石油钻井工程防漏堵漏工艺质量标准探析

魏斯壮

（中海油田服务股份有限公司，天津 300450）

石油钻井工程是一项极其复杂且有危险的工程项目，由于其关系到我国能源安全，所以更需要有关人员对石油钻井工程予以特别的关注。在石油钻井工程中，由于各种内外部因素的影响，导致时常在钻井过程中发生井漏事故，此时需要采用高标准的防漏堵漏工艺来处理井漏问题，避免在钻井过程中再次出现，防止井喷、塌井等问题出现，确保整个石油钻井工程可以高质量的开展，对促进我国石油钻井行业发展有着极其重要的作用。油井泄漏有许多不同的类型和严重程度。井漏的原因通常是与油井设备老化和油井生命周期内的操作错误有关。这些类型的一旦发现泄漏，缓解泄漏相对容易。井漏的其他原因有：与固井或水泥凝固后的油井作业有关。例如，天然气运移可沿油井套管后面水泥鞘中的微裂缝和微环发生或因脱粘而在与套管或地层岩石的界面上。这种受损被认为是最常见的油井完整性风险，对补救工作造成很大挑战。

1 石油钻井工程中高质量应用防漏堵漏工艺的意义

1.1 井障

即使没有可检测的泄漏到井筒周围环境的迹象，也可能由于单个或多个屏障的故障而导致井筒屏障失效。如果屏障失效，则必须进行评估以评估流体泄漏的强加风险，并应计划维修程序。屏障失效可能发生在井寿命的不同阶段，即预生产阶段和生产阶段。固井是井筒施工的一个有影响力的阶段，因为水泥环负责提供完整的区域隔离，因此是井屏障系统的关键屏障。水泥环应满足短期和长期要求的特性，以克服在井寿命期间及以后强加给井的所有压力和温度变化。因此，了解水泥的机械破坏机制至关重要。由于暴露于不同的井眼操作程序，水泥环可能会经历不同类型的机械损坏。

1.2 井漏

一些井操作程序可能会导致预生产阶段的屏障失效，即压力完整性测试（或泄漏测试）。压力完整性测试(PIT)在每个套管上胶后进行，并对凝固的水泥施加压力。由于施加的振动和压力可能导致地层失效，钻井实践也可能损坏不稳定的地层（崩落）。此外，一些地层天然薄弱，不够稳定，或者可能存在一些断层和裂缝。即使在生产程序开始之前，这些断层也可能威胁到井筒的完整性。套管对中要正确执行，否则，在固井过程中，水泥将无法从环空中完全置换泥浆，并导致形成偏心的水泥环和不均匀的水泥环厚度，或者可能无法完全覆盖套管和地层岩石之间产生的间隙。套管偏离中心会导致井眼一侧的应力不平衡集中，从而导致水泥环的额外剪切应力。

泥饼和油脂的存在降低了水泥泵送过程中水泥与套管或地层之间的结合强度。此外，泥浆或地层流体对水泥的污染也可能削弱水泥的机械性能，这可能会损害井筒的完整性。泥浆具有触变性，在低剪切环境下往往会形成凝胶结构。凝胶袋应该被打碎和清洁，以实现更强的水泥粘合。另一个原因可能与水泥浆的成分（水泥浆配方）不当有关，就其与地层的相容性而言，这会导致粘结性能减弱。

水泥收缩导致体积减少，从而导致水泥与套管或地层之间的脱粘。这也可能导致拉伸裂缝和渗透率增加，从而为流体和气体迁移提供途径。由于高超平衡条件（井和地层之间的压力梯度大），水泥浆中的流体可以被过滤。这种在水化过程中缺水会降低水泥强度。在生产阶段，由于不同的原因，井眼的机械和热应力状态会受到不同的压力和温度变化。这些包括由套管膨胀/收缩、水力压裂增产、构造应力、沉降和地层蠕变、正常井生产、注入热蒸汽或冷水引起的诱发压力和温度的变化。这些操作规程对水泥环的完整性和破坏机理有显着影响。

1.3 流体的途径和来源

如果同时存在流体源、一两个井屏障的故障以及流体运动的驱动力（例如流体浮力或过大的孔隙压力），就会发生泄漏事故。泄漏路径可以分为两个不同的组：主要和次要。主要类与一次固井的时间有关，次要类与固井完成后的事件和条件有关。

图1 说明了沿井眼的主要和次要泄漏路径的可能位置。由于套管的机械故障（套管爆裂/坍塌）或腐蚀（图1b），可能会产生主要泄漏路径。图（1f）显示了当水泥没有完全填满环空时，环空固井作业不令人满意，图（1g）显示了由于存在泥饼而导致的粘结不良，图（1d）显示了水泥中通道的发育情况。第二类包括在水泥环与套管和地层界面分别沿微环空形成的泄漏路径，如图（1a）和图（1e）所示，以及退化或水泥裂缝（图1c）。

图1 泄漏后沿井筒的潜在泄漏路径位置

二次渗漏路径的产生可能有多种原因，包括但不限于水泥粘结强度下降导致在与套管和地层的水泥界面处形成微环空（图1a 和1e）、水泥收缩和水泥机械故障（图1c）。由于生产期间储层压实，在特定地质条件下可能会发生剪切破坏机制，这可能导致在储层上方的地层和套管中产生剪切破坏带（图1h）。

值得注意的是，石油和天然气行业使用的水泥渗透率非常低，通常小于0.2 mD，这表明水力隔离是直接完成的，任何可能的泄漏都只能通过水泥环的机械故障发生。因此，图1：a)b)c)e)套管水泥护套f)g)d)地层h)水泥环的完整性可能会因裂缝的产生和水泥环内的微环空而被破坏。

图2 示意性地展示了水泥环内可能出现的不同类型的裂缝。由于水泥环内壁与外壁之间的压力差导致水泥环膨胀/收缩，可能会产生径向裂缝（图2a）。水泥环可能会经历较大的偏应力状态，从而导致剪切损坏（图2b）。由于水泥环的轴向滑动/盘状，可能会产生盘状裂缝（图2c）。与周围井筒组件的位移相比，水泥环的不均匀膨胀/收缩可能会导致水泥环界面脱粘，从而导致在井筒内形成微环空（图2d）。因此，了解不同操作条件下的水泥破坏机制对于更好地评估井筒完整性至关重要。

图2 水泥环内不同类型的裂缝

在石油钻井作业时，井漏问题的发生十分普遍。例如，在压裂时，由于钻井工艺不当，便会引发井漏现象在钻井过程中出现。在出现井漏问题后，如果不对此问题及时处理，将会导致大量石油资源渗透到地表，从而引发资源浪费问题，影响石油的开采量。因此，为了提升石油开采量，降低井漏问题出现的概率，则要在传统防漏堵漏技术的基础上，加大创新研究力度，不断地对防漏堵漏技术进行改进与优化，使之可以快速的解决井漏问题，避免更严重的事故发生，保证钻井作业安全。在钻井、修井以及采油等工程中，井漏问题时常在上述环节中出现，从而导致大量石油资源、钻井液、修井液等渗入到地层，影响钻井工程的开展质量。所以当出现井漏问题时，相关人员要针对井漏问题发生的原因，采取有针对性的防漏堵漏工艺，及时解决出现的井漏问题，避免石油钻井工程的进度受到影响。

2 石油钻井防漏堵漏工艺存在的问题

2.1 防漏堵漏缺乏针对性

一般来说，如果出现井漏问题，部分钻井人员会根据经验，对井漏问题出现的原因进行判断，并采取防漏堵漏工艺解决井漏问题。但是，如果仅仅依靠经验，有时候会对井漏位置判断产生偏差，并且也无法根据具体原因选择有针对性的堵漏材料与堵漏工艺，导致防漏堵漏工艺的应用缺乏针对性，同时也难以快速解决井漏问题，导致井漏问题随着时间的发展变得更加严重，从而为严重事故的出现埋下隐患。此外，由于防漏堵漏工艺实施缺乏针对性，致使问题处理成本不断增加，浪费人力与物力资源，拖延了最佳处理时间，从而引发更严重的后果。

2.2 损害储层

为了快速解决井漏问题，需要在运用防漏堵漏工艺时将堵漏材料放置在管道内部，提升堵漏隔离带的强度，避免井漏问题再次出现。防漏堵漏工艺的实施目的不仅仅是解决当前存在的井漏问题，而且也要对油井周边结构进行强化，起到保护油井结构的作用，降低井漏再次出现的几率。在实施强化防护措施时，相关人员要考虑石油储层的位置，避免储层因隔离带而产生损害。需注意的是，堵漏材料可选择惰性或者易溶于酸性条件下的材料，有助于起到保护储层的作用。

2.3 堵漏技术存在局限性

在实施防漏堵漏工艺时，相关人员要准确地找出井漏确切位置，以便针对井漏发生原因，实施有针对性的防漏堵漏措施。然而，当前大多数的防漏堵漏措施存在应用局限性，综合且全面的防漏堵漏技术仍然需要下大力气进行研究。

3 石油钻井工程防漏堵漏工艺质量标准

在石油钻井工程中，为了保证钻井质量，杜绝井漏问题发生，必须要建立一个规则或者标准，确保相关工作可以规范流程开展，提升钻井工程的施工质量。因此，对于防漏堵漏施工而言，同样要有一个约束标准，督促有关人员可以按照标准要求，完成防漏堵漏工作，对提升石油钻井工作的效率与质量将起到保障作用。当前，随着我国对防漏堵漏施工工艺的不断研究，工艺实施水平不断提升，并且在一些关键的堵漏工艺与程序上，已经形成了一套健全的技术标准。从实用程度上看，我国防漏堵漏施工工艺经过大量实践工程的检验，具有操作精准度高、适用范围广等特点，防漏堵漏效果十分出色，可以适用于多种石油钻井工程之中，并且极具应用潜力。

4 石油钻井工程防漏堵漏工艺及优化措施

4.1 常用的防漏堵漏工艺

4.1.1 循环钻井区间的防漏工艺

在循环钻井区间，如果出现井漏问题，则钻井人员可通过监测排量、套压等数据，查找出井漏位置，并在泄漏区域使用防漏型复合材料将渗漏区域堵住，并施加一定大小的压力，从而起到保护井壁的作用，防止井漏问题再次在钻井过程中出现。

4.1.2 复合承压剂的堵漏技术

在石油钻井工程中，一旦出现钻井液流出问题，则可将承压剂添加到混合水泥中，从而起到堵漏作用。复合承压剂堵漏技术的应用，可以解决钻井压力大时的下钻问题，而且可提升井下的堵漏效果，使用压力来解决漏孔问题，提升解决井漏问题的效率。在修复漏孔问题时，钻井人员需要了解复合承压剂堵漏技术的特点，并在实施此技术时做好以下工作：1）针对钻井漏孔的压力，可使用自动节流管对压力进行调节，待流量调节到适合堵漏工艺实施的条件下，工作人员可使用复合剂完成堵漏工作。2）在平时维护工作中，加强对上提钻头的维护力度，使上提钻头的活动深度得到科学的设置，在钻井液漏出位置实施全方位的防护。3）钻井人员要对循环流动PWS 值进行严密观测，确保复合承压剂可以在合理的压力条件下工作。

在使用高效承压剂堵漏工艺过程中，工作人员要确定石油的渗漏量，并以此为基础，计算出漏层深度，在钻井底部以合适的速度注入复合堵漏浆，从而解决井漏问题。当钻头抵达漏层顶部后，工作人员要将油井关闭，随后使用泵送装置，分多次地在井下注入复合堵漏浆。在注入堵漏浆时，工作人员要对堵漏浆的泵送量进行严格控制，一般不得超过0.4m3/min。在堵漏过程中，工作人员要对立管与套管的压力进行密切监测，确保管内压力处于稳定状态。静止堵漏工作一般要控制在6h 左右，在静止堵漏过程中，漏层顶部循环量要严格控制。待6h 后，使用钻头钻到漏层的最底部，如果成功解决堵漏问题，则可继续开始石油钻井工作。

如果井下存在程度比较大的漏失问题，则可使用高效承压复合堵漏与水泥堵漏工艺来解决此类问题。在应用此堵漏工艺时，有关人员可使用清水盲钻方式，解决漏孔的漏失问题。然而，在使用清水盲钻工艺前，钻井单位要准备大量清水，确保可以通过一次作业完成漏层的填补。

4.2 防漏堵漏工艺的优化措施

4.2.1 优化防漏堵漏技术

为了更好地解决井漏问题，钻井单位要在现有防漏堵漏工艺的基础上，不断探究新型防漏堵漏工艺，使防漏堵漏工艺可以满足我国石油钻井工程的特点。在对防漏堵漏工艺进行优化时，需要对具体井漏原因进行分析，以问题为切入点，对防漏堵漏工艺实施有针对性的优化，确保井漏问题可以得到及时解决。此外，在出现井漏现象后，工作人员要全面勘察井漏位置，探析渗漏程度，随后选取合适的防漏堵漏工艺，保证防漏堵漏工艺可以有效解决井漏问题。

4.2.2 提升泥浆施工技术应用质量

在发生井漏现象后，大多情况下会选择泥浆灌注方式来对井漏位置进行修补。在使用泥浆灌注技术时，要保证泥浆的性能可以满足填补漏层的要求，并提升泥浆配比的科学性，保证泥浆的粘度符合防漏堵漏工艺的需要。此外，在修补过程中，泥浆要予以连续添加，避免泥浆的粘度下降而引发脱水问题。最后，在防漏堵漏期间，如果出现钻井液携岩现象，则表明泥浆粘度过大，此时要采取措施使泥浆的粘度控制在合理区间，有利于提升防漏堵漏工艺的实施效果。

4.2.3 创新石油钻井工程的技术

为了从根本上降低井漏问题发生的概率，除了要优化防漏堵漏工艺外，还要对石油钻井工程技术下大力气进行创新，使用现代化的技术来实施石油钻井工程，有助于提升石油钻井工程的实施质量。在石油开采阶段，钻井工作要缓慢且有节奏的开展，并且钻井人员要对施工环境进行全面了解，同时知晓各种防漏堵漏工艺的实施要点，对整个钻井作业流程进行监督与管理，及时发现井漏问题并予以高质量的处理。

综上所述，加大石油钻井工程的投资力度，有助于解决我国石油资源短缺的问题。因此，近年来随着我国石油钻井工程的增多，我国对石油钻井工程有关技术的研究也处于不断深入的阶段。在石油钻井工程中，如果发生井漏问题，则不仅会影响钻井效率，而且会引发程度不等的安全问题。因此，为了保证石油钻井工程可以有序开展，要求钻井单位加强对防漏堵漏工艺的研究，并通过制定质量标准体系来规范防漏堵漏工艺的实施流程，对提升堵漏效果以及促进我国石油钻井工程发展均可起到十分重要的作用。