Способы ликвидации буровых скважин в различных геолого-гидрогеологических условиях

Ликвидация скважин различного назначения - это комплекс ме­роприятий, направленных на восстановление нарушенного в процес­се производства буровых работ естественного состояния земельных участков и горных пород с целью охраны недр и окружающей среды.

Все скважины, выполнившие свое назначение, а также аварийные и вышедшие из строя по техническим и другим причинам, подлежат ликвидации, т.е. заполнению ствола скважин водонепроницаемым материалом с целью защиты водоносных горизонтов от загрязнения и смешения подземных вод, сохранения гидрогеологических условий данного региона.

Действующие скважины также могут являться источником загрязнения водоносных горизонтов из-за неправильного оборудования устья, некачественного цементирования обсадных колонн, коррозии обсадных труб и их разгерметизации и т.д. Такие скважины также подлежат ликвидации.

Как показывает практика, более 25% пробуренных скважин после их ликвидации оказываются затампонированными некачествен­но и продолжают служить источником загрязнения подземных вод.

Для качественного проведения ликвидационных работ необ­ходимо по каждой скважине иметь следующие сведения: время ее сооружения, конструкцию, геологический разрез и данные о водонос­ных горизонтах, техническое состояние на момент ликвидации (состоя­ние устья, ствола, наличие в скважине посторонних предметов и т.д.).

На каждую ликвидируемую скважину составляется проект ликвидационного тампонирования, который включает:

- все сведения по скважине;

- способ тампонирования, места установки тапмонажных про­бок, цементных мостов;

- наименование тампонажных материалов и расчеты потребного их количества;

- состав тампонажных растворов и смесей;

- способы доставки тампонажных материалов в скважину;

- применяемое оборудование, технические средства.

При упрощенном способе ликвидационного тампонирования скважин глубиной до 50 м, не вскрывших водоносные горизонты, до­пускается составление проекта для группы однотипных скважин.

В случае расположения ликвидационных скважин на площа­дях горного отвода действующих или строящихся предприятий, про­ект согласовывается с этими предприятиями. При расположении скважин в пределах первого и второго поясов зоны санитарной охра­ны действующих и проектируемых водозаборов или курортов, про­ект согласовывается с местными органами санэпиднадзора и с терри­ториальными курортными управлениями.

По окончании ликвидационных работ на каждую скважину со­ставляется акт о проведении ликвидационного тампонирования, включающий следующие сведения:

- состав ликвидационной комиссии;

- наименование и адрес объекта;

- тип скважины, ее номер, начало и окончание бурения, дата производства тампонажных работ;

- конструкция и состояние скважины перед тампонированием, анализы воды;

- данные о санитарной обработке скважины перед тампонированием;

- вид тампонирования, состав и количество тампонажных сме­сей, способы доставки их в скважину;

- количество, интервалы и способы установки цементных мостов;

- данные о межтрубной и затрубной цементации в момент тампо­нирования: интервалы и методы перфорации обсадных труб, способы цементации, количество и качество цементного раствора;

- интервалы частичного тампонирования;

- способы испытания скважины на герметичность и полученные результаты;

- затраты времени на ликвидационное тампонирование.

Упрощенный способ тампонирования применяется при ликви­дации скважин, не вскрывших горные выработки и не пересекших водоносные горизонты. Способ заключается в полном заполнении всего объема скважины тампонажной смесью (глиной или густым глинистым раствором).

Сложное ликвидационное тампонирование производится в сква­жинах, пересекших один или несколько водоносных горизонтов. Основными его задачами являются:

- восстановление водоупоров путем установки в них тампонажных мостов;

- восстановление естественного состояния пород водоносных гори­зонтов путем заполнения их интервалов фильтрующим материалом.

Перед проведением тампонажных работ обсадные трубы долж­ны извлекаться из скважины для обеспечения надежного сцепления материала тампонажных мостов непосредственно с породой водо­упоров. Это полностью исключит проникновение загрязняющих ве­ществ в водоносные горизонты или сообщение последних по затрубному пространству.

При отсутствии такой возможности (обсадные трубы извлечь не удается, создается угроза обрушения стенок скважин) необходимо:

- засыпать скважину песчано-гравийной смесью до башмака обсадной колонны с трамбовкой;

- обсадную трубу выше башмака перфорировать на высоту 10-15 м 1 (10-15 отверстий на 1 м трубы) и произвести цементацию затрубного пространства;

- залить в скважину цементный раствор на высоту 10-15 м выше башмака (на 1 м³ раствора необходимо 1,2 т цемента и 0,6 т воды);

- верхнюю часть скважины затампонировать глиной.

К тампонажным материалам, растворам и смесям, применя­емым при ликвидационном тампонировании, предъявляются следу­ющие требования:

- невысокая вязкость, хорошая прокачиваемость для предупреждения гидравлических разрывов пластов (водоупоров) при закачивании и нарушении изоляции водоносных горизонтов;

- быстрота загустевания (твердения) после закачивания с целью уменьшения проникновения в пласт;

- высокая механическая прочность камня;

- высокая коррозионная стойкость против агрессивных вод;

- малая фильтратоотдача, предупреждающая потерю текучести тампонажного раствора при его закачивании;

- хорошая сцепляемость с породой и обсадными трубами;

- минимальная водогазопроницаемость;

- совместимость с различными химическими реагентами.

Все тампонажные материалы, используемые при тампонирова­нии скважин, должны пройти санитарно-гигиеническую и токсико­логическую оценку и иметь качественные характеристики по следу­ющим параметрам:

влияние на органолептические свойства контактирующих с ни­ми пластовых вод;

качественный и количественный состав веществ, выделяющих­ся из тампонажных материалов, их биологическая активность и устойчивость.

При применении тампонажных материалов должны быть ре­комендации по исключению или уменьшению загрязнения пласто­вых вод.

В настоящее время для ликвидационного тампонирования при­меняется множество тампонажных материалов, реагентов, раство­ров и смесей.

Портландцемент применяется самостоятельно как вяжущий тампонажный материал при приготовлении цементных растворов, служит основой многих видов тампонажных материалов для боль­шинства специальных (модифицированных) цементов, растворов и смесей с инертными или активными добавками, а также применяется в качестве добавки в различные тампонажные смеси на основе других веществ.

Разновидности портландцемента: высокопрочный, быстротвердеющий, сульфатостойкий, пластифицированный, гидрофобный, песчанистый и др.

Тампонажные растворы на основе вяжущих материалов:

- цементные - на основе портландцемента без добавок и с добав­ками, регулирующими различные свойства растворов: облегченные, утяжеленные, соляные, песчанистые, волокнистые, быстросхватывающиеся и др.;

- гипсовые;

- гипсоцементные.

Тампонажные растворы на основе полимеров. Растворы обла­дают следующими преимуществами:

 

- высокая коррозионная стойкость;

- непроницаемость или низкая проницаемость для пластовых флюидов;

- малая фильтратоотдача (до нулевой);

- высокая механическая прочность камня.

Основное применение эти растворы нашли при склонности пла­стов к гидравлическому разрыву, при интенсивных газопроявлени­ях, при наличии интенсивных поглощений и агрессивных пласто­вых вод.

Тампонажные пасты. Это нерастекаемые, но прокачиваемые по бурильным трубам массы. Применяются пасты твердеющие (на основе вяжущих и полимеров) и нетвердеющие (на глинистой основе). Основное назначение паст - тампонирование зон интенсив­ных поглощений, приуроченных к крупнотрещиноватым и каверноз­ным породам.

Химические реагенты применяются для регулирования свойств тампонажных растворов и смесей. По факту действия они подразде­ляются на следующие группы:

- ускорители схватывания и твердения - для обеспечения быст­роты загустевания и твердения тампонажных материалов после за­качивания в скважину;

- замедлители схватывания и твердения - для предупрежде­ния преждевременного загустевания и схватывания тампонаж­ных растворов;

- регуляторы реологических свойств, определяющие степень те­кучести растворов;

- понизители водоотдачи;

- пеногасители - для гашения пены в растворах, появляющейся при вводе в них некоторых реагентов.

Скважины со слабым водопритоком и небольшой глубины там­понируют глиной по всему стволу. Тампонажный материал приго­тавливают из вязкой глины с содержанием песка не более 6%. Глину слегка замачивают, тщательно перемешивают, влажность массы должна быть минимальной. Из тампонажного материала приготав­ливают глинистые шарики, слегка подсушивают и забрасывают в скважину через устье с трамбовкой через 1-1,5 м. Размер шариков выбирается на 30-40 мм меньше диаметра скважины.

Скважины с большим водопритоком (в том числе самоизлива­ющиеся с напором до 1,5 м) ликвидируются в следующей последова­тельности:

- в пределах водоносных горизонтов ствол скважины засыпает­ся чистым промытым песком или гравием;

- в подошве и кровле водоупоров, ограничивающих водоносные горизонты, устанавливаются цементные мосты мощностью до 4 м с заполнением пространства между ними в пределах водоупоров глинистыми шариками или глинистым раствором. Для цементных мостов применяется песчанистый цементный раствор. Плотность цементного раствора 1,8-1,9 г/см³, глинистого раствора -1,2-1,3 г/см³;

- интервал выше последнего цементного моста забрасывается до устья скважины глиной с трамбовкой.

Если ликвидируемая скважина находится вблизи действующих, то сама скважина и тампонажный материал подвергаются обработке раствором хлорной извести с содержанием активного хлора 75-100 мг на 1 л воды.

Сильно засоренные скважины, которые невозможно очистить полностью, тампонируются только цементным раствором до глуби­ны на 10-15 м выше кровли водоносного горизонта. Остальной ин­тервал до устья скважины тампонируется глиной.

Скважины с большими песчаными пробками, не позволяющи­ми изолировать водоносные горизонты друг от друга, ликвидируют­ся в следующей последовательности:

- желонкой или эрлифтом очистить ствол скважины от песка;

- закачать в скважину утяжеленный глинистый раствор для со­здания избыточного противодавления на водоносные горизонты;

- засыпать на забой до водоупора гравийно-щебеночную смесь;

- скважину выше засыпки промыть водой и затампонировать це­ментным раствором на 10-15 м выше кровли изолируемого водонос­ного горизонта;

- остальной ствол до устья забросать глиной с трамбовкой.

В бездействующих длительный срок скважинах, вскрывших несколько водоносных горизонтов с пресными водами, близкими по солевому составу, необходимо:

- проработать скважину и промыть глинистым раствором или водой;

- залить скважину хлорированной водой (объем воды принима­ется равным тройному объему скважины).

В аварийных скважинах, подлежащих тампонированию, в слу­чае частичного перекрытия ствола скважины аварийным инструмен­том или обрушенной породой, интервал от забоя до места аварии за­ливается цементным раствором, а остальная часть - от места аварии до устья тампонируется по вышеуказанным схемам.

Качество каждого отдельного тампонирования проверяется по истечении 24 ч путем испытания на герметичность следующими способами:

- гидравлической опрессовкой на давление, превышающее плас­товое, но не более 5,0 МПа. Тампонирование считается качествен­ным, если за 30 мин давление в обсадной колонне снизится не более чем на 0,5 МПа;

- желонированием жидкости из скважины с понижением уров­ня. Тампонирование считается качественным, если за 24 ч уровень восстановился не более чем на 1 м;

- при неудовлетворении этих требований необходимо повторить цементацию до полной изоляции водоносного горизонта.

Наличие и глубина установки цементных мостов проверяется путем опускания в скважину бурового снаряда и отбора образца за­твердевшего цемента.

Отсутствие цемента в скважине на определенной глубине отме­чается обычно при тампонировании в проницаемых пластах, пред­ставленных трещиноватыми и кавернозными породами; в этом слу­чае цементацию необходимо повторить, применяя тампонажные сме­си с добавками.

При выборе состава смеси необходимо учитывать величину рас­крытия трещин, приемистость поглощающих горизонтов, пластовое давление. Интенсивность водопритока определяется с помощью до­статочно эффективного метода - расходометрии и создаваемой ре­грессии на пласт.

Наиболее простыми по составу и экономичными являются там­понажные смеси на базе глинистого раствора с добавками, обладающими, с одной стороны, высокими структурно-механическими и за­купоривающими свойствами, а с другой - удовлетворительной прокачиваемостью буровым насосом. Параметры этих смесей зависят от качества исходного глинистого раствора и подбираются опытным путем. Ориентировочный состав смеси: на 1 м³ глинистого раствора добавляется 100-125 кг портландцемента и 5-10 кг жидкого стекла. Цемент является наиболее эффективным структурообразователем, увеличивающим прочность структуры смеси, а жидкое стекло позво­ляет значительно ускорить процесс структурообразования. Поэтому рекомендуется жидкое стекло добавлять в смесь непосредственно пе­ред закачиванием ее в скважину.

При наличии интенсивного движения подземных вод по прони­цаемому пласту с высоким пластовым давлением, когда глиноцементные тампонажные смеси не дают положительных результатов, сле­дует применять тампонажные смеси на базе портландцемента с до­бавками реагентов-ускорителей схватывания (хлористый кальций, поваренная соль, жидкое стекло и др.) в количестве от 1,5 до 5% в зависимости от конкретных условий, а также наполнителей (квар­цевый песок, до 50% по массе - песчаный цемент, хлопковые отхо­ды, асбестовая крошка, отходы кордного волокна, до 3 % - волокни­стый цемент, глинопорошок, до 20% - гель-цемент и др.).

Одним из основных требований к тампонажным материалам является их стойкость в условиях агрессивных подземных вод. Наи­более эффективный способ повышения коррозийной стойкости це­ментов - применение специальных цементных материалов, содержа­щих активные наполнители:

- для вод, содержащих сульфаты - сульфатостойкий, пуццолановый, глиноземистый цементы, гель-цемент;

- в водах хлоридно-натриевого типа - глиноземистый, песчаный цементы;

- при наличии в воде ионов магния - портландцемент с добавкой 15% мела и др.

Доставка тампонажных смесей в скважину производится раз­личными способами и с применением различных технических средств в зависимости от состава смеси, ее вязкости, количества и глубины залегания водоносных горизонтов:

- буровым насосом по стволу скважины через загерметизирован­ное устье (при относительно небольших глубинах - до 20 м);

- буровым насосом через загерметизированное устье по бури­льным трубам, опущенным в заданный интервал (при больших глубинах);

- с открытым устьем по колонне бурильных труб с установлен­ным на ней пакером над ликвидируемым интервалом (в скважинах с открытым устьем);

- через колонну бурильных труб с установленными на ней двумя пакерами, полностью изолирующими ликвидируемый интервал.

По окончании ликвидационного тампонирования ствола сква­жины производится ликвидация ее устья в следующем порядке:

- на устье скважины проходится шурф глубиной 1,0 м и сечени­ем 1,0x1,0м;

- при отсутствии обсадных труб на устье скважины укладывает­ся бетонная плита размером 0,8x0,8x0,15 м, на которой указывается номер скважины, ее глубина, дата окончания бурения и дата ликви­дации скважины. Шурф засыпается грунтом с трамбовкой;

- при наличии обсадной колонны верхняя труба срезается на вы­соту 0,8 м, а на оставшуюся часть одевается и приваривается метал­лическая заглушка с аналогичной надписью. Шурф также засыпает­ся грунтом с трамбовкой.

В скважинах, пробуренных в песках, плывунах, галечниках, при извлечении обсадных труб происходит самоликвидация части ствола за счет обрушения стенок; в остальной части скважины произ­водится тампонирование глиной.

По окончании ликвидационных работ необходимо провести ре­культивацию земельного участка согласно требованиям действу­ющих инструкций.

 

Рис. 53. Схема ликвидационного тампонирования скважины.

 

На рис. 53 приведена в качестве примера схема ликвидационного тампонирования скважины, оборудованной фильтровой колонной "впотай" диаметром 273мм с двумя рабочими участками на интервале 95-105 м и на интервале 150-157 м. перед ликвидацией фильтровая колонна, кондуктор и направление извлечены из скважины.

В зоны, где имеется поступление и движение вод, засыпан инертный материал гравий и песок, предварительно промытый водой для отмыва мелких фракций и продезинфицированный. Над инертным материалом через трубы залит цементный раствор для установки цементных мостов.

В таблицах 13, 14 и 15 приложения приведены описания тампонажных растворов, ускорителей схватывания и твердения и регуляторов реологических свойств.