Тампонирование скважин при бурении на воду
Целями тампонирования скважин являются разделение водоносных горизонтов с перекрытием трещин, пустот и каверн; предотвращение обвалов, возникающих при размывании пород за обсадными трубами; а также облегчение поглощения промывочной жидкости в процессе бурения скважины. Кроме того, к положительным эффектам тампонирования следует отнести защиту обсадных труб от коррозии в подземных водах, изоляцию непригодных для использования водоносных горизонтов. Необходимость в тампонировании всегда возникает при завершении жизненного цикла скважины.
Тампонирование принято подразделять на постоянное и временное. Первое проводится на длительный период (например, на весь период эксплуатации), как правило, с изолированием околоствольного пространства от ствола скважины. Временное тампонирование позволяет изолировать отдельные горизонты и осуществляется на период испытаний скважины.
Роль тампонажных материалов при постоянном бурении скважин на воду выполняет раствор на основе портландцемента, а при временном – глина, пасты и иные тампонажные составы (например, глиноцементные или быстросхватывающиеся смеси, в том числе с различными наполнителями, или специальные смолы).
Тампонирование растворами на основе цемента часто также называют цементированием. К раствору предъявляются жесткие требования по его реологическим параметрам и срокам схватывания и твердения. Как правило, раствор должен перекачиваться насосом, а его схватывание в период нагнетания в скважину нежелательно. Приготовление его производят в турбулентных или гравитационных смесителях. Способ цементирования связан с погружением башмака обсадной колонны в раствор на основе цемента, который заливается на забой скважины через заливочные трубы на высоту 2-3 м. Забойное цементирование производится для изоляции нижней части колонны обсадных труб. После извлечения из скважины заливочных труб на забой опускают колонну обсадных труб. По окончании процесса твердения образуется водонепроницаемый цементный камень. При необходимости проходку скважины можно продолжать после бурения пробки в обсадных трубах.
Рис. 1. Схема тампонирования скважины при помощи раствора на основе портландцемента.
а – начало закачки раствора; б – окончание закачки раствора; в – начало подъема раствора в пространство за трубами; г – окончание цементирования.
1 – запорный кран; 2 – манометр; 3 – головка для цементирования; 4 – верхняя часть пробки; 5 – резиновые манжеты; 6 – нижняя часть пробки; 7 – обсадная труба; 8 – верхняя пробка; 9 – нижняя пробка.
Тампонирование глиной при ликвидации неглубоких скважин с безнапорными водоносными горизонтами или в условиях борьбы с поглощением промывочной жидкости может проводиться как при наличии, так и при отсутствии в месте тампонирования пласта глины. Если в месте забоя имеется пласт глины мощность 2-3 м, то башмак обсадной колонны задавливают в глину после предварительного бурения этого пласта на 0,5 м. В случае отсутствия глины или недостаточной мощности ее пласта нижнюю часть скважины заполняют вязкой глиной, а в башмак обсадной колонны устанавливают конусную пробку, при помощи которой выдавливают глину в пространство за трубами. В заключение процесса тампонирования производят разбуривание пробок.
Конструкция скважины при роторном способе бурения должна включать: шахтное направление (забутованная или зацементированная труба длиной от 2 до 6 м), кондуктор для перекрытия не подлежащего эксплуатации горизонта, промежуточную, эксплуатационную и фильтровую колонны. Затрубное пространство необходимо также цементировать от башмака до устья скважины.
В целях разделения отдельных участков скважины при временном тампонировании используются специальные устройства, называемые тампонами или пакерами. Целями такого разделения могут быть исследования водообильности и водопоглощения пород или проверка качества их искусственного упрочнения. Такие устройства могут быть простого и двойного действия. Пакеры простого действия применяются для разделения скважин на воду на два изолированных участка. Пакеры двойного действия предназначены для разделения на три участка. Принцип действия пакера основан на уплотнении зазора между стенками скважины и колонной обсадных труб в результате расшире¬ния резиновой манжеты (подушки). Уплотнение резиновой манжеты (подушки) в скважине может осуществляться механически, с помощью воды или сжатого воздуха. Например, гидравлические пакеры (тампоны) двойного действия, имеющие две резиновые камеры, спускают в скважину на колонне труб. Вода, нагнетаемая в трубки камеры, прижимает их к стенкам скважины, разделяя ее на три участка. Опытные откачки или заливы можно производить после установки тампона через фильтровую трубу.
