Назначение цементирования скважины

С целью разобщения пластов в обсадную колонну закачивают цементный раствор, который вытесняет находящийся в ней буровой (глинистый) раствор, и продавливают в затрубное пространство (рис. 1) на расчетную высоту. Процесс транспортирования (закачивания) цементного раствора в затрубное пространство получил назваие процесса цементирования скважин.

Цементирование скважин, особенно глубоких,— наиболее ответственный этап их строительства. Значение цементировочных работ обусловливается тем, что они являются заключительным процессом и неудачи при их выполнении могут свести к минимуму успехи предыдущей работы вплоть до потери скважин.

Номенклатура обсадных колонн

 Каждая конструкция скважины сост-оит из ряда обсадных колонн (рис. 101): шахтного направления 1, кондуктора 2, технической (про-межуточной) колонны 3, эксплуатационной колонны 4. В зависимости от числа колонн конструкция скважин может быть одноколонной (после направления и кондуктора спущена только одна эксплуатационная колонна), двухколонной (одна техническая и одна эксплуатационная колонны), трехколонная (две технические и одна эксплуатационная колонны).

Первая колонна труб получила название направления. Она предохраняет устье скважины от размыва буровым раствором и направляет его в желобную систему. Направление в зависимости от свойств верхнего интервала пород спускают на глубину от 2 до 40 м. Его устанавливают обычно до монтажа буровой установки.

Второй колонной труб является кондуктор, который, как и направление, предохраняет ствол скважины от размыва и препятствует последующему проникновению токсичного бурового раствора в водоносные горизонты, эксплуатируемые для технических и бытовых нужд. В зависимости от условий глубина их спуска находится в пределах десятков или сотен метров.

Последующие колонны называют техническими (промежуточными). Их число и глубина спуска зависят от условий бурения. При благоприятных условиях бурения они могут не использоваться.

Последней колонной, после спуска которой дальнейшее углубление скважины не производят, является эксплуатационная колонна.

Техническая или эксплуатационные колонны могут перекрывать не весь ствол скважины от забоя до устья, а только необсаженный интервал ствола от забоя до предшествующей колонны. Такая колонна носит название хвостовика в соответствии с назначением техническим или эксплуатационным.

При современных способах эксплуатации скважин обычно ограничиваются эксплуатационной колонной труб диаметром 146 мм, а при высоких дебитах применяют трубы диаметром 168 мм.

Базовые цементы

В зависимости от вяжущей основы тампонажные цементы .делятся на несколько видов: а) тампонажный цемент на базе портландцемента; б) тампонажный цемент на базе доменных шлаков; в) белито-кремнеземистый цемент; г) извёстково-песчаные смеси; д) прочие виды тампонажного цемента (гипсовые, на основе природных минералов и горных пород); е) органические крепители.

В зависимости от температуры испытания и применения тампонажный цемент целесообразно разделить на три класса.

I. Цемент для «холодных» скважин — ХЦ с температурой испытания 22±2 °С.

II. Цемент для «горячих» скважин — ГЦ с температурой испытания 75 ±3 °С.

III. Цемент для глубоких высокотемпературных скважин (ВЦ).

По роду добавок-наполнителей тампонажные цементы разделяются на песчаные, волокнистые, гель-цементы, пуццолановые, перлитовые, гематито-магнетитовые, бентонитовые и др.

По плотности тампонажные растворы делятся на легкие с плотностью до 1,30 г/см³; облегченные с плотностью 1,30— 1,75 г/см³; нормальные, плотность которых изменяется в пределах 1,75—1,95 г/см³; утяжеленные с плотностью 1,95—2,20 г/см³; тяжелые с плотностью выше 2,20 г/см³.

Цементы могут быть выделены по величине прочности камня и времени ее достижения: с высокой начальной прочностью и обычные.

Цементы всех классов имеют основой портландцемент и поэтому для применения при высоких температурах и давлениях требуют введения замедлителей сроков схватывания.

Регулирование свойств и параметров цементных растворов

Для цементирования скважин цементный раствор должен обладать рядом свойств, которыми не наделены растворы, состоящие из смеси тампонажного портландцемента и воды.

Для сокращения сроков схватывания или времени загустевания растворов из тампонажного цемента применяют реагенты-ускорители, для увеличения — замедлители. В качестве ускорителей сроков схватывания применяют в большинстве случаев хлористый кальций СаС1₂ (2—3 % массы цемента); для этих же целей используют хлористый алюминий А1С1з (до 10 %) и небольшие дозировки хлористого натрия NaCl (до 2—3 %). В больших количествах NаС1 замедляет структурообразование в цементных растворах. Эти же реагенты служат для ускорения сроков схватывания цементных растворов при цементировании скважин в зонах вечной мерзлоты.

Реагенты-ускорители (как и реагенты-замедлители) предварительно растворяют в воде, после чего ею затворяют цемент. Полученный цементный раствор закачивают в скважину.