石油鉆井工程防漏堵漏工藝的運用

邵 方

（中原石油工程有限公司鉆井三公司，河南 濮陽 457001）

隨著我國鉆井工程不斷發(fā)展，針對鉆井工程中常見的井漏問題，已經采用較為完善的防漏堵漏工藝。現階段石油鉆井工程要求日益嚴格，需要進一步提高防漏堵漏工藝水平，在面對石油鉆井工程中井漏問題時，可以快速制定防漏堵漏施工方案，將井漏問題造成的影響控制在最小范圍內，從而保證石油鉆井工程質量，避免石油資源浪費。

1 石油鉆井工程中防漏堵漏工藝

1.1 防漏堵漏工藝運用的重要性分析

鉆機在石油開采作業(yè)中因速度、自身性能等因素影響，極易出現井液滲漏問題，嚴重影響后續(xù)石油開采工作進程，甚至導致石油資源浪費。針對這一現狀，為有效提高石油鉆井工程質量，需要采用防漏堵漏工藝技術，其不僅可以預防井漏問題，降低井漏問題發(fā)生概率，還能夠通過堵漏技術，對已發(fā)生的漏層進行堵漏作業(yè)，從而將井漏影響控制在最小范圍內，進而不耽誤工程施工與石油開采工作。

1.2 防漏堵漏工藝要點

石油鉆井工程中鉆井速度不宜過快與過慢，最佳鉆井速度應控制在50s左右。

在實際石油鉆井工程中不能始終保持同一開泵速度，因為鉆井深度較深，在鉆井過程中會鉆穿不同地層且會面臨砂橋與井塔下地質情況，該系列地質對開泵速度的要求差異較大，因此如果一直維持同樣的開泵速度，將會加重井漏問題，基于此，為確保鉆井效率以及預防井漏問題，應在實際施工中根據地質條件合理控制開泵速度。

當石油鉆井工程施工中出現井漏問題時，為保證鉆井排量有序循環(huán)，應在井漏發(fā)生時合理調控開泵，從而將井漏問題控制在可控范圍內，避免井漏問題加重，進而排除泥漿。

2 石油鉆井工程防漏堵漏案例分析

以某鉆井工程為例，濮156井設計井深3680m，直井。于2019年5月11日一開，φ444.5mm×304m。5月19日二開，φ311.2mm×2370m。6月3日三開。6月4日三開鉆至2831m，短起下，短起期間上提困難，開泵倒劃時首次發(fā)生漏失，地層沙二下，巖性：紫紅色泥巖、淺棕色粉砂巖。而后多次采取靜止堵漏、隨鉆堵漏、橋堵、自適應堵漏、ZYSD堵漏等堵漏方法，于6月29日19:00恢復鉆進，鉆至井深3192.72m以后不再漏失，地層沙三上，巖性灰色泥巖、淺灰色粉砂巖。

井漏過程。第一次井漏發(fā)生于6月4日，井深2431m處。因鉆頭上提困難且反漿減少證明出現井漏，該次井漏漏失鉆井液20m3，累計漏失鉆井液20m3。第二次井漏發(fā)生于6月6日，井深2327m處，該次井漏漏失鉆井液5m3，累計漏失鉆井液25m3。

堵漏作業(yè)。第一次對2650-2760產層段開展橋堵作業(yè)，首先在6月7日靜堵期間配置濃度15%堵漏漿25m3（隨鉆堵漏劑2t、承壓堵漏劑2t、坂土2t），并于13:00下鉆至2788.90m，打堵漏漿20m3，頂替21m3，頂替期間返漿減少，漏失鉆井液6m3，1h后作業(yè)完成起鉆，3h后短起至2314m，靜止堵漏并關閉電泵井。其次在6月8日驗證漏失開泵驗漏07:00套管內單凡爾開泵灌漿，灌漿8.3m3灌滿，停泵后2min內液面下降1m，然后液面穩(wěn)定。1、2、3凡爾依次開泵，循環(huán)不漏失。09:00由2314m下鉆，11:00下鉆至2763m遇阻，開泵循環(huán)沖劃，13:00沖劃眼至2817m，失返，漏失密度1.30g/cm3鉆井液9m3。最后于6月9日開展第二次橋堵承壓堵漏作業(yè)，選擇鉆具φ215.9mmPDC鉆頭+φ158mm無磁鉆鋌+φ158mm鉆鋌×2根+φ127mm加重鉆桿×15根+φ127mm鉆桿，09:00下鉆至套管鞋，灌漿11.4m3灌滿，采用φ160缸套1、2、3凡爾開泵循環(huán)不漏失，繼續(xù)下鉆，11:30下鉆至2550m，單、雙凡爾循環(huán)不漏，三凡爾循環(huán)漏失密度1.28g/cm3鉆井液15m3，起鉆準備進行第二次堵漏作業(yè)。在確定鉆井適合第二次堵漏作業(yè)后于22:00下鉆2740m，打堵漏漿20m3，替漿21m3，23:00關井承壓堵漏，具體流程見圖1。

圖 1 堵漏作業(yè)

經驗總結。1）出現漏失現象，起鉆上提鉆具困難。2）應綜合考慮井漏預防與井壁穩(wěn)定，在保證井壁穩(wěn)定的前提下，盡量減小鉆井液密度。3）遇大段鹽膏層需要較高密度穩(wěn)定井壁，控制鉆井液密度。4）在提高密度受到限制的情況，向鉆井液中加入2.5%KCL和5%白瀝青。5）任何工況下開泵要平穩(wěn)操作，1、2、3凡爾依次開啟，每次掛合不低于3次，至泵壓正常后循環(huán)不低于10min方可增加排量。6）發(fā)生較嚴重的井漏，建議采用橋漿堵漏不超過兩次。

3 石油鉆井工程防漏堵漏工藝的運用

3.1 泥漿施工過程技術

石油鉆井工程是一項十分煩瑣且施工環(huán)節(jié)復雜的大型鉆井工程，井漏是其常見問題。井漏是指鉆井過程中，井筒內鉆井液或其他介質（固井水泥漿等）漏入地層孔隙、裂縫等空間的現象，如果井漏問題無法被及時有效解決，將會導致井漏問題愈發(fā)嚴重，最終導致井塌、卡鉆、井噴等安全事故。

基于此，為有效預防與解決石油鉆井工程中出現的井漏問題，應采取防漏堵漏工藝技術。以某井漏案例為例，該鉆井工程鉆程至566m時發(fā)生井漏，主要表現為只進不出，無法觀察到液面，井壓由8MPa下滑到5MPa，泥漿量減少11m，地層巖性為砂巖。井漏前泥漿性能參數如下。（密度）：1.11g/cm；FV（漏斗黏度）：40mPa·s；FL（失水）：5mL；PV（塑性黏度）：13mPa·s；YP（屈服值）：6。

針對該案例，可以采用泥漿施工過程技術。在泥漿施工過程技術實際應用中的主要材料為泥漿，而泥漿的黏度與水、水泥等建材質量有關，應采購高質量水泥，嚴格檢測施工過程中所使用的水是否為清潔可飲用水，進而避免強堿、強酸、受污染的水混入水泥材料中，進而影響泥漿質量。最后通過浴水化等技術確保泥漿黏度小于50mPa·s。此外，如果在實際施工是泥漿狀態(tài)不佳，可以在泥漿中添加新的泥漿，從而確保泥漿性。

具體實施：一開井眼323mm，井深200m以下，泥漿體系為聚合物鉆井液體系，采用M一47井泥漿30m、清水30m，加入搬土1000kg、純堿300kg、PF—PAC500kg及FA367300kg，此后泥漿黏度為36Pa·s，密度1.06g/cm，濾失量8mL，泥餅0.5mm，含砂0.3%，塑性黏度8mPa·s。該鉆井工程一開底層為地巖，基于地層特性易發(fā)生嚴重的糊篩問題，因此，在此現狀下，為確保鉆井質量，應開啟所有固控設備。二開井眼為244mm，井深1000m，泥漿體系為聚合物鉆井液體系。鉆水泥塞時加入NaCO200kg處理Ca污染，然后力口COP—LFL500kg、NPAN400kg、PF—PAC300kg及FA367500kg，目的是提高聚合物鉆井液的抑制性，控制好泥巖造漿，其中泥漿性能：黏度38Pa·s、密度1.17g/cm、濾失量5mL、泥餅0.5mm、靜切力1Pa/5Pa、酸堿度數值為9、含砂0.3%、塑性黏度6mPa·s、動切力2Pa。三開井眼168mm，井深2250m，泥漿體系為聚合物鉆井液體系，泥漿性能參數：黏度38S、濾失量4.0mL、泥餅0.5mm、靜切力2Pa/5Pa、pH值8、含砂0.3%、塑性黏度6mPa·s以及動切力7Pa。具體性能參數見表1。三開時出現井漏，對其開展堵漏作業(yè)，選擇φ215.9mmPDC鉆頭+φ172直螺桿+φ158mm無磁鉆鋌+φ206mm扶正器+φ158mm鉆鋌×2根+φ127mm加重鉆桿×15根+φ127mm鉆桿，1.40（g/cm3）密度、66（Pa·s）黏度、0.2（%）含砂、0.4（mm）泥餅、pH值9、2/7切力井液，2%坂土+1t自適應ZYZD堵漏劑+2t單封+0.1t珍珠棉+1t隨鉆堵漏SD堵漏漿，于當天19:30開始下鉆，20日02:00下鉆至井深2008m，下鉆期間不返漿，單凡爾頂泵不返漿，漏失13.3m3。打堵漏漿堵漏，至4:00單凡爾打1.35g/cm3堵漏漿18m3，替入1.40g/cm3鉆井液25m3，期間均未返漿。5:30短起至套管內，靜止堵漏，具體流程見圖2。

表 1 井分段鉆井液性能參數

值得注意的是，由于石油鉆井工程施工現場的地質條件影響，泥漿性能會遭受一定程度影響，因此，為充分發(fā)揮泥漿價值效用，在施工時技術人員應根據地質情況制定施工方案。例如，針對易發(fā)生泥漿攜巖現象的地質，應管控泥漿黏度；針對滲透性強的地質，應開展泥漿控制工藝；針對砂礫巖地質，應調整砂石黏度參數。

3.2 防漏技術

首先，由于石油資源位于地下，確定石油資源儲存位置是開展井漏防漏工作的基礎，因此，為提高防漏工作質量，應在石油鉆井工程中對施工地點的地質條件進行全方位調查，根據地質特點制定科學、合理的防漏措施。除此之外，基于石油鉆井工程施工主體為專業(yè)工作人員，因此，為進一步確保鉆井工程質量以及防漏技術施工成效，應強化施工人員專業(yè)能力，進而更好地開展鉆井與防漏工作。

其次，應對鉆井深度進行合理設計并降低泥漿激動壓力。鉆井深度與底層孔隙壓力、破裂壓力、漏失壓力的剖面相關，基于此，為確保鉆井深度，需要結合上述三個層面內容分析井下地質特征。同時，在防漏作業(yè)中應通過調整水泥型號與密度確保鉆井過程的壓力平衡。常用水泥按照構成材料可劃分為硅酸鹽水泥（P.I）、普通硅酸鹽水泥（P.O）、礦渣硅酸鹽水泥（P.S）、火山灰質硅酸鹽水泥（P.P）、粉煤灰硅酸鹽水泥（P.F）、復合硅酸鹽水泥（P.C）。

具體工藝流程如下：井深3680m，三開至2831m發(fā)生井漏，時間為6月10日，截至19:00共灌入密度1.30g/cm3鉆井液5.5m3，配置堵漏劑（2%坂土漿+4t自適應ZYZD堵漏劑+1t隨鉆SD，加重至1.27g/cm3）。21：00下鉆至2740m，采用鉆井院自適應堵漏材料進行堵漏作業(yè)。至22:30打密度1.27g/cm3自適應堵漏漿18m3，頂替密度1.30g/cm3替漿21m3，期間均不漏失。短期準備進行承壓，11日00:00起鉆至2300m，開始承壓堵漏，共憋擠4.3m3，最高壓力3.3MPa，壓力穩(wěn)不住。等壓力歸零后開回水、開封井器，自03:00開始靜止堵漏，具體流程見圖3。

圖 3 堵漏作業(yè)

3.3 堵漏技術

以某石油鉆井工程為例，礦井深度為1208m，表層的套管下深110m，當進行二次鉆井時礦井深度會下深到480m，這時會發(fā)生20m/h的滲漏問題，如果繼續(xù)鉆井，當礦井深度達到850m時，會長時間出現滲漏現象，導致泥漿堆積，此時需要進行鉆水泥但極易出現卡鉆現象，因此需要使用爆破技術進行松動，并采取擴眼、套管封堵漏層，整個過程持續(xù)35d左右，所造成的經濟財產損失可達50萬元。所以在石油鉆井工程中應開展防漏技術，在根源上杜絕井漏事故的發(fā)生：1）控制鉆井深度與速度，當井漏速度在3m/h左右時，須立刻確定滲漏位置，使鉆頭快速穿過漏層到達漏層底部并保證鉆頭停止位置與漏層底部呈垂直水平方向，隨后緩慢勻速將堵漏劑注入滲漏位置，確保漏層底部均堵漏完成后迅速將鉆頭拔出并關閉鉆井。當井漏速度在3m/h~5m/h時，為避免加重井漏現象，在進行堵漏時，可以采取間歇式注漿方法，每次向漏層底部注入3m堵漏漿，直至漏層底部堵漏完成。2）每根立柱下方的時間應該控制在45s~60s。3）泵時應適當的提升鉆具，當返出的泥漿正常后再使用鉆進排量循環(huán)。4）在起鉆的過程中一定要進行灌漿，進而避免出現井塔和漏層反吐現象。

常用堵漏工藝技術包括高效承壓劑復合堵漏技術、高效承壓復合堵漏技術與水泥相結合工藝技術、物理法隨鉆防漏堵漏技術、復合化學凝膠堵漏技術，學者將主要探討高效承壓劑復合堵漏技術的實際應用。在實際高效承壓劑復合堵漏技術施工中，應根據井漏實際情況，合理制定堵漏工藝，具體情況見表2。

表 2 高效承壓劑復合堵漏參數

在完成堵漏作業(yè)后，為檢測堵漏是否成功，應在堵漏6h后開始大排量循環(huán)作業(yè)，并觀察漏層底部在大排量循環(huán)作業(yè)后是否存在漏點，進而檢測堵漏質量以及判斷是否需要進行二次堵漏。值得注意的是，在高效承壓劑復合堵漏技術施工中，為有效提高堵漏成功概率，應在堵漏作業(yè)中實時觀測立管與套管的壓力變化，從而維持立管與套管壓力穩(wěn)定，保證堵漏質量。

為進一步保證堵漏效果，還可以采用化學凝膠與DF-1材料。化學凝膠的化學形態(tài)較為良好，不僅可以隨意改變形狀，還能夠控制成型時間，從而確保堵漏質量。而DF-1材料在復合化學凝膠堵漏工藝中的主要作用是激發(fā)化學凝膠性能，確?；瘜W凝膠能夠發(fā)揮最大價值效用。在DF-1材料使用中，最好將該材料的濃度控制在2%以下，以防止DF-1材料影響凝膠化學屬性。例如當井漏問題還可以控制時，應在堵漏作業(yè)中緩慢起鉆，進而確保堵漏質量，此外還能夠對其采用泥漿或添加鋸末等材料進行復堵，在復堵施工中應采用憋壓方式。

此外，還應選用高效承壓復合堵漏技術與水泥相結合的工藝技術，從而在大矢量情況下通過清水盲鉆的方式完成堵漏作業(yè)。具體工藝如下：將鉆頭快速下鉆到漏層處，并首先用水泥封堵漏點，其次再用高效承壓劑進行再次封堵，從而在水泥漿與高效承壓劑雙層作用下封堵漏層底部。與此同時，如果在下鉆過程中，鉆穿到表層套管內部，需要立即采用大量清水清洗鉆具，直至水泥漿固化后打開鉆水泥塞。值得注意的是，采用高效承壓復合堵漏技術與水泥相結合工藝技術進行堵漏作業(yè)時，為確保堵漏質量需要準備充足的清水。如果鉆到砂礫巖層出現井漏問題，根據以往經驗，該種井漏程度往往較輕，因此采用物理法隨鉆防漏堵漏就可以完成堵漏作業(yè)。具體工藝如下：超低滲透率泥層的強度與封閉性較高，對鉆井液具有良好的封堵效果，因此，在實際操作中應讓水流在井眼內形成旋轉水流，從而在旋轉水流作用下產生超低滲透率泥層，進而利用超低滲透率泥層對漏層進行封堵。

當井漏問題還可以控制時，應在堵漏作業(yè)中緩慢起鉆，確保堵漏質量，與此同時，還要實時觀察具體情況，如果現場井漏問題較為嚴重，則應快速起鉆，從而根據現場情況采用40m左右橋接堵漏泥漿量進行堵漏，在保證堵漏效果的同時，確保鉆具不會受到損壞。

4 結語

綜上所述，石油是國現代建設的主要資源，其開采工程規(guī)模不斷擴大，為確保石油開采工程質量，工程人員需要不斷完善開采技術。防漏堵漏技術作為預防與治理石油鉆井工程井漏問題的主要工藝，在實際運用中可以采用高效承壓劑復合堵漏技術、高效承壓復合堵漏技術與水泥相結合工藝技術、物理法隨鉆防漏堵漏技術、復合化學凝膠堵漏技術有效防治井漏問題，從而進一步提高石油鉆井工程質量，確保石油資源開采效率。