Что такое тампонирование скважин и как оно выполняется

Подготовка к цементированию

Еще на этапе проектирования, до начала буровых работ, производятся все технические расчеты, благодаря которым можно заготовить в необходимом количестве все материалы для цементирования.

Расчет труб для обсадных колонн

Расчет обсадных колонн необходим, чтобы правильно выбрать трубы: диаметр, прочность материала и толщину стенок. В зависимости от технологических условий эксплуатации конструкции (геологическая структура, давление со стороны грунта и возможность его смещения) используются пластиковые или металлические трубы.

Состав для цементирования

Рассчитать заполнение трубы цементным раствором можно по формуле, с использованием конкретных данных: глубина скважины, диаметр трубы, ширина затрубного пространства. Также в расчетах учитывается коэффициент (K₁), обозначающий расход цементного раствора на заполнение трещин, каверн и погрешности в диаметре обсадной колонны.

Стандартный цементно-песчаный раствор может применяться для тампонажа скважин, которые устроены в плотном глинистом грунте

Формула для расчета количества цементного раствора выглядит так: V_ц = (π/4)*[К₁*(D₂ – d₁2)*Н_ц d₂2*h], м3.

В силу сложности проведения вычислений, ведения работ по тампонированию, а также необходимость использовать профессиональное оборудование, технологически грамотный тампонаж скважины может обеспечить только центр цементирования скважин.

Рекомендации по выбору тампонажных смесей

Состав раствора подбирается с учетом структурного строения грунтовых слоев. Чтобы тампонажная смесь более плотно контактировала с трубой, в ее состав должны входить компоненты, увеличивающие раствор в объеме.

Если предварительное исследование грунта показало, что некоторые геологические слои имеют пористую структуру, использование обычного цементного раствора не рекомендуется. Причина – он станет проникать в мелкие пустоты в толще грунта, а это перерасход тампонажного материала. Чтобы избежать этого, цементирование обсадных колонн на таких почвах производится с добавлением волокнистых компонентов, например, асбест, тростник и подобные им материалы.

• Приготовление цементирующего состава;
• Заполнение трубы раствором;
• Продавливание тампонажного состава в затрубное пространство;
• Затвердение цементной смеси;
• Проверка качества цементации.

Тампонирование проводится по заранее составленной программе, в которой учитываются особенности горно-геологических условий, глубина скважины или отдельной ее части, подвергающейся цементированию, состояние ствола и другие особенности конструкции.

Ключевое оборудование, которое применяется при цементировании скважин — это цементно-строительный агрегат и цементировочная машина

Если в данной местности ранее уже проводилось цементирование скважин, расчеты и процесс тампонирования могут опираться на уже имеющийся опыт, но с коррекцией на новые технические данные.

Зачем цементировать скважину?

Цементирование скважины — процесс, который следует сразу после окончания буровых работ. Процедура цементирования заключается в том, что в затрубное или межтрубное (в случае если обсадная труба помещена в свою очередь в полиэтиленовую более широкую трубу) вводится цементный раствор, который со временем затвердевает, образуя монолитный ствол скважины.

Цементный раствор в этом случае называется «тампонажный», а сам процесс «тампонированием». Сложный инженерный процесс, именуемый технологией цементирования скважин, требует определённых знаний и специального оборудования.

В большинстве случаев источники воды можно тампонировать своими руками, что обходится гораздо дешевле, чем привлечение специалистов.

Цементирование скважин – комплекс мероприятий, направленный на укрепление затрубного пространства и обсадной колонны от разрушающего бокового давления горных пород и воздействия грунтовых вод

Правильно произведённое тампонирование скважин на воду способствует:

• обеспечению прочности конструкции скважины;
• защите скважины от грунтовых и верховых вод;
• укреплению обсадной трубы и защите её от коррозии;
• повышению срока эксплуатации водоисточника;
• устранению крупных пор, пустот, зазоров, через которые в водоносный горизонт могут попасть нежелательные частицы;
• вытеснению бурового раствора цементным, если первый использовался при бурении.

От того, насколько грамотно осуществлено цементирование, будет зависеть качество добываемой воды и эксплуатационные характеристики скважины. Также цементирование производится для ликвидируемых скважин, которые больше не будут больше эксплуатироваться.

Галерея изображений
Фото изЦементирование проводится для кустовых водозаборных сооружений, предназначенных для обеспечения водой населенных пунктов. В частном хозяйстве водозаборные точки цементируют в редких случаях

Укрепление положения скважинного ствола путем цементирования проводится, если бурение выполнялось в несвязных рыхлых грунтах, не способных «держать» стенки обсадной колонны

Затрубное пространство цементируют, если есть вероятность проникания паводковых и сточных вод, стекающих вдоль ствола скважины в водоносный пласт

Заполнение ствола цементом, т.е. тампонирование скважины, выполняют если больше не будут эксплуатировать водозабор

Цементирование куста водозаборных скважин

Цементирование выработок в несвязных грунтах

Цементирование как защита от паводковых вод

Тампонирование старой скважины

Типы вяжущих растворов, особенности технологии

Тампонирование — сложный и трудоемкий процесс, требующий правильной подготовки. Поэтому комплекс работ проводится после получения предварительных расчетов, в которых учитываются:

• глубина водозаборного ствола,
• расстояние между стенками шахты и конструкцией скважины,
• состав и объем грунта,
• наличие сторонних примесей в воде,
• имеющиеся технические нарушения конструкции.

Выбор вяжущих растворов для тампонирования проводится с учетом типа и состава грунта. Для работ используются следующие растворы:

Раствор на основе портландцемента и песка. Подходит для цементирования сооружения, обустроенного в глинистом грунте и суглинках. Готовая смесь обеспечивает высокую адгезию с основанием и быстрое высыхание.

Цементный раствор с добавлением наполнителей — асбеста, бумаги, волокнистых компонентов. Подобный раствор предназначается для сооружений, расположенных на подвижных пористых грунтах.

Вспененные растворы и жидкий пластик. Они используются для сооружений, возведенных в твердых грунтах, обеспечивая максимальную герметизацию конструкций.

Раствор для проведения тампонажа имеет жидкую консистенцию для удобства подачи при помощи насосного оборудования. Перекачка раствора выполняется через входящую трубу на высоту до 2,8 метра.

Расчеты, необходимые при цементировании скважин

После того, как проведена полная идентификация пробуренной скважины, приступают к  соответствующим расчетам, в ходе которых получают следующие необходимые для цементирования данные:

№	Полезная информация
1	определяется оптимальный состав тампонажной смеси
2	вычисляется необходимое количество расходных материалов для приготовления раствора
3	проводится проверочный расчет, дающий необходимое количество буферной жидкости

Вычисления можно проводить как в ручном режиме, так и с помощью автоматических средств, с применением необходимого программного обеспечения.

Для успешного расчета нужны перечисленные ниже входящие данные:

• диаметр цементируемой скважины;
• необходимое значение  плотности  цементного раствора;
• высоту кольца уплотнения;
• объем стакана и так далее.

После проведения автоматизированного расчета программа выдает результат в виде  таблицы, в которую включены все необходимые данные. Если в такой таблице заменить некоторые исходные  значения, то перерасчет проводится автоматически и результат будет иным.

В настоящее время расчет ручным способом применяется редко, однако эта методика до сих пор имеет право на свое существование. Входящие данные при ручном расчете ничем не отличаются от автоматизированного.

На примере одноступенчатой тампонажной технологии рассмотрим последовательность вычислений. Она выглядит таким образом:

• начинают расчет с вычисления высоты столба буферной жидкости с учетом предварительно определенного коэффициента аномальности;
• затем проводят расчет высоты столба цементирующего раствора, находящегося за пределами  эксплуатационной колонны;
• определяется необходимый объема такого раствора;
• рассчитывается вес сухой цементной части;
• вычисляется необходимое количества воды или иной разбавляющей жидкости;
• вычисляется максимальное значение давления, которое будет на упорном  кольце.

На заключительном этапе  расчета определяется требуемая подача цемента соответствующими агрегатами, а также количество цементирующих приборов. Также в процессе расчета определяется количество цементосмесителей,  необходимых для обеспечения  требуемого объема цементирующего раствора.

В заключении подведем итоги.

Разумеется, качество решения это непростой инженерной задачи находится в прямой зависимости  от соблюдения правильной последовательности и всех правил проведения необходимых технологических операций, а также от  корректности проведенных  расчетов и квалификации персонала. Рабочие и инженеры, непосредственно проводящие цементирование, должны целиком и полностью соблюсти все требования, предъявляемые к проведению этих работ.

Кроме того, важную роль в этом процессе играет качество применяемых для приготовления цементной смеси  материалов, а также исправность и эффективность применяемого оборудования. Соблюдение всех перечисленных требований позволяет провести эти работы качественно, что дает возможность существенно продлить срок эксплуатации  глубинных конструкций скважины.

Список используемой литературы:

• Нефть и Нефтепродукты – Википедия
• Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
• Алекперов, В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.
• Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
• Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.

Методы работ

В зависимости от глубины колонны, могут применяться разные технологии:

• поэтапная – используется для глубоких скважин, принцип заключается в том, что каждый участок обсадной трубы цементируется по мере бурения. Минус – существенное увеличение срока работ;
• простая заливка бетонного раствора – в этом случае, цементная смесь заливается в околотрубное пространство и сама по себе стекает вниз. Существенный недостаток – практически невозможно проконтролировать качество работ. Тем более, могут образовываться многочисленные пустоты. Для борьбы с этим явлением, к стенкам обсадной трубы подсоединяется вибрационный аппарат, таким образом, раствор усаживается гораздо лучше. Вообще, этим способом имеет смысл пользоваться только для неглубоких источников;

Один из самых эффективных методов – это обратное цементирование. Однако для него требуется специальное оборудование. Принцип технологии заключается в подаче раствора на дно обсадной трубы под высоким давлением. Для этого, в нее опускаются трубы со специальным наконечником. Он представляет собой уплотнительное кольцо, которое не дает смеси подниматься в обсадную колонну. Таким образом, раствор движется снизу вверх и хорошо заполняет все пространство за обсадной трубой.

Обсыпка щебнем

1 Когда необходимо применение ликвидационного тампонажа скважин?

Что касается назначения — ликвидационный тампонаж скважин предназначен для непосредственного предотвращения попадания загрязняющих поверхностных вод в чистый водоносный слой. Это зачастую происходит после окончания эксплуатации водозаборного колодца.

Помимо всего прочего ликвидация скважины может происходит и в следствии других причин, таких как:

• неисправность (по геологическим или же техническим причинам) питьевой скважины;
• максимальная выработка колодцем ресурса водоносного слоя;
• предотвращение опасного загрязнения колодцем водоносного слоя вследствие неправильной эксплуатации или же его бурения;
• предотвращение слияния вод разных горизонтов (как, к примеру, пресных и минеральных).

Кроме этого, применение тампонажа артезианской скважины в последних двух случаях может проводиться по той причине, что в течение эксплуатационного срока скважины были разрушены её обсадные колоны. Также при обустройстве колодца могло быть плохо заизолировано устье. Как видим, бурение, и дальнейшее обустройство артезианской скважины играет огромную роль в продлении срока её эксплуатации.

Но не менее важным для артезианки является и сам процесс тампонирования. Благодаря нему в будущем вы сможете пробурить ещё одну скважину недалеко от предыдущей.

1.1 Способы проведения работ

В большинстве случаев на практике используются 2 способы тампонирования, о которых мы упомянем ниже. Главное при этом разобраться с их особенностями и технологией.

Процесс проведения ликвидационного тампонажа скважины на воду

Итак, первым (временным) является способ применения различных тампонов и глины.

Для этого требуется использовать жирную глину, в которой не будет содержаться посторонних примесей — для чего его требуется тщательно перемешать с использованием мешалки.

Из получившейся породы требуется скатать (можно вручную) шарики. Размер каждого — примерно с кулак величиной. Скатанные шарики требуется высушить — просто оставить на солнце — после чего забросить их в выработку (порционно — штук по 12-15 за раз).

Как вариант — шарики можно опустить на дно выработки с помощью желонки, на конце которой устанавливается открывающийся наружу клапан (в случае применения желонки шарики можно и не высушивать). Каждую из порций желательно трамбовать, одновременно с этим поднимая трубы. Всего высота «пробки» из глины должна составлять примерно полтора метра — не более.

Второй же тип относится уже к постоянным, так как скважину заливают бетонном специальным раствором. Многие думают, что первый способ является не актуальным. Но это не так. Ведь, когда нужно испытать скважину, с целью изолирования водоносных слоев или же их отдельных интервалов,  необходимо произвести временное тампонирование. В случае, когда скважина уже изжила свое, вам необходимо выбрать второй тип – непосредственно её ликвидацию.

Если же скважины на некоторое время разделяют на определенные отрезки, то в данном случае необходимо применять специальные тампоны – пакеры. Они также используются в процессе исследования горных пород, разнящихся наличием трещин и пористостью. Благодаря ним также можно проверить качество цементирования скальных пород.

1.2 Какое требуется оборудование для ликвидационного тампонажа скважин?

В отличие от бурения, для проведения ликвидационного тампонажа вам потребуется гораздо техники и материалов.

Скважина до (слева) и после (справа) проведения тампонажа

Что же касается самого непосредственно оборудования, то вам понадобится специальный насос, металлическая трамбовка и бурильные трубы.

Технология

Процесс тампонирования водозаборных сооружений может выполняться несколькими способами:

1. Обычная закачка цементно-песчаного раствора в просвет между обсадной трубой и стенками сооружения. При этом продвижение смеси происходит под собственным весом в направлении от устья конструкции вниз. Главное преимущество способа – его простота, однако качество тампонирования получится не очень высоким.
2. Технология обратного цементирования считается более эффективной. Данный метод выполняется так: в нижней части сооружения устанавливается пробка, отгораживающая рабочую зону. Затем раствор поставляется прямо в обсадную трубу, откуда под давлением он попадает за колонну и поднимается вверх в просвете между ней и стенками сооружения. Для получения нужного давления в скважину подаётся специальная жидкость под высоким давлением.
3. Для тампонирования глубоких скважин используется многоэтапная технология. Процесс выполняется на отдельных участках поочерёдно.
4. Не менее эффективным способом тампонирования скважины является глиняный столбик. Он помещается в проходку при помощи колонкового снаряда. Затем этот столбик выдавливается из колонны под давлением, создаваемым насосом. Чтобы избыточное давление могло сбрасываться, в снаряде есть небольшие дырочки. Они позволяют лишней жидкости изливаться наружу.

При выборе метода стоит помнить, что целью мероприятий является следующее:

• При качественном тампонировании всё пространство за обсадной колонной должно быть плотно заполнено раствором. Никаких пустот быть не должно. Кроме этого раствор должен давать хорошую адгезию со всеми поверхностями.
• Затвердевший раствор должен не поддаваться разрушающему воздействию грунтовых вод, которые порой могут иметь довольно агрессивный состав.
• Помимо этого смесь для тампонирования должна обладать хорошей механической прочностью, чтобы выдерживать давление окружающей породы на неё.
• Если используется технология обратного цементирования, то промывочная жидкость должна быть полностью удалена из зоны тампонирования. В противном случае качество цементирования будет очень низким.

При тампонировании скважин используются приспособления для смешивания цементно-песчаного раствора, а также цементировочные машины.

Консервация и ликвидация скважин

Тампонирование скважины при ликвидации – это наполнение пустых мест в породе цементом или глиной. Такая мера нужна для укрепления котлована, чтобы отделить слой водной почвы от загрязнений извне и талой воды. Изолирующим составом заполняются пустоты между почвой и обсадкой. Ликвидационный тампонаж различного назначения происходит по такому же принципу, только изолирующим составом наполняют не пустоты между почвой и обсадкой, а сам котлован.

В состав работ по ликвидации скважин входят следующие операции:

• 1Монтаж и демонтаж бурового агрегата.
• 2Устройство циркуляционной системы.
• 3Геофизическое обследование.
• 4Опытная откачка воды.
• 5Подготовка глинистого раствора.
• 6Извлечение посторонних предметов.
• 7Разбуривание песчаной пробки.
• 8Промывка водой.
• 9Дезинфекция.
• 10Песчаная или гравийная засыпка фильтровой части.
• 11Закачка цементно-глинистого раствора.
• 12Копка шурфа.
• 13Обрезка обсадных труб и приварка заглушки.
• 14Заливка дна шурфа.
• 15Обратная засыпка шурфа.

Правила ликвидации и консервации скважин

Тампонаж нужен, если водозаборная скважина сделана с нарушениями технологии или действующего законодательства о недропользовании. Государство четко регламентирует порядок и правила ликвидационного тампонажа буровых скважин.

Выполнение ликвидации может потребоваться при:

• ухудшении качества воды, когда меры по очищению водозабора не дадут результата или будут стоить дороже;
• понижении дебета водозабора до минимальных значений, при которых использовать его в дальнейшем буде невозможно;
• потери необходимости в использовании участка;
• появлении риска загрязнения всего водоносного слоя артезианского источника из-за неправильного обустройства.

Кроме аварийных, ликвидации подлежат безводные, разведочные, инженерно-геологические, скважины, по тем или иным причинам не достигшие расчетной глубины водоносного горизонта, указанной в проекте, либо не обнаружившие воду на расчетной глубине. Такие случаи могут происходить по форс-мажорным обстоятельствам (техногенное или природное воздействие), но чаще причиной является непрофессионализм бурового подрядчика.

Свидетельство о допуске СРО на 2021 год

Ликвидируются скважины, пробуренные на запретных территориях, брошенные или слишком долго простоявшие в состоянии консервации. Слишком долгая консервация скважины на воду может привести к тому, что за время длительного простоя без контроля с соответствующим техническим обслуживанием разрушаются конструкции с основными узлами. Различные виды коррозии разрушают металл, бетон или другие материалы, в результате снижается прочность конструкций, нарушается герметичность соединений.

Консервация скважин на воду ↑

Водозаборное сооружение может быть временно законсервировано как на этапе строительства, так и в процессе использования, что обусловлено обстоятельствами разного рода.

Причины и особенности консервации ↑

Существует несколько причин консервации скважины:

• невозможность продолжать буровые работы вследствие форс-мажорных обстоятельств;
• возникшие проблемы с финансированием обустройства объекта;
• временное отсутствие необходимости в эксплуатации источника водоснабжения;
• несоответствие фактических техусловий проектным (до выяснения причин);
• закрытие фонтанирующего источника до выравнивания атмосферного и межпластового давления.

Этапы работ ↑

1. Извлекается аппаратура, мешающая проведению тампонирования.
2. В ствол опускаются насосно-компрессорные трубы для промывки сооружения и очистки интервала перфорации.
3. Проверяется герметичность колонны, а также отсутствие заколонной циркуляции.
4. Ствол заполняется нейтральнымсоставом для предотвращения коррозии трубы и сохранения продуктивности горизонта.
5. Верхняя часть конструкции заполняется незамерзающей жидкостью.
6. Обвязка устья, установка цементных мостов и другие технологические моменты устанавливаются проектной документацией.

Консервация скважины – верный способ сохранить источник водоснабжения при длительном перерыве в эксплуатации

Цементирование скважины

Назначение

Начнем с того, что дадим определение самому термину. Тампонаж – это заполнение горных пород и присутствующих в них трещин цементным раствором для предотвращения просачивания воды, нефти или других ископаемых через породу и проникновения этих веществ в другие слои и горизонты почвы.

Различают:

• яркое цементирование затрубного пространства скважин в целях упрочнения ствола и предотвращения протечек верховодки и грунтовой воды в известняковый слой,
• цементирование в целях ликвидации скважины – ликвидационный тампонаж.

Ликвидация нужна по причине того, что в некоторых случаях ветхая скважина начинает воображать угрозу заражения водоносных слоев. Артезианские запасы воды считаются стратегическими запасами страны, исходя из этого их безопасность – это безопасность страны.

На базе анализов и экспертиз компетентные органы принимают решение о необходимости ликвидационного тампонирования объекта, после этого составляют проект работ, и, по окончании его утверждения, силами опытных организаций реализовывают цементирование.

Обратите внимание! Эксплуатационное цементирование имеет суть лишь в случае громадной глубины скважины и определенных черт среза породы. Для пробуренных скважин «на песок» эта мера не имеет практического смысла, поскольку в данном случае опасность сообщения различных водоносных горизонтов отсутствует. При бурении артезианских скважин решение о необходимости цементирования принимает организация, создающая работы

При бурении артезианских скважин решение о необходимости цементирования принимает организация, создающая работы.

В каких случаях нужен тампонаж

Дабы конкретизировать статью, направляться сходу выяснить показатели, по которым возможно установить необходимость цементирования и ликвидации скважины.

Итак, тампонаж нужен в случаях в случае если:

• Уровень качества воды в скважине ухудшилось, а восстановление либо усовершенствование нереально либо не нужно в силу технических, физических либо экономических мыслей,
• Объект выработал свой ресурс и больше не эксплуатируется,
• Временные скважины маленьких диаметров больше не воображают интереса благодаря появления других источников подачи воды,
• Найдены недостатки конструкции объекта, снизился дебит либо случилась авария, а восстановление экономически невыгодно либо технически невыполнимо,
• Геолого-разведовательные либо поисковые бурения выполнили свою задачу и более не необходимы,
• Источники с напорными фонтанирующими водами прекратили неизменно эксплуатироваться,
• Поглощающие скважины стали представлять угрозу заражения водоносных горизонтов.

направляться заявить, что тампонирование значительно чаще выполняется при бурении нефтяных и газовых разработок. При добыче воды объекты цементируют редко, крайне редко.

Тут нет четких правил, в то время, когда точно направляться либо не нужно создавать бетонирование, все решается в ходе проектирования и производства работ на базе разведывательных данных, структуры среза породы, его состава и т.д.

На практике все выглядит так: по окончании завершения бурения хозяин скважины получает паспорт на объект, где указано, как как раз следует за ним следить и какие конкретно меры принимать в тех либо иных событиях. Не считая всего другого, там сказано, что в случае аварии, поломки, ухудшения качества и других форс-мажорных событий хозяин обязан уведомить СЭС.

Потом СЭС создаёт забор воды на исследование и осмотр объекта. На основании взятых данных станция выносит решение о состоянии скважины и ее предстоящей судьбе, а хозяин получает предписания к действиям, каковые он обязан осуществить для ликвидации поломки либо объекта.

Обратите внимание! Ответственность за верное проведение всех предписанных мероприятий всецело ложится на хозяина, а невыполнение этих предписаний угрожает уголовным преследованием за нарушение закона об охране недр. Работы по верному тампонированию создают посредством особого оборудования, цена которого неподъемна для частного лица либо дачника. Исходя из этого многих интересует, вероятно ли цементирование своими руками? Однозначного ответа тут нет, нужно разглядывать любой отдельный случай

Исходя из этого многих интересует, вероятно ли цементирование своими руками? Однозначного ответа тут нет, нужно разглядывать любой отдельный случай

Работы по верному тампонированию создают посредством особого оборудования, цена которого неподъемна для частного лица либо дачника. Исходя из этого многих интересует, вероятно ли цементирование своими руками? Однозначного ответа тут нет, нужно разглядывать любой отдельный случай.