Ликвидационное тампонирование скважин

Ликвидационное тампонирование, как одна из мер по охране недр проводится с целью: предотвращения загрязнения и засорения водоносных горизонтов и залежей полезных ископаемых через скважину, смешения вод различного качества после окончания бурения геологоразведочных скважин. Если скважина вскрыла зоны поглощений и водогазопроявлений, то ствол скважины полностью или частично заполняется тампонажной смесью.

Ликвидация нефтяных и газовых скважин без эксплуатационной колонны в зависимости от горно-геологических условий вскрытого разреза производится путем установки цементных мостов в интервалах залегания высоконапорных минерализованных вод с коэффициентом аномальности К_а≥1,1 и слобопродуктивных, не имеющих промышленного значения залежей углеводородов. Высота цементного моста должна быть на 20 м ниже кровли каждого такого горизонта. Над кровлей верхнего пласта с минерализованной водой, а также на границе залегания пластов с пресными и минерализованными водами (если они не перекрыты промежуточной колонной) устанавливается цементный мост высотой 50 м.

Цементный мост устанавливается также: в башмаке последней промежуточной колонны с перекрытием его не менее, чем на 50 м; интервалах перфорации и смятия эксплуатационной колонны на 20 м ниже и не 100 м выше этих интервалов.

Изоляционно-ликвидационные работы в скважинах, строящихся на месторождениях и подземных хранилищах, в продукции которых содержатся агрессивные и токсичные компоненты, в концентрациях, представляющих опасность для жизни людей, должны проводиться в соответствии в инструкцией («Инструкция о порядке ликвидации, консервации скважин и оборудовании их устьев и стволов». М, 2001. РД 08-347-00 Госгортехнадзор России).

Для приготовления смесей используются следующие материалы: цемент, глина, песок, суглинок, отходы бурения, ускорители схватывания и добавки для регулирования свойств тампонажных смесей. Тип цемента выбирается с учетом минерализации и агрессивности подземных вод, температуры окружающей среды (ТОС) в скважине.

При выборе рецептуры тампонажных составов необходимо в первую очередь учитывать агрессивность подземных вод.

Рекомендации по выбору тампонажного материала (смеси, состава) и метода тампонирования даны в табл. 11.7.

Таблица 11.7 Рекомендуемые области применения различных материалов для ликвидационного тампонирования

Характеристика объекта ликвидационного тампонирования	Рекомендуемый тип тампонажного материала и метод тампонирования
Агрессивные сульфатные и мягкие подземные воды; ТОС<10°С	Пуццолановый сульфатостойкий портландцемент с ускорителем схватывания
Агрессивные магнезиальные подземные воды; ТОСдо 100°С	Шлакопортдандцемент
Агрессивные воды отсутствуют; ТОС свыше 100°С	Портландцемент тампонажный с активными добавками (кварцевый песок)
Сероводородная агрессия при ТОС до250°С	Шлакопесчаный цемент
Агрессивные сульфатные подземные поды то же при наличии соленосных пород	Сульфатостойкий портландцемент то же с ускорителем схватывания
Соленосные отложения	Магнезиальный цемент (на основе каустического магнезитового порошка), затворяемый на насыщенном растворе MgCl2
Небольшая глубина скважины при наличии малых волопритоков	Глина с песком (до 6%) в виде шариков, забрасываемая (после просушки) в скважину
Скважины с большим водопритоком самоизливающиеся с напором до 1,5 м	Ствол скважины в пределах водоносного горизонта заполняется промытым песком или гравием; в подошве и кровле геологического объекта устанавливаются цементные мосты с гидроизолирующей глиняной перемычкой из шариков в пределах мощности водоупоров; скважина до устья заполняется густым отработанным глинистым раствором с вводом наполнителей (шлама песка, местных глин и т.п)

Общее количество исходных материалов для ликвидационного тампонирования определяется, исходя из общего объема раствора V_тр, требующегося для тампонирования скважин (в м3),

            (11.40)

где К₃ - коэффициент запаса объема, величина которого принимается в зависимости от состояния стенок скважины; при наличии каверн размером до 1,5 номинального диаметра скважины K₃=1,1 при наличии каверн до 2 номинальных диаметров скважины К₃=l,2; К_п - коэффициент потерь раствора при одном цикле закачки (на разбавление смеси продавочной жидкости, в заливочных трубах, при приготовлении раствора и т.д), К_п=0,08÷1,15, причем большая величина берется для скважин диаметром менее 76 мм; Н - глубина скважины, м; l_ц - величина разового интервала тампонирования, м; (Н/l_ц - число циклов тампонирования); D_c - диаметр скважины по данным кавернометрии, м.

Объем тампонажного раствора на установку цементного моста, устанавливаемого в стволе скважины

              (11.41)

где k=1,2÷1,3 - коэффициент, учитывающий дополнительный расход раствора на заполнение расширений в скважине; h_ц.м - высота цементного моста.

Если в скважине предусматривается установить несколько цементных мостов, то их высота суммируется.

Количество цемента на приготовление тампонажного раствора для создания цементных мостов рассчитывается по формуле

         (11.42)

где k₁=05÷1,1 - коэффициент, учитывающий потери цемента при приготовлении раствора; ρц=3050-3200 кг/м3 - плотность цемента; ρ_в - плотность воды; m=0,4÷0,6.

Зная общий объем тампонажного раствора принятой рецептуры, можно определить требуемое количество каждого компонента. Например, при использовании цементно-суглинистого раствора, компоненты которого находятся в соотношении цемент: суглинок: вода= 1:0,5:0,6, с 3% хлористого кальция получим необходимое количество исходных материалов (и т): цемента V_тр, суглинка 0,5V_тр, воды 0,6V_тр, хлористого кальция 0,03 V_тр.

Если ликвидационное тампонирование проектируется проводить в скважине, имеющей два диаметра, то объем тампонажного раствора

         (11.43)

где Н - высота тампонирования, м; D_ср - средний диаметр скважины

              (11.44)

где D₁ и D₂ - соответственно диаметры нижнего и верхнего интервалов тампонирования; h₁ и h₂ - высоты нижнего и верхнего интервалов; Н= h₁+h₂.

Если для проведения ликвидационного тампонирования предусмотрен глиноцементный раствор, то плотность тампонажной смеси рассчитывается по формуле

       (11.45)

где n₁ - количество частей цемента; n₂ - количество частей глины; величины k, ρ_ц и ρ_в приведены выше.

Количество цемента для приготовления тампонажной смеси

         (11.46)

где n=n₁+n₂ - общее количество частей в тампонажной смеси.

Количество глины для приготовления тампонажной смеси

Q_гл=Q_т-Q_ц        (11.47)

Количество продавочной жидкости, нагнетаемой за один цикл, в общем случае (в м3)

         (11.48)

где d- внутренний диаметр заливочных труб, м; h_б.т- глубина погружения нижнего конца заливочных (бурильных) труб, м.

Если плотность продавочной жидкости при близких реологических параметрах с тампонажным раствором значительно меньше плотности тампонажного раствора, возможно ее вытеснение через верхний конец заливочных труб при отсоединении вертлюга-сальника. В этом случае объем продавочной жидкости на каждый цикл тампонирования приближенно определяется по формуле

       (11.49)

где h - расчетная глубина уровня тампонажного раствора после завершения очередного цикла закачки, м.

Пример 11.9. Проектом на ликвидационное тампонирование скважины, имеющей два интервала - нижний высотой h₁=240 м диаметром D₁=76 мм и верхний высотой h₂=160 м диаметром D₂=93 мм, в качестве тампонажной смеси предусмотрен глиноцементный раствор (в соотношении 1 часть цемента две части глины). Рассчитать количество цемента и глины дли приготовления тампонажной смеси. Водотампонажное отношение принять равным m=0,5, а плотность глины ρ_гл=2000 кг/м3.

Решение. Найдем средний диаметр скважины [см.выражение (11.44)]

Тогда по формуле (11.43)

Плотность тампонажной смеси по формуле (11.45)

Количество тампонажной смеси составит

Количество цемента для приготовления тампонажной смеси

Количество глины

Q_гл=3120-1040=2080 кг