Реферат: Бурение скважин

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ      

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРЕНИИ СКВАЖИН     

1.1.   Основные технические понятия,целевое назначение скважин  

1.2.   Производственные операциибурения  

1.3.   Основные технологическиепонятия и показатели бурения       

2.ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХПОРОД И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕСС БУРЕНИЯ

2.1.   Классификация горных пород постепени связности

2.2.   Буримость и классификациягорных пород по буримости

3.ТАМПОНИРОВАНИЕ СКВАЖИН

3.1.   Производство работ поцементированию скважины при помощи двух пробок

3.2.   Расчет цементирования скважинспособом двух пробок

3.3.   Ликвидационный тампонажскважины

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время бурениескважин, многоцелевое производство и современная промышленность предлагает большойвыбор технических средств и технологий, в которых требуется разбираться, чтобыпринять правильное решение. В условиях рыночной экономики  и жесткойконкуренции между недропользователями к специалистам геологам предъявляютсясоответствующие требования, так как от его квалификации  и знаний, порой науровне интуиции, может зависеть успех всего предприятия.

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБУРЕНИИ СКВАЖИН

Буровая скважина проходитсквозь толщу горных пород, для того чтобы добраться до желаемого объекта –залежи рудного тела, нефти, газа, водоносного горизонта и т.д. Таким образом,скважина это искусственная выемка в горном массиве пород. В то же время,имеются близкие по назначению, но иной формы выемки – горные выработки (шахты,штольни, карьеры), от которых скважина существенно отличается наименьшим объемомвыемки на глубину проходки. В этом смысле она наиболее экономичная и самаябыстрая по достижению объекта вскрытия. В поперечном сечении скважина имеетформу круга, так как бурение осуществляется обычно способом вращения, при этомдиаметр круга очень мал по сравнению с длиной скважины это  первые сантиметры, режедесятки сантиметров при глубине бурения в сотни метров и даже несколькокилометров.

Бурение, особенноглубокое — достаточно сложное производство, требующее применения специальныхтехнических средств, которые в комплексе именуют буровой установкой. В нее входят следующие главные узлы:буровая вышка (или мачта), энергетическое оборудование или силовой привод –двигатель, буровой станок и буровой насос. В зависимости от способа бурения  иконструкции установки подразделяются на вращательные, ударные, вибрационные,турбинные и др. По способу транспортировки они также подразделяются настационарные, передвижные, самоходные и переносные.

1.1.Основные  технические понятия,целевое назначение скважин

 

Диаметр скважины определяетсядиаметром породоразрушающего инструмента и изменяется в пределах от 16 до 1500мм.

Длина стволаскважины — это расстояние от устья до забоя скважины, измеренное по ееосевой линии.  Глубина скважины это разница между  отметками устья и забоя  пошкале глубин (ось z). Достигает 12500 м.

Элементы скважины:

Устье скважины – началоскважины, то есть место пересечения ее с земной поверхностью или с поверхностьюгорной выработки.

Забой скважины – дно скважины

Стенки скважины – боковыеповерхности скважины.

Ствол скважины – пространство в недрах,занимаемое скважиной.

По способуразработки забоя бурение разделяется на бескерновое и колонковое (рис.1.1.).

Бескерновоебурение – бурение, при котором горная порода разрушается на всей площади забоя.Колонковое бурение – бурение, при котором горная порода разрушается покольцевому забою с сохранением керна. Керн – колонка горной породы,образующаяся в результате кольцевого разрушения забоя скважины.

Основные размерыскважины – диаметры интервалов бурения в мм; диаметры наружные и внутренниеколонн обсадных труб в мм; глубина интервалов скважины от устья до забоя в м;общая глубина и длина скважины от устья до забоя в м.

Пространственноерасположение буровой скважины определяется: 1) координатами устья x, y, z; 2) направлениемскважины; 3) углом наклона скважины; 4) азимутом скважины; 5) глубиной (рис.1.2.).

По направлениюбурения скважины, форме ствола и их количеству скважины делятся на следующиегруппы: 1- вертикальные; 2- наклонные; 3- горизонтальные; 4- восстающие; 5-искривленные; 6- многоствольны

/>

/>

Буровой установкой называетсякомплекс, состоящий из буро­вой вышки (или мачты), бурового и энергетическогооборудования, необходимых при бурении скважин. В зависимости от способа бурениябуровые установки подразделяются на вращательные, ударные, вибрационные и др. Взависимости от транспортных средств подразделяются на стационарные, передвижные,само­ходные и переносные:

По целевомуназначению буровые скважины делятся на три основные группы: геологоразведочные,эксплуатационные и технические.

1 –Геологоразведочные скважины :

· Картировочные

· Поисковые

· Разведочные

· Гидрогеологические

· Инженерно-геологические

· Сейсмические

· Структурные

· Опорные

· Параметрические

2 –Эксплуатационные скважины :

· Водозаборные

· Нефтяныеи газовые

· Скважиныподземной газификации углей

· Скважиныдля добычи рассолов

· Геотехнологическиескважины

3 – Техническиескважины:

· Взрывныескважины

· Стволышурфов и шахт

· Другие

1.2.Производственныеоперации бурения

Бурение какпроизводственный процесс состоит из ряда последовательных операций,

1.  Транспортирование буровой установкина точку бурения;

2.  монтаж буровой установки;

3.  Собственно бурение (проходка стволаскважины), которое включает в себя:

а) чистоебурение, т. е. непосредственное разрушение горной породы породоразрушающиминструментом на забое скважины;

б) очистка забоя от разрушеннойпороды и транспортирование ее от забоя до устья скважины. При бурении спромывкой или продувкой, а также при бурении шнеками эта операция совмещается сосновной — чистым бурением;

в) спуско-подъемные операцииосуществляются для  замены износившегося породоразрушающего инструмента и дляподъема керна (образцов пород).

4. Крепление стенок скважины внеустойчивых породах, т. е. способных к обрушения (трещиноватые,слабосвязанные, рыхлые, сыпучие и плывуны), что может производиться двумяспособами:

а) креплениеспуском в скважину обсадных колонн труб, что требует остановки бурения;

б) крепление промывочными жидкостями,закрепляющими стенки скважины, производимое одновременно с  бурением

5. Испытания и исследования вскважине (измерение искривления, каротаж и др.

6. Тампонирование скважин с целью разобщенияи изоляции водоносных пластов с разным химическим составом вод или с целью изоляцииводоносного пласта от нефтегазоносного.

7. Установки фильтра и водоподъемникав гидрогеологической скважине и производство гидрогеологических исследований(замеры уровня воды в скважине, отборы проб воды, определение дебита скважины спомощью пробных откачек).

8. Предупреждение и ликвидация аварийв скважине.

9. Извлечение обсадных труб иликвидация скважины после выполнения задачи (ликвидационный тампонаж).

10. Демонтаж буровой установки иперемещение на новую точку бурения

Перечисленные рабочие операциибурения являются последовательными, т. е. могут выполняться последовательноодной и той же бригадой.

При необходимости бурения несколькихскважин и при наличии резервных буровых установок с целью ускорения разведоч­ных·работ некоторые рабочие операции могут быть параллельными, т. е. выполнятьсядвумя или несколькими специализированными бригадами. Так, например, буроваябригада выполняет собственно бурения и крепление скважины; монтажные бригадызанимаются только транспортированием, монтажом, демонтажем буровых установок,ликвидационным тампонажем скважин; каротажная бригада занимается только каротажеми т. п.

1.3. Основные технологические понятияи показатели бурения

 

Показателями бурения называются параметры,характеризующие количество и качество результатов проходки скважин. Главнейшимииз них являются: скорость, стоимость 1 м пробуренной скважины, процент выходакерна, направление ствола скважины и др.

Режимом бурения называется сочетание параметров,которые могут изменяться бурильщиком.

Так, например, привращательном бурении основными параметрами режима бурения являются: 1) осеваянагрузка на породоразрушающий инструмент; 2) частота вращения бурового снаряда;

3) качество очистного агента (воды,бурового раствора или сжа­того воздуха); 4) объемный расход, т. е. объем вединицу времени очистного агента.

Различают следующиеразновидности режимов бурения: оптимальный и специальный.

Оптимальным режимомбурения называетсясочетание параметров режима бурения, обеспечивающих максимальную ско­ростьбурения в данных геолого-технических условиях при данном типоразмере породоразрушающегоинструмента и при обеспе­чении требуемых качественных показателей: надлежащегона­правления ствола скважины и высокого выхода керна.

Специальным режимомбурения называетсясочетание специальных технологических задач. Например, взятие керна полезногоископаемого с помощью специальных технических средств, вы­прямление стволаскважины, искусственное искривление сква­жины в заданном направлении и др. Вэтом случае величина ско­рости бурения имеет подчиненное значение.

Рейсом бурения называется комплекс работ,затраченных на выполнение следующих рабочих операций: 1) спуск бурового снарядав скважину; 2) чистое бурение, т. е. углубление сква­жины (основная операция);3) подъем бурового снаряда из сква­жины.

2.ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХПОРОД

И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕСС БУРЕНИЯ

Горныепороды классифицируются по разным признакам. Попроисхождению они делятся на: магматиче­ские или изверженные; (глубинные иизлившиеся); осадочные (механические или обломочные, хемогенные, органогенные);метаморфические, образовавшиеся из магматических и осадочных пород на большихглубинах под действием высоких давлений и температур… Для бурения важны физико-механические свойства горныхпород, которые определяют сопротивляемость породы разрушению, а, следовательно,производительность и затраты. Физические свойства горных пород характеризуют ихфизическое состояние. Из всего разнообразия физических свойств пород прямо иликосвенно влияют на процесс бурения следующие: минеральный состав, степеньсвязности, пористость, плотность, удельный вес, структура, текстура, зернистость.

Механическиесвойства горных пород являются внешним проявлением физических и выражаются вспособности оказывать сопротивление деформированию и разрушению. К нимотносятся: прочность, крепость, динамическая прочность, твердость, упругость,хрупкость, пластичность, абразивность и др. В целом, изверженные породынаиболее прочные, за ними следуют метаморфические, потом осадочные, хотя издесь не без исключений. На прочность пород оказывает существенное влияниестепень их выветривания. Есть гранит, а есть выветренный гранит, прочность второгонамного ниже.

Изучениефизико-механических свойств горных пород необходимо 1) для выбора способабурения и наиболее производительных типов породоразрушающих инструментов; 2)для разработки рациональной технологии бурения и крепления стенок скважины; 3)для  расширения геологической изученности района работ. Особое внимание уделяютисследованию физико-механических свойств керна из опорных скважин, так какрезультаты этого изучения используются при составлении проектов бурения новыхскважин..

2.1.Классификациягорных пород по степени связности

Постепени связности горные породы разделяются на четыре основные группы:скальные, связные, рыхлые (сыпучие) и плывучие. Скальные породы характеризуются различной, обычно высокой твердостью, обусловленнойналичием между минеральными зернами молекулярных сил сцепления, которые послеразрушения породы не восстанавливаются. Скальные породы по содержанию кварцаразделяются на кварцсодержащие и бескварцевые. Первые характеризуются большейтвердостью и абразивностью. Связные породы отличаются от скальных меньшей прочностью.Обычно это некоторые типы осадочных пород, в которых обломочный материал связанцементирующей массой иного состава или структуры. К ним, например, относятся различные песчаники. Рыхлые породы (сыпучие) представляют собой механическуюсмесь частиц минералов или пород, не связанных между собой. Плывучие породыобладают способностью к течению, это обычно разжиженные водой пески (плывуны),но к течению способны породы и в твердом состоянии, например лед.

2.2.Буримостьи классификация горных пород по буримости

Буримостьюназывается сопротивление горной породы проникновению в нее породоразрушающегоинструмента. Буримость является комплекснойфункцией, зависящей, во-первых, от механических и абразивных свойств горных пород,во-вторых, от применяемой техники и технологии бурения, а именно: способа, типаи площади разрушения. Буримость является одним из основных факторов,определяющих производительность труда в процессе бурения скважин.

Длявращательного колонкового бурения все горные породы разделены на двенадцатькатегорий по возрастающей трудности бурения. Критерием отнесения к той или инойкатегории является механическая скорость бурения при стандартных условиях.Определить точно только визуально категорию породы по величине механическойскорости бурения в производственных условиях не всегда представляетсявозможным. Тем не менее,это обычно ипрактикуется при документации керна. При таком визуальном и субъективномспособе не исключаются неточности в отнесении породы к той или иной категории,и здесь важен опыт геолога. Буримость зависит от способа бурения. Поэтому дляразных способов бурения разработаны свои классификации горных пород побуримости, в которых горные породы сгруппированы в категории в зависимости отпоказателя буримости. Ниже приводиться классификация пород по их буримости приколонковом способе. За критерий отнесения породы к соответствующей категориипринята углубка скважины за 1 час чистого времени бурения. Скорость проходкипород I категории составляет 20-30 м/час; XII категории – 5-10 см/час.

Таблица2.1

Классификация горных пород по буримости  длявращательного механического бурения скважин

Катего­рия

породы

Горные породы, типичные для каждой категории I Торф и растительный слой без корней; рыхлые: лесс, пес­ки (не плывуны), супеси без гальки и щебня; ил влажный и иловатые грунты; суглинки лессовидные; трепел: мел слабый II Торф и растительный слой с корнями или с небольшой при­месью мелкой (до 3 см) гальки и щебня; супеси и суглин­ки с примесью до 20% мелкой (до 3 см) гальки или щебня; пески плотные; суглинок плотный; лесс; мергель рыхлый; плывун без напора; лед; глины средней плотности (лен­точные к пластичные); мел; диатомит; сажи; каменная соль (галит); нацело каолинизированные продукты вывет­ривания изверженных и метаморфизованных  лород; железная руда охристая III Суглинки и супеси с примесью свыше 20% мелкой (до 3 см) гальки или щебня; лесс плотный; дресва; плывун напор­ный; глины с частыми прослоями (до 5 см) слабосцементированных песчаников и мергелей, плотные, мергелистые, загипсованные, песчанистые; алевролиты глинистые слабо­сцементированные; песчаники, слабосцементированные гли­нистым и известковистым цементом; мергель; известняк-ракушечник; мел плотный; магнезит; гипс тонкокристаллический, выветренный; каменный уголь слабый; бурый уголь; сланцы тальковые, разрушенные всех разновидно­стей; марганцевая руда; железная руда окисленная, рых­лая; бокситы глинистые IV

Галечник, состоящий из мелких галек осадочных пород; мерзлые водоносные пески, ил, торф; алевролиты плотные глинистые; песчаники глинистые; мергель плотный; не-1гтот1'ыч известняки и доломиты; магнезит плотный; пористые известняки, туфы; опоки глинистые; гипс кристаллический; ангидрит; калийные соли; каменный уголь; бурый уголь крепкий; каолин (первичный); сланцы глинистые, песчано-глинистые, горючие, углистые, алевролитовые; серпентиниты (змеевики) сильно выветренные и оталькованные; неплотные скарны хлоритового и ам-фибол-слюдистого состава; апатит кристаллический; силь­но выветренные дуниты, перидотиты; кимберлиты, затрону­тые выветриванием; мартитовые и им подобные руды, силь­но выветренныеые; железная руда мягкая вязкая; бокситы

V Галечно-щебенистые грунты; галечник мерзлый, связанный глинистым или песчано-глинистым материалом с ледяными прослойками; мерзлые; песок крупнозернистый и дресва, ил плотный,, глины песчанистые, песчаники на известковистом и железистом цементе; алевролиты; аргиллите; глины аргиллитоподобные, весьма плотные, плотные сильно пес­чанистые; конгломерат осадочных пород на песчано-глинистом или другом пористом цементе; известняки; мрамор; доломиты мергелистые; ангидрит весьма плотный; опоки пористые выветренные; каменный уголь твердый; антрацит, фосфориты желваковые; сланцы глпнисто-слюдяные, слюдя­ные, тальково-хлоритовые, хлоритовые, хлорито-глинистые, серицитовые; серпентиниты (змеевики); выветренные алъбитофиры, кератофиры; туры серпентинизированные вулкани­ческие; дуниты, затронутые выветриванием; кимберлиты брекчиеведные; мартитовые и юл подобные руды, неплотные VI Ангидриты плотные, загрязненные туфогенным материалом; глины плотные мерзлые: глины плотные с прослоями доло­мита и сидеритов; конгломерат осадочных пород на известковистом цементе; песчаники полевошпатовые, кварцево-известковистые; алевролиты с включениями кварца; извест­няки плотные доломитизированные, скарнированные; доло­миты плотные; опоки; сланцы глинистые, кварцево-серицитовые, кварцево-слюдяные, кварцево-хлоритовые, кварцево-хлорито-серицитовые, кровельные; хлоритизированные и рассланцованные альбитофиры, кератофиры, порфириты; габбро; аргиллиты слабо окремнелые; дуниты, не затро­нутые выветриванием; перидотиты, затронутые выветрива­нием; амфиболиты; пирокоениты крупнокристаллические; тальково-карбонатные породы; апатиты, скарны эпидото- кальцитовые; колчедан сыпучий; бурые железняки ноздреватые; гематито-мартитовые руды; сидериты VII Аргиллиты окремненные; галечник изверженных и метаморфи­ческих пород (речник); щебень мелкий без валунов; конгломераты о галькой (до 50%) изверженных пород на песчано-глиниотом цементе; конгломераты осадочных пород на кремнистом цементе; песчаники кварцевые; доломиты весьма плотные; окварцованные полевошпатовые песчаники, извест­няки; опоки крепкие плотные; фосфоритовая плита; сланцы слабо окремненные; амфибол-магнетитовые, куммингтонитовые, роговообманковые, хлорито-роговообманковые; слабо рассланцованные альбитофиры, кератофиры, диабазовые туфы; затронутые выветриванием: порфиры, порфириты; крупно- и среднезернистые, затронутые выветриванием граниты, сиениты, диориты, габбро и другие изверженные породы; пироксениты, пироксениты рудные; кимберлиты базальтовидные; скарны кальцитосодержащие авгито-гранатовые; кварцы пористые (трещиноватые, ноздреватые, охристые); бурые железняки ноздреватые пористые; хромиты; сульфидные руды; мартито-сидеритовне и гематитовые руды; амфибол-магнетитовая руда VIII Аргиллиты кремнистые; конгломераты изверженных пород на известковистом цементе; доломиты окварцованные; окремнен­ные известняки и доломиты; фосфориты плотные пластовые; сланцы окремненные: кварцево-хлоритовые, кварцево-оерицитовые, кварцево-хлорито-эпидотовые, слюдяные; гнейсы; среднезернистые альбитофиры и кератофиры; базальты выветренные; диабазы; андезиты} диориты, не затронутые выветриванием; лабрадориты; перидотиты; мелкозернистые, затронутые выветриванием граниты, сиениты, габбро; затронутые выветриванием гранито-гнейоы, пегматиты, кварцево-турмалиновые породы; скарны крупно- и среднезернистые кристаллические авгито-гранатовые, авгито-эпидотовые; эпидозиты; кварцево-карбонаткые и кварцево-баритовые породы; бурые железняки пористые; гидро-гематитовые руды плотные; кварциты гематитовые, магнетитовые; колчедан плотный; бокситы диаспоровые IX Базальты, не затронутые выветриванием; конгломераты изверженных пород на кремнистом цементе; известняки карстовые; кремнистые песчаники, известняки; доломиты кремнистые; фосфориты плаcтовые окремненные; сланцы кремнистые; кварциты магнетитовые и гематитовые тонкополоcчатые, плотные мартито-магнетитовые; роговики амфибол-магнетитовые и серицитизированные; альбитофиры и кератофиры; трахиты; порфиры окварцованные; диабазы тонкокристалличе­ские; туфы окремненные; ороговикованные; затронутые выветриванием липариты, микрограниты; крупно- и cреднезернистые граниты, гранито-гнейcы, гранодиориты; сиениты; габбро-нориты; пегматиты; березиты; скарны мелкокристал­лические авгито-эпидото-гранатовые; датолито-гранато-геденбергитовые; скарны крупнозернистые, гранатовые; окварцоваяные амфиболит, колчедан; кварцево-турмалиновые породы, не затронутые выветриванием; бурые железняки плотные; кварцы со значительным количеством колчедана; бариты плотные X Валунно-галечные отложения изверженных и метаморфизованных пород; песчаники кварцевые сливные; джеспилиты; за­тронутые выветриванием, фосфатно-кремнистые породы; кварциты неравномернозерниотые; роговики с вкрапленностью сульфидов; кварцевые альбитофиры и кератофиры; липариты; мелкозернистые граниты, гранито-гнейоы и гранодиориты; микрограниты; пегматиты плотные, сильно кварцевые; скарны мелкозернистые гранатовые, датолито-гранатовые; магне­титовые и мартитовые руда, плотные, с прослойками роговиков; бурые железняки окремненные; кварц жильный; порфириты сильно окварцованные и ороговикованные XI Альбитофиры тонкозернистые, ороговикованные; джеспилиты, не затронутые выветриванием; сланцы яшмовидные кремнистые; кварциты; роговики железистые, очень твердые; кварц плотный; корундовые породы; джеспилиты гематито-мартитовыв и гематито-магнетитовые XII Совершенно не затронутые выветриванием монолито-сливные джеспилиты, кремень, яшмы, роговики, кварциты, эгириновые и корундовые породы

Каквидно из таблицы, для отнесения породы к той или иной категории по буримости кее названию дополнительно даются несколько определений, уточняющих свойства исостояние пород.

3. ТАМПОНИРОВАНИЕ СКВАЖИН

 

Тампонированием скважиныназывается комплекс работ по изоляции отдельных ее интервалов.Тампонирование осущест­вляется с целью предотвращения обваловскважины и размыва­ния пород в пространстве за обсаднымитрубами, разделения водоносных или других горизонтов для их исследования, пере­крытиятрещин, пустот, каверн, для ликвидации водопроявлений,поглощения промывочной жидкости при бурении.

/>

Рис. 3.1.Общая схема тампонажа:

1 –колонна обсадных труб; 2 – тампонажный материал; 3, 4, 5 — изолируемый,водонепроницаемый и водоносный пласты соответственно.

При бурении на жидкие и газообразные полезныеископае­мые, а также на минеральные соли необходимо изолировать пластполезного ископаемого от вышележащих пластов. Изоля­цияотдельных горизонтов в скважине необходима для предот­вращенияпроникновения грунтовых и пластовых вод в пласт полезного ископаемого. Приподходе к продуктивному пласту про­ходка скважины прекращается в водонепроницаемомвышерас­положенномпласте. Затем в скважину спускают колонну об­садныхтруб, а кольцевое пространство между низом колонны и стенами скважины заполняютводонепроницаемым материа­лом. Тампонированиемзатрубного пространства обсадная ко­лонна предохраняется от сжатия давлением икорродирующего воздействияминерализованных подземных вод.

Применяют постоянное и временноетампонирование. Посто­янное тампонирование проводят на длительноевремя. При по­стоянном тампонировании околоствольное пространство изоли­руетсяот ствола скважины. Временное тампонирование предна­значаетсядля изоляции отдельных горизонтов и проводится на срок испытания скважины.

Тампонированиепроизводят для разобщения и изоляции водо­носных пластов с разным химическимсоставом. Например, для изоляции горько-соленой воды от питьевой, изоляцииводоносных пластов от нефтегазоносных, для производства опытных нагнетаний водыв пористый пласт, для защиты обсадных труб от коррозии минеральными водами, дляустранения циркуляции подземных вод по стволу скважины при извлечении обсадныхтруб и ликвидации скважины.

В качестве тампонажных материалов используютглину, це­мент, глиноцементные смеси с наполнителями, быстросхватывающиесясмеси (БСС), битумы и смолы.

Тампонирование глиной применяют при бурениинеглубоких разведочных или гидрогеологических скважин. Если в месте намечаемоготампонирования залегает пласт глины мощностью 2—3 м, то тампонирование осуществляютзадавливанием башмака обсадной колонны вглину, предварительно пробурив этот лластна 0,5—0,6 м.

При отсутствии на забое глины или принедостаточной мощ­ности ее пласта нижнюю часть скважинызаполняют вязкой глиной, в башмак обсадной колонны вставляютконусную проб­ку, которой выдавливают глину в затрубное пространство.По окончаниитампонирования пробки разбуривают.

Тампонирование с помощью цемента называется цементиро­ваниемскважин. Цементирование используют при бурении скважины на воду, нефть,газ и в случаях, когда необходимо получить прочный и плотный тампон на весьмапродолжитель­ное время.

Для цементирования скважин используюттампонажный це­мент на основе портландцемента.

После смешивания с водой тампонажный цементдолжен да­вать подвижный раствор, перекачиваемый насосами, который стечением времени загустевает и затем превращается в водо­непроницаемыйцементный камень. Цементный раствор надо изготовлять как можнобыстрее, чтобы предупредить его схва­тывание во время нагнетанияв скважину. Готовят цементный раствор в цементомешалках или в специальных цементировоч­ныхагрегатах, смонтированных на автомобиле.

Наиболее широко применяемый способцементирования при разведочном бурении — погружение башмакаобсадной колонны в цементный раствор, залитый на забойскважины. Забойное цементирование проводят для изоляции нижнейпризабойной части колонны обсадных труб. Цементный раствор заливают вскважину через заливочные трубы на высоту 2—3 м.

После извлечения из скважины заливочных трубна забой спускают колонну обсадных труб. После затверденияцементно­го раствора разбуривают пробку в обсадных трубах и продол­жают проходку скважины.

Временное тампонирование скважинпроизводится на непро­должительный период проведения раздельногоисследования во­доносных (нефте- и газоносных) горизонтов.

Для разобщения отдельных участков скважины,подвергае­мых исследованиям (откачки, нагнетания), используют специ­альныетампоны, называемые пакерами. По принципу действия различаютпакеры простого и двойного действия. Пакеры про­стого действияразделяют скважину на два изолированных друг от друга участка, а двойногодействия — на три.

Принцип действия пакера основан на том, чтопри расшире­нии резиновой манжеты или подушки надежно уплотняется за­зормежду стенками скважины и колонной труб, на которой опускаетсятампон. Резиновая манжета (подушка) в скважине может уплотнятьсямеханически, с помощью воды или сжатого воздуха.

Гидравлический пакер (рис. 8.2.) с двумярезиновыми каме­рами 3 (двойного действия) спускают вскважину на колонне труб 1. Вода, подаваемая под давлениемчерез трубки 2 в ка­меры 3, прижимает их к стенкамскважины. Таким образом скважина разделяется на три участка. Черезфильтровую трубу 4 после установки пакерапроизводят опытные откачки или наливы.

Тампонирование без обсадных труб. Дляборьбы с погло­щением промывочной жидкости без уменьшениядиаметра сква­жины применяют БСС различного состава. Дозировка смеси, содержащейпортландцемент, глинистый раствор, жидкое стек­ло, каустическую содуи воду, зависит от качества цемента и глины. Изменением количестважидкого стекла и каустической соды регулируют свойства смеси и срокиее схватывания. Че­рез 20—35 мин после приготовления БСС теряет подвижность, ачерез 1—1,5 ч заканчивается ее схватывание. Используют такжетампонажные смеси на основе синтетических смол путем смешиванияих с наполнителем и последующим введением в смесь отвердителя.

Тампонажные смеси должны быть доставлены кместу по­глощения промывочной жидкости до потери подвижности.Смесь, доставляют одним из следующих способов: 1) заливкой через устьенеглубокой скважины; 2) закачиванием через бурильную колонну,3) в колонковом наборе, закрытом снизу глиняной пробкой, споследующим выдавливанием промывочной жид­костью; 4) с использованиемспециальных тампонажных уст­ройств.

Доставленную в зону поглощения тампонажнуюсмесь после выдержки в течение времени, необходимого для ее затвердева­ния,разбуривают.

3.1.Производстворабот по цементированию скважины при помощи двух пробок

Если необходима большая высота подъемацемента в затрубном пространстве (на любое расстояние отзабоя, вплоть до устья скважины), применяется цементированиепод давлением с разделяющими пробками.При этом используют две разделяющие пробки и цементировочную головку.Разделяющие пробки снабжены уплотняющими резиновыми манжетами. Верх­няяпробка сплошная, а в нижней выполнен осевой канал, пе­рекрытыйстеклянным диском или резиновой перепонкой.

Промывказатрубного пространства. Через отвод 1 (рис. 8.1, а) цементировочной головки нагнетаютпромывочную жидкость для промывки скважины. При этом колонна обсадных трубподвешена в устье скважины с помощью лафетного хомута и не касается забоя.

Введениев обсадные трубы нижней пробки. Для этого цементировочную головку отвинчивают от колонны ив устье обсадной ко­лонны вводят нижнюю пробку. После этого навинчиваютцементировочную головку с закрепленной в ней верхней пробкой

Нагнетаниецементного растворав  колонну обсадных труб. Освобождение верхней пробки и ее продавливание вдольколонны. Вывинчивают выдвижные стопоры 6 цементировоч­ной головки, освобождаяэтим верхнюю пробку и через отвод нагнетают промывочную жидкость (глинистыйраствор или воду) для продавливания пробок. Тогда система, состоящая из двухпробок и цементного раствора между ними, будет перемещаться вниз.

Продавливаниецементного раствора в затрубное пространство. Когда нижняя пробка упрется в упорное (стопорное)кольцо, закрепленное между трубами и башмаком, тогда возросшим давлением насосараздавливается стеклянная пластинка, перекрывающая отверстие в нижней пробке, ицементный раствор через это отверстие продавливается в кольцевое затрубноепространство (рис. 8.1, в). Окончание нагнетания цементного раствора взатрубное про­странство соответствует моменту схождения пробок (рис. 8.1, г),определяемому по резкому повышению давления на манометре.

Снятиеколонны обсадных труб с лафетного хомута и спуск колонны до забоя.

Дляэтого колонну с помощью элеватора, крюка, талевой системы и лебедки буровогостанка приподнимают, вынимают из корпуса лафетного хомута и спускают колонну дозабоя.

Выдерживание колонны обсадных труб под давлением(при за­крытых отводах 1 и 2) в течение 12-24 ч до конца схватывания изатвердевания цемента.

Снятиецементировочной головки, разбуривание пробок и упорного кольца, очистка забоя.

Проверкарезультата тампонирования. Для этого понижают откачкой уровень жидкости в скважине ниже (не менеечем на 10 м) статического уровня тампонируемого водоносного горизонта. Если втечение суток уровень воды в скважине не поднялся (не учитывая поднятия уровня до 1м за счет стенания капель по стенкамтруб), то считают, что тампонирование водоносного пласта произведено и об этомсоставляется акт.

/>

Рис. 3.3. Схема тампонажаскважины цементом по способу «с двумя пробками»:

 а – начало закачиванияцемента; б – конец закачки цемента; в – начало подъема цемента в затрубноепространство; г – конец цементации

1 – запорный кран; 2 –манометр; 3 – головка для цементации; 4 – верхняя часть пробки; 5 -  резиновыеманжеты; 6 — нижняя часть пробки; 7 – обсадная труба; 8 -  верхняя пробка; 9 - нижняя пробка

3.2.Ликвидационныйтампонаж скважины

Пробуривскважину, производят контрольный замер ее глубины, измерение зенитных углов иазимутов через установленные интервалы (обычно 20 м) и геофизическиеисследования (каротаж). Затем приступают к извлечению обсадных колонн иликвидационному тампонированию скважины.

Цельликвидационного тампонирования состоит в том, чтобы изолировать все водоносныепласты и пласты полезного ископаемого, подлежащего разработке, от поступления вних воды по скважине и трещинам из изо­лируемого водоносного пласта и устранитьвозможность циркуляции подземных вод по стволу скважины при извлечении обсадныхтруб и ее ликвидации.

Дляликвидационного тампонирования скважины, пройденной в скальных и полускальныхпородах, применяют цемент, в породах глинистых — пластичную жирную глину.Скважина, пробуренная с применением глинистого раствора и тампонируемая цементом,перед тампонированием промывается водой для разглинизации. Цементный растворнагнетают насосом через бурильные трубы, опущенные до забоя. По мере заполненияскважины цементным раствором бурильные трубы приподнимают. После подъема насос и бурильные трубы должны быть промыты водой для очисткиот остатков цементного раствора.

Притампонировании глиной ее замачивают, приготовляют густое глиняное тесто, затемс помощью глинопресса или вручную готовят цилиндры из глины. Глиняные цилиндрыопускают на забой скважины в длинной колонковой трубе и, приподняв колонковуютрубу на 1,0—1,5 м над забоем, выпрессовывают с помощью насоса давлением водыобычно при 1,0—1,5 МПа. Для надежности каждую порцию тампонажной глины трамбуютметаллической трамбовкой.

Дляликвидационного тампонирования глубоких скважин хорошо зарекомендовали себя:

1.Глинисто-цементный раствор, изготовляемый на базе глинистого раствораповышенной вязкости (Т = 50—80 с, θ =500— 1500   Н/см2).

На 1м3 глинистого раствора добавляют 120—130 кг тампонажного цемента и12 кг жидкого стекла.

2.Для тампонирования законченных скважин применяют отверждаемый глинистый раствор(ОГР) следующего со­става: нормальный глинистый раствор — 64%; формалин — 11%;ТС-10 —25%. ТС-10 представляет собойтемно-коричневую жидкость, изго­товленную из смеси (в надлежащих пропорциях)сланцевых фено­лов, этиленгликоля и раствора едкого натра.

Вряде разведочных районов к тампонажным растворам добав­ляют песок.

Приналичии полного поглощения промывочной жидкости на интервале скважины выше зоныпоглощения устанавливают деревянные пробки. Вустье ликвидированной скважины оставляют обсадную трубу с цементной пробкой. Натрубе отмечают номер и глубину скважины.

Привыполнении работ по ликвидационному тампонированию следует руководствоватьсяутвержденными инструкциями или правилами выполнения этого вида работ,действующими в данном регионе. О выполнении ликвидационного тампонированиясостав­ляется акт по форме, предусмотренной инструкцией или правилами.

ЛИТЕРАТУРА

 

1.Воздвиженский Б.И. Разведочное бурение / Б.И. Воздвиженский, О.Н. Голубинцев,А.А. Новожилов. – М.: Недра, 1979. — 510 с.

2.Советов Г.А. Основы бурения и горного дела / Г.А. Советов, Н.И. Жабин. – М.:Недра, 1991. – 368 с.