Желонка для скважины своими руками: инструкция с чертежами и фотографиями

Желонка для скважины, сделанная своими руками, очистит вашу шахту не хуже инструмента, изготовленного на заводе. Имея на руках простой чертеж и примитивные расчеты, вы соорудите приспособление которым можно не только почистить уже готовую скважину для воды, но и пробурить неглубокую шахту с нуля.

Как это сделать самостоятельно — читайте в данной статье.

Что такое желонка для скважины

Желонка — это простое, но эффективное приспособление, которое используют для удаления от донного мусора из скважин и других подземных источников воды. Данное устройство способно пробурить небольшую скважину. При минимальных финансовых затратах с помощью желонки получают полноценный водопровод.

Принцип действия и устройство (конструкция)

Внешне желонка выглядит как фрагмент трубы размером 150-200 см. Внутри имеет клапан, нередко на ней присутствуют заостренные фрагменты, похожие на зубья. В процессе работы острый конец рыхлит песок, землю, ил.

К обратной стороне трубы приделывают проушины. Внутри них фиксируют металлический трос.

Наверх желонки приваривают сетку, выполненную из толстого металлического прута. Проволока предохраняет выброс твердых фрагментов — камня, гравия в процессе их отрыва.

Желонка способна устранить достаточно сильные загрязнения. Если помпа длительный период времени была обесточена, за 3-4 месяца внутри скважины соберется много ила. Она станет меньше по размерам. Большие илистые скопления могут засосать помпу. Извлечь ее, не повредив скважину, довольно сложно.

Принцип действия приспособления базируется на действии прямой гравитации. Инструмент погружают в туннель с большого расстояния. Благодаря собственной тяжести ее острый край врезается в дно и разрыхляет его. В это время открывается клапан, мусор попадает во внутрь сооружения. Его пространство наполняется, клапан захлопывается, трубу достают на поверхность.

Для достижения наилучшего результата процедуру осуществляют до 10 раз. Количество бросков и подъемов зависит от степени загрязнения шахты. Мусор извлекают при полном завершении процедуры.

Обратите внимание! Кроме очистки с помощью желонки в рыхлой несвязной земле можно пробурить небольшую скважину. Чтобы минимизировать физическую нагрузку, используют лебедку, имеющую электрический привод.

Особенности использования на грунтах разных типов

Знание особенностей процесса даже при использовании самодельного инструмента, даст ожидаемый результат:

при работе с песчаной почвой в верхней области трубы заранее проделайте отверстие — через него удобнее отбирать грунт и освобождать содержимое. Следите, чтоб обсадка не опускалась позже, чем желонка;
если песок на дне слишком сырой, выбрать его будет сложно. Работайте долотом;
при бурении скважины никогда не опускайте трубу без обсадки — независимо от особенностей почвы;
при работе с плывунами необходима труба размером 1,8 метра, на лепестковый клапан наденьте резиновый уплотнитель;
если шахтный ствол состоит из твердых пород — щебня, гравия и камня, поможет долото. Инструмент дробит крупные фрагменты, а желонка собирает и поднимает на поверхность мелкие фракции;
для лучшего эффекта при работе с твердым грунтом трубу извлекают всего на 100-150 мм. Погружение совершают частыми движениями;
если земля внутри шахты слишком мягкая, делайте желонку вообще без клапана. Грунт удержится внутри трубы самопроизвольно.

Готовые желонки — сколько стоят, почему выгоднее сделать конструкцию самим

Желонки, изготовленные в промышленных условиях, стоят от 12 000 рублей. Профессиональный инструмент для ударного бурения скважин — в несколько раз дороже.

Сделать приспособление самостоятельно обойдется в 2-4 тысячи — в зависимости от выбранных материалов. Самую доступную, но не менее эффективную конструкцию можно, собрать из подручных средств.

Как сделать желонку своими руками

Если вы не готовы тратить лишние деньги и покупать желонку, сделанную в заводских условиях, попробуйте соорудить инструмент в домашних условиях. Подготовьте материалы, найдите в интернете чертеж и схему сборки или сделайте расчеты самостоятельно.

Расчёт параметров

Чтобы исключить ошибки при сборке конструкции, сначала сделайте чертеж. Детально укажите все размеры — они зависят от конкретных условий работы. Учитывайте ряд особенностей:

шаблон-овал делайте так, чтобы внутренняя ось заготовки получилась меньше, чем диаметр внутри желонки, а внешняя — длиннее малой;
диаметр затвора шара должен перекрыть примерно 75% ее горизонтального сечения;
диаметр желонки вычисляйте исходя из внутренних габаритов обсадки. Между стенками устройства и шахты делайте расстояние;
оптимальная толщина стенок трубы — 3-7 см.

Изготовление корпуса и клапана (инструкция с чертежами и фото)

В качестве основы для приспособления возьмите трубку из стали или чугуна. Второй вариант сложнее, так как требует владения навыками сварки.

Важно! По всей протяженности трубы не должно быть никаких искривлений и загибов.

Выровняйте края заготовки. В нижней части конструкции сделайте внутреннюю резьбу, если это предусмотрено технологией сборки.

Ближе к верху вырежьте окошко — через него сможете выбирать мусор. Отверстие выбейте зубилом или высверлите дрелью.

При выборе трубы для корпуса желонки следите за соблюдением пропорций между длиной заготовки и ее массой. Готовая желонка должна выдавать достаточное количество инерции, чтобы устройство можно было поднимать и опускать лебедкой даже при полном его заполнении грунтом.

Особенно важен вес, если речь идет не о чистке уже имеющейся шахты, а о бурении скважины. Оптимальная величина трубы — 3-4 метра.

Конструкция с пластиной

Пластинчатый лепестковый клапан просто изготовить, но проработает он не долго. Конструкция с пластиной — это полимерное или металлическое приспособление овальной формы. Главное условие — материал, из которого сделана пластина должна пружинить.

По центру желонки фиксируют клапан. По давлением водного потока края овала открываются и открывают путь для песка и ила. Мусор поступает внутрь трубы.

Совет! Чтобы фиксация клапана и стенки была более плотной, проложите между ними кольцо уплотнения из резины или кожи.

В процессе извлечения из шахты конструкции с пластиной, лепестки клапана опускаются. Благодаря постоянному механическому воздействию через несколько применений овал изнашивается.

Читайте так же:

Как приготовить цемент для квартиры

Чуть дольше прослужит задвижка на пружине — еще одна разновидность лепестковой пластины.

Конструкция с шаром

Желонка с шаром представляет собой металлическую воронку, зауженная сторона которой покрыта стальным шаром.

Главная трудность в процессе самостоятельного изготовления устройства — найти шар необходимого диаметра. Он не просто должен закрывать отверстие и удерживать мусор, но и быть достаточно тяжелым, чтобы клапан закрывался плотно и быстро.

Шар заказывают в токарной мастерской или делают из подручных средств. Например — из старого подшипника, подходящего по размеру.

Пошаговая инструкция, как сделать железный шар:

приобретите в магазине детский резиновый мячик;
в магазине, где продают товары для охоты, купите дробь. В строймаркете — водостойкий клей;
разрежьте мяч пополам;
в каждую половинку положите смесь из клея и свинцовой дроби;
когда состав высохнет, сложите две части и склейте, чтобы опять получилась полая сфера;
отшлифуйте изделие.

Учитывайте, что диаметр шара составляет ¾ от диаметра трубы. Второй элемент клапана — шайба из металла. Вырежьте в ней воронку — посадку под шар. В ее устье отточите седло — фрагмент, который и будет закрывать шар.

Важно! Седло делайте большим — ваша задача собрать много ила и мусора.

Самодельная желонка из трубы без сварки

Чтобы соединить элементы конструкции, потребуется сварка. Как поступить, если аппарата нет?

Простейшую, пусть и не такую долговечную, желонку вполне можно сделать без сварки. Возьмите тяжелую трубу диаметром — 7-7,5 см, высотой — 60 см. На одном конце из толстого металлического прута соорудите ручку — сделайте в два отверстия — друг напротив друга. Проденьте проволоку и закрепите.

С другого конца установите клапан — используйте стандартную пластиковую бутылку емкостью 2 литра. Из нее вырежьте овал-клапан нужного размера.

Рассчитайте диаметр пластикового лепестка:

больший — на 2 см больше диаметра трубы;
меньший — соответствует внутреннему диаметру приспособления.

Клапан закрепите болтом. Его длина — не менее 8 см. Он выходит на вторую сторону трубы и фиксируется. Клапан и болт стыкуется с помощью закольцованной проволоки. Учитывайте, что болт в кольца помещается свободно, иначе в процессе эксплуатации желонку будет трудно чистить.

Окончательная сборка желонки своими руками

Завершает сборку приспособления затачивание нижнего основания желонки. Это нужно для того, чтобы эффективно удалить наслоения ила и грунта с поверхностей ствола. Делайте одностороннюю заточку со стороны внутреннего среза. Учитывайте, что преждевременный износ режущих фрагментов конструкции препятствует термозакаливанию.

Совет! Если у вас имеется сварочный аппарат, к срезу в нижней части приспособления приварите фрагмент металла или несколько металлических прутьев, концы которых предварительно заострите.

Вверху цилиндра сделайте петлю из проволоки — на ней будет крепиться трос. Расположите петлю так, чтобы устройство сохраняло вертикальное положение. Нарушение траектории чревато заклиниванием оборудования. В результате ствол шахты будет поврежден.

Не забудьте приварить снаружи трубы металлическую сетку — она не допустит выпадения мусора.

Готовое устройство соедините с тросом. Чтобы увеличить производительность желонки, используйте подъемник с грузом. Располагайте его прямо над шахтой.

Схема желонирования с насосом

Самая сложная часть процесса — поднимать желонку на поверхность и снова бросать ее в шахту. Даже применение электроприводной лебедки полностью проблему не решает — основные затраты времени все-равно уходят на спуск-подъем.

Попробуйте модернизировать желонирование с помощью помпы:

нижнюю часть трубы заварите наглухо;
установите на нее штуцер — он фиксирует шланг водоотвода. К шлангу монтируйте помпу. Устройство будет качать грязную воду;
мусор из трубы извлекается благодаря работе насоса.

Обратите внимание! Желонка с помпой отлично справится с сильным заиливанием и загрязнением дна шахты. Если вы проводите чистку регулярно, насос не нужен.

Особенности бурения (пробития скважины) самодельной желонкой

Если вы решили бурить скважину данным способом, учитывайте состав грунта. В противном случае сделать рабочую скважину будет сложно.

Специфика бурения:

если имеете дело с почвой высокой плотности, трубу делайте не менее 3,5 метров. А в качестве клапана выберите вариант с пружинной фиксацией пластины. Так при каждом погружении внутрь попадет большее количество грунта;
в сыпучий грунт не опускайте приспособление глубоко без обсадки. Максимум — 10 см;
при бурении шахты с мягким грунтом проливайте внутрь воду — этот ход укрепит ствол скважины;
при подъеме трубы на плывуне, обсадку одновременно опускайте вниз и проворачивайте по спирали. Для этого потребуются помощники. Бывает, что труба не проходит вниз — усильте давление. Поместите сверху что-то тяжелое.

Бурить шахту только одной желонкой, процесс трудоемкий. А вот использовать ее при прохождении плывуна — весьма эффективно.

Пошаговое применение самодельного приспособления в процессе прохождения плывуна:

начните предварительное бурение;
нарастите штанги пропорционально заглублению;
вращайте бур;
извлеките грунт из трубы;
установите обсадку;
применяйте проходчик плывуна;
осадите трубу;
поменяйте инструмент;
извлеките грязевую массу плывуна на поверхность.

Особенности чистки скважины через желонку

Проводите профилактическую чистку не реже одного раза в квартал. Особенно, если вы не пользовались скважиной длительное время. Перед началом работ выполните визуальный осмотр внутренних стенок шахты. Откажитесь от процедуры, если:

внутренняя поверхность скважины деформировалась;
ствол шахты потерял целостность;
дно слишком заилено.

Прежде, чем начать очистку, проверьте состояние желонки, убедитесь, что трос целый, петля его фиксации надежно закреплена, а все подвижные элементы находятся в рабочем состоянии.

Совет! Если поставить над шахтой треногу с грузом, работать будет проще.

При спуске держите приспособление сторон в вертикальном положении. По завершении работ уберите с инструмента остатки грязи. Храните желонку в сухом месте, чтобы труба не ржавела.

Заключение

Самостоятельно пробурить скважину для воды или делать периодическую ее очистку вполне можно самостоятельно. Соорудите простую желонку из подручных материалов.

Читайте так же:

Как экономить цемента с добавки

Знание специфики очистки и применение рекомендаций, рассмотренных в данной статье, облегчат работу и улучшат результат.

При сложных структурах почвы воспользуйтесь услугами профессиональной бригады бурильщиков.

17.9. Установка цементных мостов

Мостом называется искусственное сооружение, полностью перекрывающее поперечное сечение скважины или обсадной колонны на участке сравнительно небольшой длины и, как правило, удаленном от забоя. Мосты могут быть резиновые, пластмассовые, металлические, цементные и т.д.

При установке мостов решаются следующие задачи:

— временное либо постоянное разделение вышележащих пластов от нижележащих (например, при опробовании, при переходе от эксплуатации истощенного нижнего горизонта);

— устранение опасности излива пластовых жидкостей в атмосферу после ликвидации скважины или при временной ее консервации;

— при забуривании второго ствола, либо при необходимости отклонения ствола скважины от проекта;

— укрепления неустойчивых, осыпающих или размываемых потоком промывочной жидкости пород.

Существует множество способов установки мостов. Наиболее эффективным считается следующий. В скважине немного выше нижней границы участка установки места устанавливают разбуриваемый пакер или манжетную пробку — исключающие возможность оседания вниз столба тампонажного раствора. До нижней границы этого участка спускают колонну труб и тщательно промывают скважину. Если в пределах участка имеются каверны, в состав колонны включают приспособление с боковыми гидромониторными насадками и сильными струями вымываю из каверн загустевшую промывочную жидкость и шлам. Во время промывки целесообразно производить вращение и расхаживание колонны.

После промывки в колонну труб последовательно закачивают первую порцию буферной жидкости, порцию тампонажного раствора возможно более жесткой консистенции, вторую порцию буферной жидкости и порцию продавочной жидкости.

Тампонажный раствор отделяют от буферных жидкостей двумя разделительными пробками. По окончании закачки порции продавочной жидкости колонну труб приподнимают с небольшой скоростью несколько выше границы будущего моста и тщательно промывают скважину. Затем трубы поднимают на поверхность, а скважину оставляют в покое на ОЗЦ.

Вытеснение тампонажного раствора продолжают до момента достижения равенства давлений в кольцевом пространстве и в колонне труб у башмака. Чтобы облегчить задачу об определении момента прекращения цементирования плотности буферных жидкостей, а также промывочной и продавочной жидкостей принимают одинаковыми. Объем второй порции буферной жидкости принимают из расчета, что высота столба ее в колонне равна высоте столба в затрубном пространстве, а объем продавочной жидкости будет таким, чтобы в момент окончания закачки уровень тампонажного раствора в кольцевом пространстве и в колонне были бы одинаковыми. Тогда давление на устье в момент выравнивания уровней тампонажного раствора , где— перепад давления, необходимый для перемещения по колонне верхней разделительной пробки.

Так как высоты столбов буферной жидкости и тампонажного раствора невелики, то с достаточной точностью можно определить экспериментально по манометру, если измерить давление в ней при прокачивании промывочной жидкости перед началом операции с такой же скоростью, как и в конце операции. Величину следует определять также экспериментально.

Чтобы исключить перемешивание тампонажного раствора с буферной жидкостью во время подъема труб, в последнюю медленно подкачивают жидкость и поддерживать в головке избыточное давление .

Выбор тампонажного материала производят аналогично (рассказать требования).

Объемы тампонажного раствора и других жидкостей рассчитывают по эмпирическим формулам:

Тампонажного раствора — .

Продавочной жидкости — .

Буферных жидкостей .

где: F_с, F_тр, F_кп — площади поперечного сечения скважины в интервале установки моста, колонны труб и кольцевого пространства;

— внутренний объем колонны труб;

h_м — проектная длина моста;

с₁, с₂, с₃ — эмпирические коэффициенты, учитывающий потери буферной жидкости при движении по колонне труб и кольцевому пространству.

Установка цементных мостов. Особенности выбора рецептуры и приготовления тампонажного раствора для установки мостов

Качеством мостов, их долговечностью определяется также надежность охраны недр окружающей среды. Вместе с тем промысловые данные свидетельствуют, что часто отмечаются случаи установки низкопрочных и негерметичных мостов, преждевременного схватывания цементного раствора, прихвата колонных труб и т.д.

Эти осложнения обусловлены не только и не столько свойствами применяемых тампонажных материалов, сколько спецификой самих работ при установке мостов.

В некоторых случаях мосты оказываются негерметичными или недостаточно прочными. Успешная установка мостов зависит от многих природных и технических факторов, обусловливающих особенности формирования цементного камня, а также контакт и «сцепление» его с горными породами и металлом труб. Поэтому оценка несущей способности моста как инженерного сооружения и изучение условий, существующих в скважине, обязательны при проведении этих работ.

Цель установки мостов — получение устойчивого водогазонефтенепроницаемого стакана цементного камня определенной прочности для перехода на вышележащий горизонт, забуривания нового ствола, укрепления неустойчивой и кавернозной части ствола скважины, опробования горизонта с помощью испытателя пластов, капитального ремонта и консервации или ликвидации скважин.

По характеру действующих нагрузок можно выделить две категории мостов: 1) испытывающих давление жидкости или газа и 2) испытывающих нагрузку от веса инструмента во время забуривания второго ствола, применения испытателя пластов или в других случаях (мосты, этой категории, должны помимо газоводонепроницаемости обладать весьма высокой механической прочностью).

Анализ промысловых данных показывает, что на мосты могут создаваться давления до 85 МПа, осевые нагрузки до 2100 кН и возникают напряжения сдвига на 1 м длины моста до 30 МПа. Такие значительные нагрузки возникают при опробовании скважин с помощью испытателей пластов и при других видах работ.

Читайте так же:

Как выгодно продавать цемент

Наличие на стенках колонны слоя бурового (глинистого) раствора толщиной 1-2 мм приводит к уменьшению напряжения сдвига и к увеличению необходимой высоты до 180-250 м. В связи с этим высоту моста следует рассчитывать по формуле (1)

где Н — глубина установки нижней части моста;
Q_м — осевая нагрузка на мост, обусловливаемая перепадом давления и разгрузкой колонны труб или испытателя пластов;
D_с — диаметр скважины;
[τ_м] — удельная несущая способность моста, значения которой определяются как адгезионными свойствами тампонажного материала, так и способом установки моста.

Герметичность моста также зависит от его высоты и состояния поверхности контакта, так как давление, при котором происходит прорыв воды, прямо пропорционально длине и обратно пропорционально толщине корки. При наличии между обсадной колонной и цементным камнем глинистой корки с напряжением сдвига 6,8-4,6 МПа, толщиной 3-12 мм градиент давления прорыва воды составляет соответственно 1,8 и 0,6 МПа на 1 м. При отсутствии корки прорыв воды происходит при градиенте давления более 7,0 МПа на 1 м.

Следовательно, герметичность моста в значительной мере зависит также от условий и способа его установки. В связи с этим высоту цементного моста следует также определять и из выражения (2)

где p_м — максимальная величина перепада давлений, действующего на мост при его эксплуатации;
[∆р] — допустимый градиент давления прорыва флюида по зоне контакта моста со стенкой скважины; эту величину также определяют в основном в зависимости от способа установки моста, от применяемых тампонажных материалов.

Из значений высоты цементных мостов, определенных по формулам (1) и (2), выбирают большее. Ориентировочные значения [τ_м], [∆р] при установке мостов через заливочную колонну с применением раствора из портландцемента в зависимости от технологии установки приведены в таблице

Немаловажное значение имеют также длина, диаметр и конфигурация заливочных труб, реологические свойства цементного и бурового растворов, чистота ствола скважины и режимы движения нисходящего и восходящего потоков. На установку моста в не обсаженной части скважины значительное влияние оказывает кавернозность ствола.

Цементные мосты должны быть достаточно прочными. Практика работ показывает, что если при испытании на прочность мост не разрушается при создании на него удельной осевой нагрузки 3,0-6,0 МПа и одновременной промывки, то его прочностные свойства удовлетворяют условиям как забуривания нового ствола, так и нагружения от веса колонны труб или испытателя пластов.

При установке мостов для забуривания нового ствола к ним предъявляется дополнительное требование по высоте. Это обусловлено тем, что прочность верхней части (Н₁) моста должна обеспечить возможность забуривания нового ствола с допустимой интенсивностью искривления, а нижняя часть (Н) — надежную изоляцию старого ствола (3)

где R_с — радиус искривления ствола.

Анализ имеющихся данных показывает, что получение надежных мостов в глубоких скважинах зависит от комплекса одновременно действующих факторов, которые могут быть разделены на три группы.

Первая группа — природные факторы: температура, давление и геологические условия (кавернозность, трещиноватость, действие агрессивных вод, водо- и газопроявления и поглощения).

Вторая группа — технологические факторы: скорость движения потоков цементного и бурового растворов в трубах и кольцевом пространстве, реологические свойства растворов, химический и минералогический состав вяжущего материала, физико-механические свойства цементного раствора и камня, контракционный эффект тампонажного цемента, сжимаемость бурового раствора, неоднородность плотностей, коагуляция бурового раствора при смешении его с цементным (образование высоко-вязких паст), величина кольцевого зазора и эксцентричность расположения труб в скважине, время контакта буферной жидкости и цементного раствора с глинистой коркой.

Третья группа — субъективные факторы: использование неприемлемых для данных условий тампонажных материалов; неправильный подбор рецептуры раствора в лаборатории; недостаточная подготовка ствола скважины и использование бурового раствора с высокими значениями вязкости, СНС и водоотдачи; ошибки при определении количества продавочной жидкости, места расположения заливочного инструмента, дозировки реагентов для затворения цементного раствора на скважине; применение недостаточного числа цементировочных агрегатов; применение недостаточного количества цемента; низкая степень организации процесса установки моста.

Увеличение температуры и давления способствует интенсивному ускорению всех химических реакций, вызывая быстрое загустевание (потерю прокачиваемости) и схватывание тампонажных растворов, которые после кратковременных остановок циркуляции иногда невозможно продавить.

Процесс контролируют по объему продавочной жидкости, рассчитываемому из условия равенства уровней цементного раствора в колонне труб и кольцевом пространстве, а объем цементного раствора принимают равным объему скважины в интервале установки моста. Эффективность способа низка.

Прежде всего следует отметить, что вяжущие материалы, применяемые для цементирования обсадных колонн, пригодны для установки прочных и герметичных мостов. Некачественная установка мостов или вообще их отсутствие, преждевременное схватывание раствора вяжущих веществ и другие факторы в определенной степени обусловлены неверным подбором рецептуры растворов вяжущих веществ по срокам загустевания (схватывания) или отклонениями от подобранной в лаборатории рецептуры, допущенными при приготовлении раствора вяжущих.

Читайте так же:

Можно ли затирать швы белым цементом

В ряде случаев при подборе рецептур растворов вяжущих не учитывают специфики работ по установке мостов, заключающихся в остановке циркуляции для подъема колонны заливочных труб и герметизации устья.

Вследствие этого при подборе рецептуры цементного раствора необходимо исследовать динамику его загустевания на консистометре (КЦ) по программе, имитирующей процесс установки моста.

Программа исследований на КЦ представлена в таблице

Время загустевания цементного раствора Т_заг соответствовать условию

где T₁, Т₂, T₃ — затраты времени соответственно на приготовление, закачивание и продавливание цементного раствора в скважину;
Т₄, Т₅, Т₆ — затраты времени на подъем колонны заливочных труб до места срезки моста, на герметизацию устья и производство подготовительных работ по срезке моста;
Т₇ — затраты времени на срезку моста.

Здесь главные условия — выдерживание подобранного содержания химических реагентов и жидкости затворения и водоцементного отношения. Для получения возможно более однородного тампонажного раствора его следует приготовлять с использованием осреднительной емкости.

Установка цементных мостов. Особенности выбора рецептуры и приготовления тампонажного раствора для установки мостов.

Одна из серьезных разновидностей технологии процесса цементирования — установка цементных мостов различного назначения. Повышение качества цементных мостов и эффективности их работы — неотъемлемая часть совершенствования процессов бурения, заканчивания и эксплуатации скважин. Качеством мостов, их долговечностью определяется также надежность охраны недр окружающей среды. Вместе с тем промысловые данные свидетельствуют, что часто отмечаются случаи установки низкопрочных и негерметичных мостов, преждевременного схватывания цементного раствора, прихвата колонных труб и т.д. Эти осложнения обусловлены не только и не столько свойствами применяемых тампонажных материалов, сколько спецификой самих работ при установке мостов.

В глубоких высокотемпературных скважинах при проведении указанных работ довольно часто происходят аварии, связанные с интенсивным загустеванием и схватыванием смеси глинистого и цементного растворов. В некоторых случаях мосты оказываются негерметичными или недостаточно прочными. Успешная установка мостов зависит от многих природных и технических факторов, обусловливающих особенности формирования цементного камня, а также контакт и "сцепление" его с горными породами и металлом труб. Поэтому оценка несущей способности моста как инженерного сооружения и изучение условий, существующих в скважине, обязательны при проведении этих работ.

Цель установки мостов — получение устойчивого водогазонефтенепроницаемого стакана цементного камня определенной прочности для перехода на вышележащий горизонт, забуривания нового ствола, укрепления неустойчивой и кавернозной части ствола скважины, опробования горизонта с помощью испытателя пластов, капитального ремонта и консервации или ликвидации скважин.

По характеру действующих нагрузок можно выделить две категории мостов:

1) испытывающих давление жидкости или газа и 2) испытывающих нагрузку от веса инструмента во время забуривания второго ствола, применения испытателя пластов или в других случаях (мосты, этой категории, должны помимо газоводонепроницаемости обладать весьма высокой механической прочностью).

Несущая способность цементных мостов в значительной мере зависит от их высоты, наличия (или отсутствия) и состояния глинистой корки или остатков бурового раствора на колонне. При удалении рыхлой части глинистой корки напряжение сдвига составляет 0,15-0,2 МПа. В этом случае даже при возникновении максимальных нагрузок достаточна высота моста 18-25 м. Наличие на стенках колонны слоя бурового (глинистого) раствора толщиной 1-2 мм приводит к уменьшению напряжения сдвига и к увеличению необходимой высоты до180-250 м. В связи с этим высоту моста следует рассчитывать по формуле Нм ≥ Но – Qм/пDc [τм] (1) где Н — глубина установки нижней части моста; Q_M — осевая нагрузка на мост, обусловливаемая перепадом давления и разгрузкой колонны труб или испытателя пластов; Dс — диаметр скважины; [τм] — удельная несущая способность моста, значения которой определяются как адгезионными свойствами тампонажного материала, так и способом установки моста. Герметичность моста также зависит от его высоты и состояния поверхности контакта, так как давление, при котором происходит прорыв воды, прямо пропорционально длине и обратно пропорционально толщине корки. При наличии между обсадной колонной и цементным камнем глинистой корки с напряжением сдвига 6,8-4,6 МПа, толщиной 3-12 мм градиент давления прорыва воды составляет соответственно 1,8 и 0,6 МПа на 1 м. При отсутствии корки прорыв воды происходит при градиенте давления более 7,0 МПа на 1 м.

Нм ≥ Но – Рм/[∆р] (2) где Рм — максимальная величина перепада давлений, действующего на мост при его эксплуатации; [∆р] — допустимый градиент давления прорыва флюида по зоне контакта моста со стенкой скважины; эту величину также определяют в основном в зависимости от способа установки моста, от применяемых тампонажных материалов. Из значений высоты цементных мостов, определенных по формулам (1) и (2), выбирают большее.

Установка моста имеет много общего с процессом цементирования колонн и обладает особенностями, которые сводятся к следующему:

Читайте так же:

Забутовка труб цементным раствором

1) используется малое количество тампонажных материалов;

2) нижняя часть заливочных труб ничем не оборудуется, стоп-кольцо не устанавливается;

3) не применяются резиновые разделительные пробки;

4) во многих случаях производится обратная промывка скважин для "срезки" кровли моста;

5) мост ничем не ограничен снизу и может растекаться под действием разности плотностей цементного и бурового растворов.

Установка моста — простая по замыслу и способу проведения операция, которая в глубоких скважинах существенно осложняется под действием таких факторов, как температура, давление, газоводонефтепроявления и др. Немаловажное значение имеют также длина, диаметр и конфигурация заливочных труб, реологические свойства цементного и бурового растворов, чистота ствола скважины и режимы движения нисходящего и восходящего потоков. На установку моста в не обсаженной части скважины значительное влияние оказывает кавернозность ствола.

При установке мостов для забуривания нового ствола к ним предъявляется дополнительное требование по высоте. Это обусловлено тем, что прочность верхней части (Н₁) моста должна обеспечить возможность забуривания нового ствола с допустимой интенсивностью искривления, а нижняя часть (Н) — надежную изоляцию старого ствола. Нм=Н1+Но = (2Dс* Rc ) 0,5 + Но(3)

где R_c — радиус искривления ствола.

Первая группа — природные факторы: температура, давление и геологические условия (кавернозность, трещиноватость, действие агрессивных вод, водо- и газопроявления и поглощения).

Вторая группа — технологические факторы: скорость движения потоков цементного и бурового растворов в трубах и кольцевом пространстве, реологические свойства растворов, химический и минералогический состав вяжущего материала, физико-механические свойства цементного раствора и камня, контракционный эффект тампонажного цемента, сжимаемость бурового раствора, неоднородность плотностей, коагуляция бурового раствора при смешении его с цементным (образование высоковязких паст), величина кольцевого зазора и эксцентричность расположения труб в скважине, время контакта буферной жидкости и цементного раствора с глинистой коркой.

Третья группа — субъективные факторы: использование неприемлемых для данных условий тампонажных материалов; неправильный подбор рецептуры раствора в лаборатории; недостаточная подготовка ствола скважины и использование бурового раствора с высокими значениями вязкости, СНС и водоотдачи; ошибки при определении количества продавочной жидкости, места расположения заливочного инструмента, дозировки реагентов для затворения цементного раствора на скважине; применение недостаточного числа цементировочных агрегатов; применение недостаточного количества цемента; низкая степень организации процесса установки моста.

До настоящего времени основной способ установки цементных мостов — закачивание в скважину цементного раствора в проектный интервал глубин по колонне труб, спущенной до уровня нижней отметки моста с последующим подъемом этой колонны выше зоны цементирования. Как правило, работы проводят без разделительных пробок и средств контроля за их движением. Процесс контролируют по объему продавочной жидкости, рассчитываемому из условия равенства уровней цементного раствора в колонне труб и кольцевом пространстве, а объем цементного раствора принимают равным объему скважины в интервале установки моста. Эффективность способа низка.

Установлено, что для уменьшения вероятности возникновения осложнений сроки схватывания, а при высоких температурах и давлениях сроки загустевания должны превышать продолжительность работ по установке мостов не менее чем на 25 %. В ряде случаев при подборе рецептур растворов вяжущих не учитывают специфики работ по установке мостов, заключающихся в остановке циркуляции для подъема колонны заливочных труб и герметизации устья.

В условиях высоких температур и давления сопротивление сдвигу цементного раствора даже после кратковременных остановок (10-20 мин) циркуляции может резко возрасти. Поэтому циркуляцию восстановить не удается и в большинстве случаев колонна заливочных труб оказывается прихваченной. Вследствие этого при подборе рецептуры цементного раствора необходимо исследовать динамику его загустевания на консистометре (КЦ) по программе, имитирующей процесс установки моста. Время загустевания цементного раствора Тзаг соответствовать условию

Тзаг>Т₁+Т₂+Т₃+1,5(Т₄+Т₅+Т₆)+1,2Т₇ где T₁, Т₂, T₃ — затраты времени соответственно на приготовление, закачивание и продавливание цементного раствора в скважину; Т₄, Т₅, Т₆ — затраты времени на подъем колонны заливочных труб до места срезки моста, на герметизацию устья и производство подготовительных работ по срезке моста; Т_т — затраты времени на срезку моста.

По аналогичной программе необходимо исследовать смеси цементного раствора с буровым в соотношении 3:1,1:1 и 1:3 при установке цементных мостов в скважинах с высокими температурой и давлением. Успешность установки цементного моста в значительной степени зависит от точного соблюдения подобранной в лаборатории рецептуры при приготовлении цементного раствора. Здесь главные условия — выдерживание подобранного содержания химических реагентов и.жидкости затворения и водоцементного отношения. Для получения возможно более однородного тампонажного раствора его следует приготовлять с использованием осреднительной емкости.

голоса

Рейтинг статьи