Значительную трудность представляет спуск фильтра с надфильтровым патрубком, выполненным из полиэтилена, стеклопластика, не­ржавеющей стали, при установке фильтра в скважине «впотай».

Для этой цели применяются специальные устройства, позволяю­щие быстро и надежно отсоединить фильтр после его установки (рис. 10). При применении таких устройств фильтр может опускать­ся на бурильных трубах или на канате. На рис. 10, а показано уст­ройство для отсоединения фильтра, опущенного в скважину на бу­рильных трубах. Устройство содержит корпус 1, в котором разме­щен подпружиненный шток, выполненный в нижней части с утолще­нием. В отверстиях корпуса против утолщенной части штока расположены кулачки 4, которые размещаются в окнах надфильтрового патрубка в процессе спуска фильтра.

Для отсоединения устройства от фильтра по бурильным трубам подают жидкость, под действием которой шток 2 смещается вниз и утолщенная его часть выходит из зоны расположения кулачков. За­тем путем вращения устройства на пол-оборота утапливают кулачки в корпус и прекращают подачу жидкости. Под действием усилия пружины шток движется вверх, а захваты 3 утолщенной части што­ка 2 удерживают кулачки и не позволяют им выйти за габариты кор­пуса. После этого производится подъем бурильных труб и отсоединителя.

Для сокращения затрат времени на спуск фильтра в скважину отсоединительное устройство и фильтр с надфильтровым патрубком могут опускаться в скважину на канате. Общий вид такого устрой­ства показан на рис. 10, б. В корпусе 1 устройства свободно разме­щен полый шток 2, удерживающий кулачки 3 от падения во время спуска фильтра. Через полый шток и захват 4, расположенный в верхней части, проходит канат 5, на котором на 2 – 5 м выше кор­пуса закреплен овершот.

Рис. 10. Отсоединители для уста­новки фильтров «впотай»: с – для спуска фильтров на буриль­ных трубах:

1 – корпус; 2 – подпру­жиненный шток; 3 – захват; 4 – ку­лачок; 5 – фильтр;

б – для спуска фильтра на канате: 1 – корпус; 2 – шток; 3 – кулачки; 4 – захват; 5 – канат; 6 – овершот;

7 – фильтр; 8 – пружина

Для отсоединения фильтра после его установки в скважине произ­водят опускание каната до тех пор, пока овершот не войдет в за­цепление с захватом штока. Затем поднимают канат, а вместе с ним и захваченный овершотом полый шток. При выходе штока из корпуса устройства кулачки утапливаются в корпус и с помощью пру­жин освобождаются от фильтра. В дальнейшем с помощью каната устройство поднимают из скважины.

6. Цементирование и гидроизоляция геотехнологических скважин

6.1. Назначение цементирования и гидроизоляции

Цементирование и гидроизоляция геотехнологических скважин яв­ляются важнейшими факторами эффективности и качества работ, связанных с добычей твердых ПИ. Они осуществ­ляются с целью решения основных задач:

1)    предотвращения растекаемости рабочих и продуктивных рас­творов из отрабатываемых продуктивных пластов через затрубное пространство скважин в выше- и нижележащие водоносные гори­зонты;

2)    разобщения пространства между эксплуатационной и обсадной колоннами. Применяется в основном тогда, когда обсадная колонна выполнена из коррозирующего материала, а рабочие и продуктив­ные растворы обладают высокой агрессивностью;

3)    защиты эксплуатационной колонны от сминающих усилий, вызванных горным давлением слабоустойчивых пород, вскрытых в процессе бурения скважин. Такая защита особенно необходима, ког­да скважиной вскрываются мощные пласты несцементированных, неустойчивых пород, и в качестве обсадных колонн применяются неметаллические трубы;

4)    предотвращения утечек рабочих растворов через соединения(чаще всего резьбовые) эксплуатационных колонн, особенно при высоконапорном режиме нагнетания;

5)    удержания и изоляции обсадных и эксплуатационных колонн в скважине, когда ствол скважины в призабойной зоне представлен камерой (полостью) значительных размеров. Это необходимо учи­тывать при бесфильтровых скважин ПВ. Расширение призабойной зоны скважин с целью повышения их производительности также широко практику­ется при сооружении технологических скважин ПВ металлов;

6)    локализации рудных тел и отдельных залежей для предотвра­щения растекаемости выщелачивающих и продуктивных растворов в отдельных блоках при подземном выщелачивании металлов путем закачки в специально оборудованные трещины гидроразрыва цементных и других растворов;

7)    упрочнения стенок скважин при сооружении эксплуатационных скважин ПВ в раздробленных породах и в подготовительных скаль­ных блоках;

8)    создания искусственных целиков для предупреждения размыва породы в зоне башмака обсадной колонны. Это мероприятие находит применение при оборудовании эксплуатационных скважин при под­ земном  растворении солей.

6.2. Способы цементирования геотехнологических скважин

Процесс цементирования скважин ПВ, оборудованных неметал­лическими обсадными и эксплуатационными колоннами, является сложным и трудоемким.

Широкое применение нашли способы цементирования через заливочные трубки, по кото­рым и подается цементный раствор. В зависимости от размещения заливочных трубок различают два варианта доставки тампонажных материалов в затрубное пространство скважины. При первом варианте цементирования заливочные трубки опускают в затрубное пространство цементируемой колонны, а при втором – внутрь обсад­ной или эксплуатационной колонны.

Вариант доставки тампонажных материалов при размещении за­ливочных трубок в затрубном пространстве колонны показан на рис. 11.

Рис. 11. Схемы цементирования скважин с применением заливочных трубок: а, б – путем спуска заливочных трубок в затрубное пространство обсадной колонны; в, г – путем спуска заливочных трубок в полость обсадной колонны:

 1 – ствол скважины; 2 – об­садная (эксплуатационная) колонна; 3 – заливочные трубки; 4 – разобщающая манжета; 5 – пакер;    6 – обратный клапан;  7 – цементирующее устройство; 8 – диафрагма; 9 – центратор

Нижний конец заливочных трубок опускают выше башмака ко­лонны или разобщающей манжеты на 0,5 – 2 м и по ним в затрубное пространство закачивают цементный, раствор в требуемом объеме. В качестве заливочных трубок могут применяться бурильные трубы ниппельного соединения, насосно-компрессорные трубы или полиэти­леновые шланги.

В связи с трудностью спуска в скважину полиэтиленовых шлан­гов предусматривается их крепление к обсадным или эксплуатаци­онным трубам и одновременный спуск.

При цементировании обсадных колонн из полимерных материалов с целью предупреждения смятия предусматривается полное запол­нение их внутренней полости глинистым раствором (рис. 11 а). При­чем по мере заполнения затрубного пространства тампонажным рас­твором заливочные трубки приподнимают. Для предупреждения пе­ретекания цементного раствора в полость обсадной колонны ее баш­мак оборудуется диафрагмой, изготовленной из чугуна, стекла и дру­гих материалов, либо предусматривается заливка полости обсадной колонны глинистым раствором с плотностью, близкой к плотности цементного раствора.

При цементировании колонн, оборудованных в нижней части фильтром, предусматривается постановка  разобщающей  манжеты, закрепленной на колонне выше фильтра (рис. 11, б). Она предот­вращает поступление тампонажных растворов в прифильтровую зо­ну скважины.

Манжета выполняется из эластичного материала, в основном из кислотостойкой резины и имеет форму усеченного конуса, широкая часть которого больше диаметра скважины на 20 – 50 мм. Для луч­шей герметизации прифильтровой зоны скважины посадку манжеты обычно производят на уступ, образованный при переходе ствола скважины на уменьшенный диаметр.

К основным недостаткам цементирования при размещении зали­вочных трубок в затрубном пространстве можно отнести следующие:

1)    затруднено использование при цементировании глубоких сква­жин в связи с трудностью спуска заливочных трубок;

2)    необходимость увеличения диаметра скважин для размещения заливочного става в пространстве между стенкой скважины и обсад­ной колонной. Для цементирования обсадной колонны из полиэтиле­новых труб ПВП 110X18 Т и применения в качестве заливочного става БТ диаметром 42 мм диаметр скважины должен быть не менее 190 – 214 мм. Это приводит к увеличению стоимости ее сооружения;

3)    при использовании качестве заливочных трубок бурильных, насосно-компрессорных и других металлических труб увеличивается вероятность повреждения цементируемых труб и их соединений, что приводит к аварийным ситуациям и выходу скважины из строя;

4)    невозможность оборудования цементируемой колонны центри­рующими фонарями, скребками и другими приспособлениями вслед­ствие того, что они являются препятствием для спуска заливочногостава;

5)    не обеспечивается высокое качество цементирования в связи с неравномерным распределением цементного раствора за колонной и разбавлением его глинистым раствором.

Более совершенным способом подачи тампонажных растворов Является подача через заливочные трубки, опущенные в полость це­ментируемой колонны (рис. 11, в, г).

При цементировании неметаллических обсадных колонн через заливочные трубки, опущенные внутрь колонны, по схеме (рис. 11, в) нижний конец заливочных трубок снабжается обрат­ным клапаном 6 и пакером 5, устанавливаемым в зоне башмака об­садной колонны на расстоянии не более 0,5 м от низа с целью пре­дупреждения заполнения полости колонны цементным раствором. После установки пакера в обсадную колонну до устья скважины за­ливают глинистый раствор с плотностью не ниже 1200 кг/м3. Верх колонны оставляют открытым. После закачки цементного раствора и ОЗЦ, пакер срывают и вместе с заливочным ставом извлекают из скважины. Высота цементного стакана в обсадной колонне при та­кой схеме цементирования не превышает 0,5 м и не затрудняет даль­нейшего углубления скважины.

Цементирование неметаллических обсадных (эксплуатационных) колонн, оборудованных в нижней части фильтром, осуществляют по схеме, показанной на рис. 11 г. Для подачи тампонажных растворов в затрубное пространство скважины используются специальные устройства, показанные на рис. 12 и 13.

Устройство, показанное на рис. 12, монтируется и опускается в скважину на обсадной колонне и содержит разобщающую манжету с клапаном, центратор с принудительным цементированием колонны и диафрагму, изготовленную из листовой стали толщиной 2 – 3 мм, чугуна и стекла толщиной 2 – 5 мм. Выше диафрагмы в колонне сделаны отверстия диаметром 15 – 25 мм в один или два ряда. Отвер­стия с наружной части трубы закрыты резиновыми клапанами, пред­ставляющими собой часть разобщающей манжеты.

Рис. 12. Устройство для цементирования неметаллических колонн  с  резиновым   клапаном:

1 – корпус;   2 – разобщающая   манжета;   3 – центратор;   4 – подвижная  втулка;  5 –диафрагма; 

6 – резиновый  клапан;  7 – окна

Перед закачкой цементного раствора в полость колонны опуска­ют заливочные трубки с таким расчетом, чтобы их нижний конец не доходил до диафрагмы на 0,5 – 1,5 м.

Внутренняя полость обсадной колонны заполняется ПЖ, а верх колонны – герметизируется. При закачке це­ментного раствора под действием давления диафрагма 5 толкает втулку 4, связанную с пружинами центратора 3. При этом происхо­дит центрирование обсадной колонны в зоне размещения разобщающей манжеты 2. Через окна 7 в корпусе устройства цементный раствор заполняет затрубное пространство обсадной колонны выше разобщающей манжеты. После окончания подачи тампонажной смеси клапан 6 предотвращает попадание ее внутрь колонны. Движением заливочных труб вниз разбивают диафрагму и извлекают заливоч­ный став из скважины.

При применении описанного устройства требуется обязательное выполнение работ, связанных с герметизацией колонны ОТ.

Более совершенным устройством для цементирования обсадных неметаллических колонн является устройство, показанное на рис. 13. Устройство содержит полый корпус 1, который вместе с втулкой 6, запрессованной в обсадной колонне 7, образует поршневую пару. Кор­пус удерживается на втулке при помощи плашек 10. Монтаж устрой­ства производится на поверхности, после чего оно опускается в сква­жину вместе с обсадной (эксплуатационной) колонной.

Рис. 13. Устройство для цементирования неметаллических колонн и гидроизоляции с поршневой парой:

1 – полый    корпус; 2 – муфта; 3 – шаровой клапан;  4, 5 – окна для подачи цементного раствора; 6 – втулка;

7 – обсадная колон­на; 8, 9 – поршни; 10 – плашки; 11– резиновое кольцо; 12 – коль­цевая проточка;

13 – резиновый клапан; 14 – пружина

Подача цементного раствора производится по трубам, которые опускаются во внутреннюю полость обсадной колонны и соединя­ются с устройством при помощи переходника. Цементный раствор поступает в затрубное пространство выше разобщающей манжеты или выше верхней границы гравийного слоя (при отсутствии ман­жеты) через окна 4 и 5, сделанные в корпусе, втулке и обсадной колонне.

После окончания подачи цементного раствора заливочный став вместе с корпусом извлекают из обсадной колонны. При этом плаш­ки 10 заходят в проточку 12, выполненную на корпусе, и не препят­ствуют подъему из скважины корпуса тампонажного узла через колонну полиэтиленовых труб.

Порядок цементирования с помощью предлагаемого устройства включает следующие этапы:

1)    спуск БТ и соединение с устройством;

2)    промывку затрубного пространства обсадной колонны облег­ченным глинистым раствором;

3)    подачу тампонажного раствора в затрубное пространство скважины через заливочные трубки;

4)    промывку внутренней полости обсадной колонны;

5)    ОЗЦ и контроль качества цементации;

6)    извлечение цементировочного узла и прове­дение работ по освоению скважины.

Предложенное устройство позволяет полностью исключить попадание цементного раствора в прифильтровую зону скважины и осуществить цементирование затрубного пространства обсадных ко­лонн из неметаллических материалов (полиэтилен, полипропилен, стеклопластик) при небольших за­тратах времени и расходе тампонажных материа­лов.

Цементирование неметаллических обсадных ко­лонн можно производить по схеме с одной или дву­мя разделительными пробками. Для этого с целью предохранения обсадной колонны от разрушения при движении пробок применяют дополнительную защитную металлическую колонну, опущенную внутрь цементируемой колонны (рис. 14). Верх обеих колонн герметизируют, а пространство меж­ду ними заполняют глинистым раствором. Закач­ка цементного раствора производится только че­рез внутреннюю защитную колонну. Тампонажный раствор с помощью продавочной жидкости вытесняется за неметаллическую колонну. После ОЗЦ цементный стакан и разделительные пробки разбу­ривают, а защитную металлическую колонну извлекают из скважины. В дальнейшем осуществля­ют вскрытие продуктивного горизонта и оборудо­вание скважины фильтровой колонной.

Рис. 14. Схема цементирования неметаллических колонн с примене­нием разделитель­ных пробок:

1 – ствол скважины; 2 – обсадная неме­таллическая колон­на; 3 – защитная ме­таллическая колон­на;

4 – центратор; 5 – цементировоч­ная головка; 6 – разделительные проб­ки; 7 – продавочная жидкость;

8 – це­ментный раствор; 9 – глинистый рас­твор

Выбор зоны цементирования обсадных и экс­плуатационных колонн определяется с учетом ма­териала труб, глубины и конструкции скважин, их назначения, устойчивости пород приствольной зоны.

В практике сооружения геотехнологических сква­жин применяется полная и частичная цементация. При полном цементировании пространство за эксплуатационной (обсадной) колонной заполняется цементным (тампонажным) раствором от фильтра или башмака обсадной колонны до устья скважины.

Полная цементация затрубного пространства применяется, когда геологический разрез месторождения сложен неустойчивыми и перемежающимися породами при сооружении нагнетательных скважин.

В откачных и наблюдательных скважинах ПВ обязательным яв­ляется цементирование интервалов от фильтра до пьезометрического уровня подземных вод, а также зон ниже фильтра в случае вскры­тия данной скважиной нижележащих водоносных горизонтов.

В остальных случаях при сооружении откачных и наблюдатель­ных скважин ПВ высота цементной оболочки при частичном цементи­ровании определяется мощностью неустойчивых пластов или интер­валом скважины, при котором обеспечивается надежная гидроизо­ляция продуктивного горизонта.

6.3. Технические средства для цементирования скважин

Для приготовления тампонажных растворов и паст для гидроизо­ляции применяются цементно-смесительные машины и агрегаты. В качестве монтажной и транспортной базы цементно-смесительных машин и агрегатов используются платформы автомобилей типа КрАЗ, ЗИЛ-131, полуприцепы, металлические передвижные основа­ния. Используются механические, гидравлические и пневматические способы приготовления растворов, а также комбинации этих спосо­бов.

Для закачки и продавки тампонажных растворов и паст приме­няются специальные цементировочные агрегаты. В качестве монтаж­ных и транспортных баз цементировочных агрегатов используются платформы автомобилей и передвижные металлические сани.

На платформе монтируются буровые насосы с приводом, водоподающие насосы для подачи воды в смесительные машины, не имеюшие водоподающих блоков, а также мерники и система обвязки.

6.4. Технические средства и технология гидроизоляции зон движения рабочих и продуктивных растворов

К оборудованию технологических скважин ПВ предъявляются специфические требования, связанные с необходимостью гидроизоля­ции зон движения рабочих и продуктивных растворов. Надежная изоляция зон движения растворов повышает технико-экономические показатели добычи и является важным мероприятием охраны при­роды и в частности подземных вод.

Осуществляется гидроизоляция по самым разнообразным схемам с применением различных материалов. Одним из самых распростра­ненных способов гидроизоляции рабочих и продуктивных растворов является способ с исполь­зованием кислотостойких резиновых манжет с впаянным в основание металлическим кольцом, которое обеспечивает необходимую проч­ность и жесткость. С помощью специальных кислотостойких штифтов манжета присоединяется к телу трубы, изготовленной обычно из по­лиэтилена или другого кислотостойкого материала. Место установки манжеты соответствует переходу ствола скважины на уменьшенный диаметр бурения. Схема гидроизоляции показана на рис. 6, а.

Гидроизоляционный материал заливается в этом случае обычно поверх манжеты через заливочные трубки, которые опускаются в затрубное пространство или внутрь эксплуатационной (обсадной) ко­лонны.

В последнее время технологические скважины ПВ оборудуются фильтрами с гравийной обсыпкой, очень часто с предварительным расширением призабойной зоны. Применение гравийных фильтров способствует повышению производительности технологических сква­жин и увеличению срока службы. Гидроизоляционный материал при сооружении таких скважин заливается поверх слоя гравия (рис.5,б).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10