石油鉆井工程防漏堵漏工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)探析

魏斯壯

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300450）

石油鉆井工程是一項(xiàng)極其復(fù)雜且有危險(xiǎn)的工程項(xiàng)目，由于其關(guān)系到我國能源安全，所以更需要有關(guān)人員對(duì)石油鉆井工程予以特別的關(guān)注。在石油鉆井工程中，由于各種內(nèi)外部因素的影響，導(dǎo)致時(shí)常在鉆井過程中發(fā)生井漏事故，此時(shí)需要采用高標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)，防止井噴、塌井等問題出現(xiàn)，確保整個(gè)石油鉆井工程可以高質(zhì)量的開展，對(duì)促進(jìn)我國石油鉆井行業(yè)發(fā)展有著極其重要的作用。油井泄漏有許多不同的類型和嚴(yán)重程度。井漏的原因通常是與油井設(shè)備老化和油井生命周期內(nèi)的操作錯(cuò)誤有關(guān)。這些類型的一旦發(fā)現(xiàn)泄漏，緩解泄漏相對(duì)容易。井漏的其他原因有：與固井或水泥凝固后的油井作業(yè)有關(guān)。例如，天然氣運(yùn)移可沿油井套管后面水泥鞘中的微裂縫和微環(huán)發(fā)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(rèn)為是最常見的油井完整性風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)補(bǔ)救工作造成很大挑戰(zhàn)。

1 石油鉆井工程中高質(zhì)量應(yīng)用防漏堵漏工藝的意義

1.1 井障

即使沒有可檢測(cè)的泄漏到井筒周圍環(huán)境的跡象，也可能由于單個(gè)或多個(gè)屏障的故障而導(dǎo)致井筒屏障失效。如果屏障失效，則必須進(jìn)行評(píng)估以評(píng)估流體泄漏的強(qiáng)加風(fēng)險(xiǎn)，并應(yīng)計(jì)劃維修程序。屏障失效可能發(fā)生在井壽命的不同階段，即預(yù)生產(chǎn)階段和生產(chǎn)階段。固井是井筒施工的一個(gè)有影響力的階段，因?yàn)樗喹h(huán)負(fù)責(zé)提供完整的區(qū)域隔離，因此是井屏障系統(tǒng)的關(guān)鍵屏障。水泥環(huán)應(yīng)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(qiáng)加給井的所有壓力和溫度變化。因此，了解水泥的機(jī)械破壞機(jī)制至關(guān)重要。由于暴露于不同的井眼操作程序，水泥環(huán)可能會(huì)經(jīng)歷不同類型的機(jī)械損壞。

1.2 井漏

一些井操作程序可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)生產(chǎn)階段的屏障失效，即壓力完整性測(cè)試（或泄漏測(cè)試）。壓力完整性測(cè)試(PIT)在每個(gè)套管上膠后進(jìn)行，并對(duì)凝固的水泥施加壓力。由于施加的振動(dòng)和壓力可能導(dǎo)致地層失效，鉆井實(shí)踐也可能損壞不穩(wěn)定的地層（崩落）。此外，一些地層天然薄弱，不夠穩(wěn)定，或者可能存在一些斷層和裂縫。即使在生產(chǎn)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(duì)中要正確執(zhí)行，否則，在固井過程中，水泥將無法從環(huán)空中完全置換泥漿，并導(dǎo)致形成偏心的水泥環(huán)和不均勻的水泥環(huán)厚度，或者可能無法完全覆蓋套管和地層巖石之間產(chǎn)生的間隙。套管偏離中心會(huì)導(dǎo)致井眼一側(cè)的應(yīng)力不平衡集中，從而導(dǎo)致水泥環(huán)的額外剪切應(yīng)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(jié)合強(qiáng)度。此外，泥漿或地層流體對(duì)水泥的污染也可能削弱水泥的機(jī)械性能，這可能會(huì)損害井筒的完整性。泥漿具有觸變性，在低剪切環(huán)境下往往會(huì)形成凝膠結(jié)構(gòu)。凝膠袋應(yīng)該被打碎和清潔，以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的水泥粘合。另一個(gè)原因可能與水泥漿的成分（水泥漿配方）不當(dāng)有關(guān)，就其與地層的相容性而言，這會(huì)導(dǎo)致粘結(jié)性能減弱。

水泥收縮導(dǎo)致體積減少，從而導(dǎo)致水泥與套管或地層之間的脫粘。這也可能導(dǎo)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(huì)降低水泥強(qiáng)度。在生產(chǎn)階段，由于不同的原因，井眼的機(jī)械和熱應(yīng)力狀態(tài)會(huì)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(chǎn)、構(gòu)造應(yīng)力、沉降和地層蠕變、正常井生產(chǎn)、注入熱蒸汽或冷水引起的誘發(fā)壓力和溫度的變化。這些操作規(guī)程對(duì)水泥環(huán)的完整性和破壞機(jī)理有顯著影響。

1.3 流體的途徑和來源

如果同時(shí)存在流體源、一兩個(gè)井屏障的故障以及流體運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力（例如流體浮力或過大的孔隙壓力），就會(huì)發(fā)生泄漏事故。泄漏路徑可以分為兩個(gè)不同的組：主要和次要。主要類與一次固井的時(shí)間有關(guān)，次要類與固井完成后的事件和條件有關(guān)。

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(jī)械故障（套管爆裂/坍塌）或腐蝕（圖1b），可能會(huì)產(chǎn)生主要泄漏路徑。圖（1f）顯示了當(dāng)水泥沒有完全填滿環(huán)空時(shí)，環(huán)空固井作業(yè)不令人滿意，圖（1g）顯示了由于存在泥餅而導(dǎo)致的粘結(jié)不良，圖（1d）顯示了水泥中通道的發(fā)育情況。第二類包括在水泥環(huán)與套管和地層界面分別沿微環(huán)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(chǎn)生可能有多種原因，包括但不限于水泥粘結(jié)強(qiáng)度下降導(dǎo)致在與套管和地層的水泥界面處形成微環(huán)空（圖1a 和1e）、水泥收縮和水泥機(jī)械故障（圖1c）。由于生產(chǎn)期間儲(chǔ)層壓實(shí)，在特定地質(zhì)條件下可能會(huì)發(fā)生剪切破壞機(jī)制，這可能導(dǎo)致在儲(chǔ)層上方的地層和套管中產(chǎn)生剪切破壞帶（圖1h）。

值得注意的是，石油和天然氣行業(yè)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(huán)的機(jī)械故障發(fā)生。因此，圖1：a)b)c)e)套管水泥護(hù)套f)g)d)地層h)水泥環(huán)的完整性可能會(huì)因裂縫的產(chǎn)生和水泥環(huán)內(nèi)的微環(huán)空而被破壞。

圖2 示意性地展示了水泥環(huán)內(nèi)可能出現(xiàn)的不同類型的裂縫。由于水泥環(huán)內(nèi)壁與外壁之間的壓力差導(dǎo)致水泥環(huán)膨脹/收縮，可能會(huì)產(chǎn)生徑向裂縫（圖2a）。水泥環(huán)可能會(huì)經(jīng)歷較大的偏應(yīng)力狀態(tài)，從而導(dǎo)致剪切損壞（圖2b）。由于水泥環(huán)的軸向滑動(dòng)/盤狀，可能會(huì)產(chǎn)生盤狀裂縫（圖2c）。與周圍井筒組件的位移相比，水泥環(huán)的不均勻膨脹/收縮可能會(huì)導(dǎo)致水泥環(huán)界面脫粘，從而導(dǎo)致在井筒內(nèi)形成微環(huán)空（圖2d）。因此，了解不同操作條件下的水泥破壞機(jī)制對(duì)于更好地評(píng)估井筒完整性至關(guān)重要。

圖2 水泥環(huán)內(nèi)不同類型的裂縫

在石油鉆井作業(yè)時(shí)，井漏問題的發(fā)生十分普遍。例如，在壓裂時(shí)，由于鉆井工藝不當(dāng)，便會(huì)引發(fā)井漏現(xiàn)象在鉆井過程中出現(xiàn)。在出現(xiàn)井漏問題后，如果不對(duì)此問題及時(shí)處理，將會(huì)導(dǎo)致大量石油資源滲透到地表，從而引發(fā)資源浪費(fèi)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(xiàn)的概率，則要在傳統(tǒng)防漏堵漏技術(shù)的基礎(chǔ)上，加大創(chuàng)新研究力度，不斷地對(duì)防漏堵漏技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，使之可以快速的解決井漏問題，避免更嚴(yán)重的事故發(fā)生，保證鉆井作業(yè)安全。在鉆井、修井以及采油等工程中，井漏問題時(shí)常在上述環(huán)節(jié)中出現(xiàn)，從而導(dǎo)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(zhì)量。所以當(dāng)出現(xiàn)井漏問題時(shí)，相關(guān)人員要針對(duì)井漏問題發(fā)生的原因，采取有針對(duì)性的防漏堵漏工藝，及時(shí)解決出現(xiàn)的井漏問題，避免石油鉆井工程的進(jìn)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(duì)性

一般來說，如果出現(xiàn)井漏問題，部分鉆井人員會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)井漏問題出現(xiàn)的原因進(jìn)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(jīng)驗(yàn)，有時(shí)候會(huì)對(duì)井漏位置判斷產(chǎn)生偏差，并且也無法根據(jù)具體原因選擇有針對(duì)性的堵漏材料與堵漏工藝，導(dǎo)致防漏堵漏工藝的應(yīng)用缺乏針對(duì)性，同時(shí)也難以快速解決井漏問題，導(dǎo)致井漏問題隨著時(shí)間的發(fā)展變得更加嚴(yán)重，從而為嚴(yán)重事故的出現(xiàn)埋下隱患。此外，由于防漏堵漏工藝實(shí)施缺乏針對(duì)性，致使問題處理成本不斷增加，浪費(fèi)人力與物力資源，拖延了最佳處理時(shí)間，從而引發(fā)更嚴(yán)重的后果。

2.2 損害儲(chǔ)層

為了快速解決井漏問題，需要在運(yùn)用防漏堵漏工藝時(shí)將堵漏材料放置在管道內(nèi)部，提升堵漏隔離帶的強(qiáng)度，避免井漏問題再次出現(xiàn)。防漏堵漏工藝的實(shí)施目的不僅僅是解決當(dāng)前存在的井漏問題，而且也要對(duì)油井周邊結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化，起到保護(hù)油井結(jié)構(gòu)的作用，降低井漏再次出現(xiàn)的幾率。在實(shí)施強(qiáng)化防護(hù)措施時(shí)，相關(guān)人員要考慮石油儲(chǔ)層的位置，避免儲(chǔ)層因隔離帶而產(chǎn)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(hù)儲(chǔ)層的作用。

2.3 堵漏技術(shù)存在局限性

在實(shí)施防漏堵漏工藝時(shí)，相關(guān)人員要準(zhǔn)確地找出井漏確切位置，以便針對(duì)井漏發(fā)生原因，實(shí)施有針對(duì)性的防漏堵漏措施。然而，當(dāng)前大多數(shù)的防漏堵漏措施存在應(yīng)用局限性，綜合且全面的防漏堵漏技術(shù)仍然需要下大力氣進(jìn)行研究。

3 石油鉆井工程防漏堵漏工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

在石油鉆井工程中，為了保證鉆井質(zhì)量，杜絕井漏問題發(fā)生，必須要建立一個(gè)規(guī)則或者標(biāo)準(zhǔn)，確保相關(guān)工作可以規(guī)范流程開展，提升鉆井工程的施工質(zhì)量。因此，對(duì)于防漏堵漏施工而言，同樣要有一個(gè)約束標(biāo)準(zhǔn)，督促有關(guān)人員可以按照標(biāo)準(zhǔn)要求，完成防漏堵漏工作，對(duì)提升石油鉆井工作的效率與質(zhì)量將起到保障作用。當(dāng)前，隨著我國對(duì)防漏堵漏施工工藝的不斷研究，工藝實(shí)施水平不斷提升，并且在一些關(guān)鍵的堵漏工藝與程序上，已經(jīng)形成了一套健全的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。從實(shí)用程度上看，我國防漏堵漏施工工藝經(jīng)過大量實(shí)踐工程的檢驗(yàn)，具有操作精準(zhǔn)度高、適用范圍廣等特點(diǎn)，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(yīng)用潛力。

4 石油鉆井工程防漏堵漏工藝及優(yōu)化措施

4.1 常用的防漏堵漏工藝

4.1.1 循環(huán)鉆井區(qū)間的防漏工藝

在循環(huán)鉆井區(qū)間，如果出現(xiàn)井漏問題，則鉆井人員可通過監(jiān)測(cè)排量、套壓等數(shù)據(jù)，查找出井漏位置，并在泄漏區(qū)域使用防漏型復(fù)合材料將滲漏區(qū)域堵住，并施加一定大小的壓力，從而起到保護(hù)井壁的作用，防止井漏問題再次在鉆井過程中出現(xiàn)。

4.1.2 復(fù)合承壓劑的堵漏技術(shù)

在石油鉆井工程中，一旦出現(xiàn)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(fù)合承壓劑堵漏技術(shù)的應(yīng)用，可以解決鉆井壓力大時(shí)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(fù)漏孔問題時(shí)，鉆井人員需要了解復(fù)合承壓劑堵漏技術(shù)的特點(diǎn)，并在實(shí)施此技術(shù)時(shí)做好以下工作：1）針對(duì)鉆井漏孔的壓力，可使用自動(dòng)節(jié)流管對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，待流量調(diào)節(jié)到適合堵漏工藝實(shí)施的條件下，工作人員可使用復(fù)合劑完成堵漏工作。2）在平時(shí)維護(hù)工作中，加強(qiáng)對(duì)上提鉆頭的維護(hù)力度，使上提鉆頭的活動(dòng)深度得到科學(xué)的設(shè)置，在鉆井液漏出位置實(shí)施全方位的防護(hù)。3）鉆井人員要對(duì)循環(huán)流動(dòng)PWS 值進(jìn)行嚴(yán)密觀測(cè)，確保復(fù)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(chǔ)，計(jì)算出漏層深度，在鉆井底部以合適的速度注入復(fù)合堵漏漿，從而解決井漏問題。當(dāng)鉆頭抵達(dá)漏層頂部后，工作人員要將油井關(guān)閉，隨后使用泵送裝置，分多次地在井下注入復(fù)合堵漏漿。在注入堵漏漿時(shí)，工作人員要對(duì)堵漏漿的泵送量進(jìn)行嚴(yán)格控制，一般不得超過0.4m3/min。在堵漏過程中，工作人員要對(duì)立管與套管的壓力進(jìn)行密切監(jiān)測(cè)，確保管內(nèi)壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。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(huán)量要嚴(yán)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(xù)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(fù)合堵漏與水泥堵漏工藝來解決此類問題。在應(yīng)用此堵漏工藝時(shí)，有關(guān)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(zhǔn)備大量清水，確?？梢酝ㄟ^一次作業(yè)完成漏層的填補(bǔ)。

4.2 防漏堵漏工藝的優(yōu)化措施

4.2.1 優(yōu)化防漏堵漏技術(shù)

為了更好地解決井漏問題，鉆井單位要在現(xiàn)有防漏堵漏工藝的基礎(chǔ)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(diǎn)。在對(duì)防漏堵漏工藝進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要對(duì)具體井漏原因進(jìn)行分析，以問題為切入點(diǎn)，對(duì)防漏堵漏工藝實(shí)施有針對(duì)性的優(yōu)化，確保井漏問題可以得到及時(shí)解決。此外，在出現(xiàn)井漏現(xiàn)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(shù)應(yīng)用質(zhì)量

在發(fā)生井漏現(xiàn)象后，大多情況下會(huì)選擇泥漿灌注方式來對(duì)井漏位置進(jìn)行修補(bǔ)。在使用泥漿灌注技術(shù)時(shí)，要保證泥漿的性能可以滿足填補(bǔ)漏層的要求，并提升泥漿配比的科學(xué)性，保證泥漿的粘度符合防漏堵漏工藝的需要。此外，在修補(bǔ)過程中，泥漿要予以連續(xù)添加，避免泥漿的粘度下降而引發(fā)脫水問題。最后，在防漏堵漏期間，如果出現(xiàn)鉆井液攜巖現(xiàn)象，則表明泥漿粘度過大，此時(shí)要采取措施使泥漿的粘度控制在合理區(qū)間，有利于提升防漏堵漏工藝的實(shí)施效果。

4.2.3 創(chuàng)新石油鉆井工程的技術(shù)

為了從根本上降低井漏問題發(fā)生的概率，除了要優(yōu)化防漏堵漏工藝外，還要對(duì)石油鉆井工程技術(shù)下大力氣進(jìn)行創(chuàng)新，使用現(xiàn)代化的技術(shù)來實(shí)施石油鉆井工程，有助于提升石油鉆井工程的實(shí)施質(zhì)量。在石油開采階段，鉆井工作要緩慢且有節(jié)奏的開展，并且鉆井人員要對(duì)施工環(huán)境進(jìn)行全面了解，同時(shí)知曉各種防漏堵漏工藝的實(shí)施要點(diǎn)，對(duì)整個(gè)鉆井作業(yè)流程進(jìn)行監(jiān)督與管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)井漏問題并予以高質(zhì)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(duì)石油鉆井工程有關(guān)技術(shù)的研究也處于不斷深入的階段。在石油鉆井工程中，如果發(fā)生井漏問題，則不僅會(huì)影響鉆井效率，而且會(huì)引發(fā)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(qiáng)對(duì)防漏堵漏工藝的研究，并通過制定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系來規(guī)范防漏堵漏工藝的實(shí)施流程，對(duì)提升堵漏效果以及促進(jìn)我國石油鉆井工程發(fā)展均可起到十分重要的作用。