Цементирование. 
Проект гидрогеологических исследований

Цементирование производят для изоляции водоносных пластов, вскрытых при бурении скважин, удержания обсадной колонны в подвешенном состоянии, защиты обсадной колонны от коррозии, ликвидации поглощений промывочной жидкости.

Из существующих способов цементирования в практике бурения скважин на воду чаще всего применяют наиболее простой — способ одноступенчатого цементирования[10].

При этом способе на обсадную колонну навинчивают цементировочную головку, представляющую собой отрезок трубы, в котором монтируются цементировочные пробки; через 2 — 3 штуцера, установленных в этой головке, возможна закачка промывочной жидкости и цемента выше цементировочных пробок или ниже их.

Цементирование можно осуществлять с одной или двумя разделительными пробками. Разделительные пробки исключают смешивание цементного раствора с продавочной жидкостью (промывочной). Смешивание цементного раствора с продавочной жидкостью тем больше, чем больше диаметр скважин.

Цементирование эксплуатационной колонны скважины с целью водоснабжения будет производится на всю длину в связи с предотвращением коррозии обсадных труб и достижением необходимых санитарных норм к качеству воды.

В практике цементирования скважин на воду наиболее распространен тампонажный портландцемент для скважин с температурой на глубине цементируемого интервала не выше 50⁰ С.

Требуется провести расчет цементирования:

• 1. кондуктора
• 2. эксплуатационной колонны

Используется цемент со следующими параметрами: плотность цемента 3150 кг/мі; водоцементное отношение m = 0,5; плотность воды 1000 кг/мі; потери цемента K_ц=1,15; коэффициент кавернозности К₁=1,1.

1. Кондуктор диаметром D = 219 мм, опущен на глубину 52 м Ствол скважины по длине имеет диаметры D_c = 243 мм (38 м) и D_c = 273 мм (14 м). Расчет ведется по двум интервалам. Высота подъема цементного раствора за трубами h_ц1 = 38 м и h_ц2 = 14 м; высота цементного раствора в трубах h = 5,0 м.

Решение. Внутренний диаметр кондуктора:

d = 207 мм.

Объем цементного раствора найдем из уравнения.

.

мі.

Количество сухого цемента найдем из уравнений.

.

.

кг Объем воды для приготовления цементного раствора найдем из уравнения.

.

мі.

Объем продавочной жидкости найдем из уравнения.

.

K₂=1,03−1,05-коэффициент, учитывающий сжимаемость промывочной жидкости; L-длина обсадной колонны, м.

мі.

Продолжительность цементирования найдем из уравнения.

.

Q_н — подача насоса л/мин; t₁=10 — 15 мин-время, необходимое на установку верхней пробки.

Подачу насоса найдем по формулам и.

Гдекоэффициент динамической вязкости цементного раствора равный 6.10−2 Па. с; - коэффициент Рейнольдса, для турбулентного потока равный 2320.

мі/c (306 л/мин) Принимаем 320 л/мин.

мин Минимально необходимый срок начала загустевания цементного раствора найдем из уравнения.

.

где =10−20 мин-резерв времени.

мин Давление в конце цементирования найдем из уравнения.

.

где p_г-потери давления на гидравлические сопротивления, МПа; -плотность цементного раствора кг/м.

.

МПа.

• 1835 кг/мі
• 1,15 МПа.
• 2. Эксплуатационная колонна диаметром D = 146 мм, спущенная в скважину на глубину 85 м. Ствол скважины по длине имеет диаметры D_c = 190 мм (33 м) и D_c = 207 мм (52 м). Расчет ведется по двум интервалам. Высота подъема цементного раствора за трубами h_ц1 = 33 м и h_ц2 = 52 м; высота подъема цементного раствора в трубах h = 5,0 м.

Внутренний диаметр обсадной колонны.

d = 136 мм.

Объем цементного раствора найдем из уравнения.

.

мі.

Количество сухого цемента найдем из уравнений.

.

.

кг Объем воды для приготовления цементного раствора найдем из уравнения.

.

мі.

Объем продавочной жидкости найдем из уравнения.

где.

K₂=1,03−1,05-коэффициент, учитывающий сжимаемость промывочной жидкости; L-длина обсадной колонны, м.

мі.

Продолжительность цементирования найдем из уравнения.

где.

Q_н — подача насоса л/мин; t₁=10 — 15 мин-время, необходимое на установку верхней пробки.

Подачу насоса найдем по формулам и.

Гдекоэффициент динамической вязкости цементного раствора равный 6^.10^-2 Па^.с; - коэффициент Рейнольдса, для турбулентного потока равный 2320.

мі/c; Принимаем 320 л/мин.

мин Минимально необходимый срок начала загустевания цементного раствора найдем из уравнения.

.

где =10−20 мин-резерв времени.

мин Давление в конце цементирования найдем из уравнения.

.

где p_г-потери давления на гидравлические сопротивления, МПа; -плотность цементного раствора кг/м.

.

0,94 МПа.

.

1835 кг/мі.

МПа В качестве оборудования для производства цементных работ принимается цементосмесительная машина с механической системой разгрузки СМ-10 и цементировочный агрегат 3ЦА-400А.

Для предотвращения загрязнения эксплуатационного водоносного горизонта грунтовыми водами и в результате перетекания железистых вод межморенных водоносных горизонтов, по затрубному пространству в эксплуатационный водоносный горизонт колонны обсадных труб 219, 146 мм цементируются по затрубному пространству на всю длину с выходом цементного раствора по кольцевому зазору на поверхность. Величина цементной пробки, оставляемой в процессе цементации обсадных колонн, принимается равной 5,0 м для труб всех диаметров.

Качество цементирования зависит не только от правильности подбора вида цемента, состава и свойств цементного раствора, но и от других факторов связанных со спецификой процессов, происходящих в условиях скважин.

Разобщение пластов считают надежным, если:

• 1) исключена возможность образования каналов в цементном растворе в период его загустевания и схватывания;
• 2) устранена возможность фильтрации пластовой жидкости из одного горизонта в другой через загустевающее цементное тесто;
• 3) промывочная жидкость из интервала цементирования полностью вытеснена и замещена цементным раствором;
• 4) получена прочная связь между цементным камнем, горными породами стенок скважины и поверхностью обсадной колонны;
• 5) устранена возможность отрыва обсадной колонны от цементной оболочки и образования между ними зазора при изменении внутреннего давления или температуры жидкости в колонне;
• 6) обеспечена непроницаемость и высокая коррозионная стойкость цементного камня по отношению к пластовым водам.