 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. Материал гидроизоляции в этом случае заливают в зону выше пакера после засыпки гравия в прифильтровую зону скважины.

Рис. 15. Гидроизоля­ция растворов с по­мощью     гидравличе­ских пакеров:

1 – цементное кольцо; 2 – тампонажный слой глины; 3 – глиноизвестковый раствор; 4 – по­лиэтиленовая колонна; 5 – гидравлический пакер; 6 – клапан; 7 – фильтр; 8 – отстойник; 9 – направляющий фо­нарь

Можно выделить некоторые особенности сооружения таких сква­жин. Бурение их обычно осуществляется долотами уменьшенных диа­метров – 151 – 243 мм. При применении фильтров с гравийной об­сыпкой производится при необходимости расширение призабойной зоны скважин с целью получения уширенного контура гравийной об­сыпки.

Данный способ оборудования технологических скважин и создание гидроизоляции имеет следующие преимущества: 1) умень­шается диаметр скважин; 2) сокращается время на их сооружение; 3) не требуется производить дорогостоящие и трудоемкие работы по цементированию скважин; 4) уменьшается стоимость оборудования скважин.

В качестве гидроизоляционного материала при сооружении технологических скважин ПВ применяются растворы сульфастойких и кислостойких цементов, а также раз­личные пасты и специальные растворы.

При создании гидроизоляционных оболочек важным условием яв­ляется также доставка гидроизоляционных материалов в зону сква­жины. Доставка этих материалов в скважину, оборудованную неме­таллическими колоннами, осуществляется заливкой материала по трубам или шлангам, опущенным в зазор между стенками скважины и эксплуатационной (обсадной) колонной или опущенными внутрь колонны, по аналогии с технологией цементирования скважин. В по­следнем случае потребуется применение специальных цементировоч­ных устройств.

7. Технология вскрытия продуктивных горизонтов

Вскрытие продуктивных горизонтов при сооружении технологи­ческих скважин ПВ металлов является од­ним из мероприятий повышения производительности и срока службы скважин, снижения эксплуатационных затрат. При вскрытии продук­тивных пластов, сложенных мелкозернистыми песками, практически всегда происходит нарушение их естественных фильтрационных свойств, что выражается прежде всего в уменьшении проницаемости пород приствольной зоны в результате образования зоны кольматации – участка скважины, в поры которого проникли частицы дисперсной фазы промывочной жидкости. Выделяют две зоны кольматации: зону, примыкающую к приствольной части скважины, обус­ловленную проникновением частиц бурового шлама и ПЖ, а также зону фильтрата ПЖ, чаще всего глинистого раствора, в породы продуктивного горизонта.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11