石油鉆井工程防漏堵漏工藝質量標準探析

魏斯壯

（中海油田服務股份有限公司，天津 300450）

石油鉆井工程是一項極其復雜且有危險的工程項目，由于其關系到我國能源安全，所以更需要有關人員對石油鉆井工程予以特別的關注。在石油鉆井工程中，由于各種內外部因素的影響，導致時常在鉆井過程中發生井漏事故，此時需要采用高標準的防漏堵漏工藝來處理井漏問題，避免在鉆井過程中再次出現，防止井噴、塌井等問題出現，確保整個石油鉆井工程可以高質量的開展，對促進我國石油鉆井行業發展有著極其重要的作用。油井泄漏有許多不同的類型和嚴重程度。井漏的原因通常是與油井設備老化和油井生命周期內的操作錯誤有關。這些類型的一旦發現泄漏，緩解泄漏相對容易。井漏的其他原因有：與固井或水泥凝固后的油井作業有關。例如，天然氣運移可沿油井套管后面水泥鞘中的微裂縫和微環發生或因脫粘而在與套管或地層巖石的界面上。這種受損被認為是最常見的油井完整性風險，對補救工作造成很大挑戰。

1 石油鉆井工程中高質量應用防漏堵漏工藝的意義

1.1 井障

即使沒有可檢測的泄漏到井筒周圍環境的跡象，也可能由于單個或多個屏障的故障而導致井筒屏障失效。如果屏障失效，則必須進行評估以評估流體泄漏的強加風險，并應計劃維修程序。屏障失效可能發生在井壽命的不同階段，即預生產階段和生產階段。固井是井筒施工的一個有影響力的階段，因為水泥環負責提供完整的區域隔離，因此是井屏障系統的關鍵屏障。水泥環應滿足短期和長期要求的特性，以克服在井壽命期間及以后強加給井的所有壓力和溫度變化。因此，了解水泥的機械破壞機制至關重要。由于暴露于不同的井眼操作程序，水泥環可能會經歷不同類型的機械損壞。

1.2 井漏

一些井操作程序可能會導致預生產階段的屏障失效，即壓力完整性測試（或泄漏測試）。壓力完整性測試(PIT)在每個套管上膠后進行，并對凝固的水泥施加壓力。由于施加的振動和壓力可能導致地層失效，鉆井實踐也可能損壞不穩定的地層（崩落）。此外，一些地層天然薄弱，不夠穩定，或者可能存在一些斷層和裂縫。即使在生產程序開始之前，這些斷層也可能威脅到井筒的完整性。套管對中要正確執行，否則，在固井過程中，水泥將無法從環空中完全置換泥漿，并導致形成偏心的水泥環和不均勻的水泥環厚度，或者可能無法完全覆蓋套管和地層巖石之間產生的間隙。套管偏離中心會導致井眼一側的應力不平衡集中，從而導致水泥環的額外剪切應力。

泥餅和油脂的存在降低了水泥泵送過程中水泥與套管或地層之間的結合強度。此外，泥漿或地層流體對水泥的污染也可能削弱水泥的機械性能，這可能會損害井筒的完整性。泥漿具有觸變性，在低剪切環境下往往會形成凝膠結構。凝膠袋應該被打碎和清潔，以實現更強的水泥粘合。另一個原因可能與水泥漿的成分（水泥漿配方）不當有關，就其與地層的相容性而言，這會導致粘結性能減弱。

水泥收縮導致體積減少，從而導致水泥與套管或地層之間的脫粘。這也可能導致拉伸裂縫和滲透率增加，從而為流體和氣體遷移提供途徑。由于高超平衡條件（井和地層之間的壓力梯度大），水泥漿中的流體可以被過濾。這種在水化過程中缺水會降低水泥強度。在生產階段，由于不同的原因，井眼的機械和熱應力狀態會受到不同的壓力和溫度變化。這些包括由套管膨脹/收縮、水力壓裂增產、構造應力、沉降和地層蠕變、正常井生產、注入熱蒸汽或冷水引起的誘發壓力和溫度的變化。這些操作規程對水泥環的完整性和破壞機理有顯著影響。

1.3 流體的途徑和來源

如果同時存在流體源、一兩個井屏障的故障以及流體運動的驅動力（例如流體浮力或過大的孔隙壓力），就會發生泄漏事故。泄漏路徑可以分為兩個不同的組：主要和次要。主要類與一次固井的時間有關，次要類與固井完成后的事件和條件有關。

圖1 說明了沿井眼的主要和次要泄漏路徑的可能位置。由于套管的機械故障（套管爆裂/坍塌）或腐蝕（圖1b），可能會產生主要泄漏路徑。圖（1f）顯示了當水泥沒有完全填滿環空時，環空固井作業不令人滿意，圖（1g）顯示了由于存在泥餅而導致的粘結不良，圖（1d）顯示了水泥中通道的發育情況。第二類包括在水泥環與套管和地層界面分別沿微環空形成的泄漏路徑，如圖（1a）和圖（1e）所示，以及退化或水泥裂縫（圖1c）。

圖1 泄漏后沿井筒的潛在泄漏路徑位置

二次滲漏路徑的產生可能有多種原因，包括但不限于水泥粘結強度下降導致在與套管和地層的水泥界面處形成微環空（圖1a 和1e）、水泥收縮和水泥機械故障（圖1c）。由于生產期間儲層壓實，在特定地質條件下可能會發生剪切破壞機制，這可能導致在儲層上方的地層和套管中產生剪切破壞帶（圖1h）。

值得注意的是，石油和天然氣行業使用的水泥滲透率非常低，通常小于0.2 mD，這表明水力隔離是直接完成的，任何可能的泄漏都只能通過水泥環的機械故障發生。因此，圖1：a)b)c)e)套管水泥護套f)g)d)地層h)水泥環的完整性可能會因裂縫的產生和水泥環內的微環空而被破壞。

圖2 示意性地展示了水泥環內可能出現的不同類型的裂縫。由于水泥環內壁與外壁之間的壓力差導致水泥環膨脹/收縮，可能會產生徑向裂縫（圖2a）。水泥環可能會經歷較大的偏應力狀態，從而導致剪切損壞（圖2b）。由于水泥環的軸向滑動/盤狀，可能會產生盤狀裂縫（圖2c）。與周圍井筒組件的位移相比，水泥環的不均勻膨脹/收縮可能會導致水泥環界面脫粘，從而導致在井筒內形成微環空（圖2d）。因此，了解不同操作條件下的水泥破壞機制對于更好地評估井筒完整性至關重要。

圖2 水泥環內不同類型的裂縫

在石油鉆井作業時，井漏問題的發生十分普遍。例如，在壓裂時，由于鉆井工藝不當，便會引發井漏現象在鉆井過程中出現。在出現井漏問題后，如果不對此問題及時處理，將會導致大量石油資源滲透到地表，從而引發資源浪費問題，影響石油的開采量。因此，為了提升石油開采量，降低井漏問題出現的概率，則要在傳統防漏堵漏技術的基礎上，加大創新研究力度，不斷地對防漏堵漏技術進行改進與優化，使之可以快速的解決井漏問題，避免更嚴重的事故發生，保證鉆井作業安全。在鉆井、修井以及采油等工程中，井漏問題時常在上述環節中出現，從而導致大量石油資源、鉆井液、修井液等滲入到地層，影響鉆井工程的開展質量。所以當出現井漏問題時，相關人員要針對井漏問題發生的原因，采取有針對性的防漏堵漏工藝，及時解決出現的井漏問題，避免石油鉆井工程的進度受到影響。

2 石油鉆井防漏堵漏工藝存在的問題

2.1 防漏堵漏缺乏針對性

一般來說，如果出現井漏問題，部分鉆井人員會根據經驗，對井漏問題出現的原因進行判斷，并采取防漏堵漏工藝解決井漏問題。但是，如果僅僅依靠經驗，有時候會對井漏位置判斷產生偏差，并且也無法根據具體原因選擇有針對性的堵漏材料與堵漏工藝，導致防漏堵漏工藝的應用缺乏針對性，同時也難以快速解決井漏問題，導致井漏問題隨著時間的發展變得更加嚴重，從而為嚴重事故的出現埋下隱患。此外，由于防漏堵漏工藝實施缺乏針對性，致使問題處理成本不斷增加，浪費人力與物力資源，拖延了最佳處理時間，從而引發更嚴重的后果。

2.2 損害儲層

為了快速解決井漏問題，需要在運用防漏堵漏工藝時將堵漏材料放置在管道內部，提升堵漏隔離帶的強度，避免井漏問題再次出現。防漏堵漏工藝的實施目的不僅僅是解決當前存在的井漏問題，而且也要對油井周邊結構進行強化，起到保護油井結構的作用，降低井漏再次出現的幾率。在實施強化防護措施時，相關人員要考慮石油儲層的位置，避免儲層因隔離帶而產生損害。需注意的是，堵漏材料可選擇惰性或者易溶于酸性條件下的材料，有助于起到保護儲層的作用。

2.3 堵漏技術存在局限性

在實施防漏堵漏工藝時，相關人員要準確地找出井漏確切位置，以便針對井漏發生原因，實施有針對性的防漏堵漏措施。然而，當前大多數的防漏堵漏措施存在應用局限性，綜合且全面的防漏堵漏技術仍然需要下大力氣進行研究。

3 石油鉆井工程防漏堵漏工藝質量標準

在石油鉆井工程中，為了保證鉆井質量，杜絕井漏問題發生，必須要建立一個規則或者標準，確保相關工作可以規范流程開展，提升鉆井工程的施工質量。因此，對于防漏堵漏施工而言，同樣要有一個約束標準，督促有關人員可以按照標準要求，完成防漏堵漏工作，對提升石油鉆井工作的效率與質量將起到保障作用。當前，隨著我國對防漏堵漏施工工藝的不斷研究，工藝實施水平不斷提升，并且在一些關鍵的堵漏工藝與程序上，已經形成了一套健全的技術標準。從實用程度上看，我國防漏堵漏施工工藝經過大量實踐工程的檢驗，具有操作精準度高、適用范圍廣等特點，防漏堵漏效果十分出色，可以適用于多種石油鉆井工程之中，并且極具應用潛力。

4 石油鉆井工程防漏堵漏工藝及優化措施

4.1 常用的防漏堵漏工藝

4.1.1 循環鉆井區間的防漏工藝

在循環鉆井區間，如果出現井漏問題，則鉆井人員可通過監測排量、套壓等數據，查找出井漏位置，并在泄漏區域使用防漏型復合材料將滲漏區域堵住，并施加一定大小的壓力，從而起到保護井壁的作用，防止井漏問題再次在鉆井過程中出現。

4.1.2 復合承壓劑的堵漏技術

在石油鉆井工程中，一旦出現鉆井液流出問題，則可將承壓劑添加到混合水泥中，從而起到堵漏作用。復合承壓劑堵漏技術的應用，可以解決鉆井壓力大時的下鉆問題，而且可提升井下的堵漏效果，使用壓力來解決漏孔問題，提升解決井漏問題的效率。在修復漏孔問題時，鉆井人員需要了解復合承壓劑堵漏技術的特點，并在實施此技術時做好以下工作：1）針對鉆井漏孔的壓力，可使用自動節流管對壓力進行調節，待流量調節到適合堵漏工藝實施的條件下，工作人員可使用復合劑完成堵漏工作。2）在平時維護工作中，加強對上提鉆頭的維護力度，使上提鉆頭的活動深度得到科學的設置，在鉆井液漏出位置實施全方位的防護。3）鉆井人員要對循環流動PWS 值進行嚴密觀測，確保復合承壓劑可以在合理的壓力條件下工作。

在使用高效承壓劑堵漏工藝過程中，工作人員要確定石油的滲漏量，并以此為基礎，計算出漏層深度，在鉆井底部以合適的速度注入復合堵漏漿，從而解決井漏問題。當鉆頭抵達漏層頂部后，工作人員要將油井關閉，隨后使用泵送裝置，分多次地在井下注入復合堵漏漿。在注入堵漏漿時，工作人員要對堵漏漿的泵送量進行嚴格控制，一般不得超過0.4m3/min。在堵漏過程中，工作人員要對立管與套管的壓力進行密切監測，確保管內壓力處于穩定狀態。靜止堵漏工作一般要控制在6h 左右，在靜止堵漏過程中，漏層頂部循環量要嚴格控制。待6h 后，使用鉆頭鉆到漏層的最底部，如果成功解決堵漏問題，則可繼續開始石油鉆井工作。

如果井下存在程度比較大的漏失問題，則可使用高效承壓復合堵漏與水泥堵漏工藝來解決此類問題。在應用此堵漏工藝時，有關人員可使用清水盲鉆方式，解決漏孔的漏失問題。然而，在使用清水盲鉆工藝前，鉆井單位要準備大量清水，確保可以通過一次作業完成漏層的填補。

4.2 防漏堵漏工藝的優化措施

4.2.1 優化防漏堵漏技術

為了更好地解決井漏問題，鉆井單位要在現有防漏堵漏工藝的基礎上，不斷探究新型防漏堵漏工藝，使防漏堵漏工藝可以滿足我國石油鉆井工程的特點。在對防漏堵漏工藝進行優化時，需要對具體井漏原因進行分析，以問題為切入點，對防漏堵漏工藝實施有針對性的優化，確保井漏問題可以得到及時解決。此外，在出現井漏現象后，工作人員要全面勘察井漏位置，探析滲漏程度，隨后選取合適的防漏堵漏工藝，保證防漏堵漏工藝可以有效解決井漏問題。

4.2.2 提升泥漿施工技術應用質量

在發生井漏現象后，大多情況下會選擇泥漿灌注方式來對井漏位置進行修補。在使用泥漿灌注技術時，要保證泥漿的性能可以滿足填補漏層的要求，并提升泥漿配比的科學性，保證泥漿的粘度符合防漏堵漏工藝的需要。此外，在修補過程中，泥漿要予以連續添加，避免泥漿的粘度下降而引發脫水問題。最后，在防漏堵漏期間，如果出現鉆井液攜巖現象，則表明泥漿粘度過大，此時要采取措施使泥漿的粘度控制在合理區間，有利于提升防漏堵漏工藝的實施效果。

4.2.3 創新石油鉆井工程的技術

為了從根本上降低井漏問題發生的概率，除了要優化防漏堵漏工藝外，還要對石油鉆井工程技術下大力氣進行創新，使用現代化的技術來實施石油鉆井工程，有助于提升石油鉆井工程的實施質量。在石油開采階段，鉆井工作要緩慢且有節奏的開展，并且鉆井人員要對施工環境進行全面了解，同時知曉各種防漏堵漏工藝的實施要點，對整個鉆井作業流程進行監督與管理，及時發現井漏問題并予以高質量的處理。

綜上所述，加大石油鉆井工程的投資力度，有助于解決我國石油資源短缺的問題。因此，近年來隨著我國石油鉆井工程的增多，我國對石油鉆井工程有關技術的研究也處于不斷深入的階段。在石油鉆井工程中，如果發生井漏問題，則不僅會影響鉆井效率，而且會引發程度不等的安全問題。因此，為了保證石油鉆井工程可以有序開展，要求鉆井單位加強對防漏堵漏工藝的研究，并通過制定質量標準體系來規范防漏堵漏工藝的實施流程，對提升堵漏效果以及促進我國石油鉆井工程發展均可起到十分重要的作用。