钻井液漏失及漏失控制研究现状
姓 名： 学 号： 专 业：
摘要：本文就井漏的地层类型、地质因素、漏层位置确定方法、堵漏室内模拟实验装置及评价方法、井漏处理技术以及国内外堵漏材料的研究进展作了综述。明确了漏失发生的三要素，总结了常见的堵漏技术，并认为随着新型功能材料和智能材料的发展，智能材料在各领域中得到越来越多的应用，而多种堵漏材料协同作用于堵漏的思想也将是未来的发展趋势。
关键词：堵漏材料、地层类型、堵漏技术、智能材料、综述
1 前言
近些年来，随着石油资源对我们生活产生的重要性日益加深，我们对石油储藏资源的勘探也进一步加深，这样一来，井漏问题变得越来越突出，所谓井漏主要的漏失液体就是包括钻井液，水泥浆和完井液以及其他工作流体等，井漏是钻井过程中常见的井内出现的复杂情况，在平常大多数钻井过程中都存在着不同程度的漏失[1]。严重的井漏会导致井内压力失衡，影响正常钻井工作进行、引起井壁失稳、诱发地层流体涌入井筒并发生井喷现象，而且可能造成井塌、卡钻、井喷等其他井下复杂情况和重大事故，对钻井工作危害极大，甚至会导致井眼报废，造成巨大的经济损失。据统计，全世界井漏发生率占钻井总数的20%-25%[2]，而井漏的处理是石油钻井中的难点，特别是复杂井漏问题尤为棘手。恶性井漏损失占井漏总损失的50%以上，且堵漏很难成功，因此亟需加强恶性井漏的防治研究[3]。所以说堵漏问题是井下钻井作业人员需要解决的首要问题，也是钻井技术遇到的一大挑战。随着石油科技技术的不断发展，人们在钻井过程中对于堵漏的要求和标准也是逐渐升高，但是在实际的钻井工作中，多样性和未勘测的地层也是无形之中给钻井堵漏带来了难度性很强的工作，所以如何找到切实可行的办法，是解决这个问题的关键点。
在堵漏过程中如果选择了一种性能非常良好的，并且非常适应漏失地层的堵漏材料，那对处理堵漏问题的作用是非常大的[1]。但是现在井漏中应用到的堵漏材料性能都不是很好，首要的因素就是堵漏材料没有很好的膨胀能力，在没有人工作用的时候是不能稳定地停留在漏失地层中；其次，没有良好的堵漏材料变形性，较大的堵漏材料颗粒
第1页 共19页
不能轻易的进入的相对狭小的空间中，所以颗粒无法深入漏层，只能堆积在楼层表面。由于这此缺陷的存在，在进行堵漏工作时往往效果不是很理想，在很多时候进行堵漏后，还是会严重影响钻井生产的顺利进行，无法满足堵漏钻井作业的要求。所以，在加速发展钻井新技术的同时，高度重视各类漏失问题，多学科领域结合，完善预防措施，研发智能型堵漏剂，将钻井新技术的优势最大程度的发挥出来，竭尽全力的剔除不安因素，在钻井技术方面起着非常重要的作用。
2 井漏的地层类型
2.1 粘土岩
在泥岩、页岩和浅层粘土中，一般来讲，泥页岩发生漏失现象可能性是比较小的，但其中如果存在一些比较硬脆且古老的地层的泥页岩时，当地壳发生运动而形成了裂缝和风化作用会形成许多溶孔或其他层间疏松进而形成了漏失通道，发生井漏现象。但在中深部，页岩中存在的裂隙尺度一般比较小，一些较特殊的裂缝强烈发育地层除外，一般情况下不易造成井漏[4]。由于地表和海底粘土的孔隙度较高、成岩率很差、颗粒之间粘结合力差、强度低而容易发生漏失。
2.2 砂、砾岩
对于在浅部未成胶结或胶结能力差的、未能成岩的砂、砾岩[4]，由于不能胶结或胶结能力差，孔隙度较大，孔隙之间的连通性很好，当钻进这种类型的地层时非常容易发生漏失现象；对于中和高渗透的砂、砾岩来说，颗粒间的孔隙是他们主要的漏失通道，当钻井液的密度很高时，极易可能发生漏失；但在深部井段已经成岩作用形成了低孔、低渗的砂砾岩，在一般情况下是很不容易发生井漏的。
2.3 盐岩
碳酸盐岩大部分是由方解石和白云石等这样的碳酸盐矿物质组成的沉积岩[4]。所以碳酸盐岩主要的岩石类型就是石灰岩和白云岩，它内部构成碳酸盐岩的主要漏失通道便是由于在成岩作用时所形成的溶孔和溶洞、地层裂缝。
2
2.4 火成岩和变质岩
在经受构造运动和风化等作用，在熔岩的内部形成了刚刚发育的裂缝，构成了主要的漏失通道。漏失现象主要发生在孔隙和洞穴发育的地层之中[4]。而在构造轴部和高点、断层附近、断层的上盘等等相对裂缝发育，更易容易发生井漏现象。在碳酸盐岩和各种地层的风化壳等地层，由于孔、裂缝发育，发生井漏的频率会极大的高于油孔隙的砂砾岩地层。
综上可以看出，井漏发生时的三个必要条件分别是：（1）在井筒中的工作液压力应大于地层的孔隙和裂缝中流体的压力；（2）地层中应存在漏失的通道和比较大的并且足够容纳一定量液体的空间；（3）其外来的工作液固相颗粒大小应小于漏失通道的开口尺寸。
3 井漏的地质因素
地质矿产很多分布在褶皱构造和断裂构造上，这类构造的地层情况复杂，钻探过程中很容易遇到疏松岩层、溶蚀孔、断裂裂缝、洞穴孔。
3.1 疏松岩层
疏松岩层矿物组分可以分两部分，即砾石和充填物，孔喉结构如图1所示。砾石以石英质岩为主，结构致密坚硬。充填物以砂质和泥质为主，砂质的矿物成分为石英、长石及岩屑。疏松岩层中砾石颗粒一般在30～50mm ，最大达200mm 多，砾石间的接触关系有 3 种方式：线接触、点接触及游离状接触。相应充填物的充填类型也有3种：接触式充填、孔隙式充填及杂乱充填。接触式充填物相对较少，砾石间以少量砂质充填，且可能出现少量的空洞。疏松岩层的孔隙结构如图1，地矿钻探表层时常遇到疏松岩层。
3.2 溶蚀孔
该地层中有机质脱羧基作用产生CO 2和蒙脱石释放的层间水或渗透水进入孔隙形成酸性水，破坏了原孔隙水矿物之间的比学平衡。对砂、砾岩层颗粒和填隙物的易溶组分进行溶解、溶蚀作用，形成次生溶蚀孔。
第3页 共19页
3.3 断层裂缝
在地壳构造运动作用下，地层产生倾斜、褶皱、断裂和岩浆活动，使古老岩石形成构造裂缝，形状可以是曲线形或波浪形的，表面一般比较粗糙，内部有时具有一定的填充物。成岩作用与构造运动是交叉进行的，促进了孔、洞、缝漏失通道的形成、发育，增加了其复杂性，形成裂缝溶孔、裂缝溶洞。
3.4 洞穴孔
洞穴在地矿钻探中并不多见，一般的洞穴高度为零点几米到几米，常分为廊道型、厅堂型、倾斜型、迷宫型等。根据探矿地层漏失的特点，可分为渗透性漏失、中微裂缝性漏失、大裂缝溶洞性漏失和破裂性裂缝漏失[5]。
4 漏层位置确定方法
首先确定漏层的位置是处理井漏的关键。目前，国内外文献介绍的确定漏层位置方法[6]大致归纳为三类：（1）直接观察分析法；（2）水动力学测试法；（3）仪器测定法。
4.1 观察法判断漏层位置
凭经验观察钻进时的反应，可以准确判断天然裂缝、孔隙或洞穴地层一类漏层的位置。例如：在钻开天然裂缝岩层段时，钻井液通常会突然快速漏失，并伴有扭矩增大和蹩跳现象。若以前未曾发生过井漏，此现象便是井漏出现在井底的可靠显示。岩芯资料是最直观的反映地下岩层特征的第一手资料，通过对岩芯的分析研究，可以了解地层的倾角、接触关系、孔隙、裂缝、溶洞及断层的发育情况[7]。在现场钻井液的密度、粘度、含砂量等变化通常也能反映井底的岩石性质。
4.2 水动力学测试方法
前苏联叶利科耶夫推出的正、反循环测试法是利用正循环过程中测量泥浆流出量和相应漏失程度，然后反循环测试，直至达到正循环的漏失程度，测量相应的出井流量，再用公式计算。井漏前后泵压变化测试法确定漏层位置必须准确测量漏失前泥浆排量、泵压和泥浆性能，井漏发生后保持泥浆性能不变，并以相同的排量循环，测出相应的泵
4
压，然后通过相关计算得到。而立压变化测试法利用井漏时立管压力变化来确定漏失层位置[8]。
4.3 仪器测试法
放射性示踪剂测量法是利用含与不含放射性示踪剂的钻井液测出伽玛射线曲线变化，来找出漏层[9]。井温测量法的原理是钻井液在井内受地层温度的影响形成一定的温度梯度。若钻遇漏失层，漏层上方井内具有一定温度的钻井液漏入漏层，而下部钻井液保持较高的温度。当地面温度较低的钻井液打入井内后，立即进行井温测量，其钻井液液柱的地温梯度曲线就会在漏失处出现异常[10]。流量计法是利用钻井液在漏层处的漏失使转子转速加快，通过流量计的流量增大。小型转子流量计用单根电缆下入井内，测出各井深位置的流量变化，流量突然变大处即为漏失处。电阻测量法测量时先将热电阻仪下入井内的预计漏失点，记录电阻值，再把新钻井液泵入井内，泵入后电阻值若有变化，则漏失层在仪器之下；若电阻值不变，则漏层在仪器之上部位。传感器测量法是利用压力换能原理，用传感器测量井内泥浆流速压头变化来判断漏层位置的方法。
5 堵漏室内模拟实验装置及评价方法
随着防漏堵漏工艺技术的进一步发展，室内实验装置作为一种研究和评价的科学手段，越来越受重视。国外早在上世纪60年代初即已研制出适用的堵漏评价实验装置，随着年代的变迁不断改进、完善和普及。国外防漏堵漏室内评价模拟装置较为先进，可以在模拟井底温度及压力等条件下，全尺寸动态模拟防漏堵漏作用效果。到80年代末，已有众多类型和不同功用的堵漏试验设备广泛运用于理论研究和堵漏作业效果评价。我国许多油田及地矿部有关单位从80年代中期开始也相继研制或参照国外经验改进了一批堵漏评价试验装置，运用于实践取得了可喜的成绩。
1993年我国发布实施的SY/T5840-93《钻井液用桥接堵漏材料室内实验方法》，对堵漏剂的堵漏性能作了比较系统的规定。API 堵漏试验装置是最基本的堵漏试验装置。
目前国内常见的堵漏模拟试验大多都是狭缝、弹子床或滚珠、砂床模拟的动态静态堵漏试验，除此之外，部分仪器还能够进行夹持岩芯进行的堵漏试验和堵漏过程模拟试验。各种试验装置不同之处在于温度、压力的控制以及自动化控制程度。例如DL-1、
第5页 共19页
DL-2 型堵漏实验装置、JLX-2动态模拟堵漏装置和HTHP 动态模拟堵漏装置等防漏堵漏评价实验装置。
目前虽然在堵漏试验装置研究取得了一定的成果，但是使用钢珠、砂床以及缝隙板模拟模拟试验，其在岩石物性、孔隙度大小和漏失通道大小等方面存在很大差异，实验误差大、重复性差，而且一些仪器操作相对过于复杂。由于实验装置的多样性和没有相应的标准，各种仪器针对堵漏材料的在不同条件下所作的堵漏模拟试验就没有很好的可比性，无法做出适当的评价。因此，研制用于评价不同堵漏材料及钻井液防漏堵漏效果的仪器很有必要。进而确立统一的评价标准和方法具有重要意义[11]。
6 井漏的处理技术
6.1 漏失测试
漏失测试包括漏层的位置，压力通道的张开度和漏失严重程度的确定。
漏层位置的确定方法[9]有观察法、综合分析法、水动力学分析法，相应的测试仪器主要有温度测试、流量计法等。漏层压力确定的方法主要有水动力学测试法和仪器测试法，仪器主要是回声仪。通道张开度的测试方法主要有水动力学法、井下照相法、井下声波电视装置检测仪等。漏失严重程度的确定一般用水动力学法计算，仪器测试主要有各种液面计和井下压力计。
6.2 常规井漏处理方法
井漏主要有渗透型漏失、裂缝型漏失和孔洞型漏失这三种类型[12]。井漏的处理方法一般包括静止堵漏法，颗粒桥塞堵漏法，用高失水浆液进行堵漏法，暂堵法，用无机胶凝物质去堵漏法，利用复合堵漏技术和强行钻进套管来封隔技术等。
针对不同的类型的井漏都有对其相应的处理方法[13]，因为漏层的特性和井漏的起因都是各不相同。就一般情况来说都有以下几点原则：（1）浅部地层的井漏，在允许的条件情况下，利用注入清水进行强行钻进，再用下套管来封隔漏层，但如果用清水强行进钻的条件不具备，那对于这种情况的最有效率的办法就是利用水泥把漏的地方堵死，以免除后患；（2）产层部位漏失，在选择堵漏剂的时候，必须注意选用可以用来保护油气层作用的；（3）对于因地层的因素而引起井漏，如在钻井过程中遇到天然裂缝和高孔隙、
6
溶洞而发生的井漏时，首先应该利用一些堵漏剂把漏失通道封堵；（4）由于再钻井工程因素引起井漏，可以利用静置起钻、控制下钻的速度、对钻井液性能做改变、排量的降低等办法来处理；（5）如果试压堵漏或者加重钻井液的时候发生了压裂性漏失，地层一旦被压漏一般是不能恢复成原来程度的承压能力[14]，这时候下套管封隔是最好的办法。
6.3 复杂井漏的处理方法
特大洞穴、裂缝地层、多套压力体系地层、又喷又漏的地层、低压地层、水层、调整井的漏失是世界公认的难题，是钻井事故中的灾难性事故[15]。针对这些问题，在现有堵漏技术的基础上，日前又发展了工具堵漏、各种聚合物胶联剂段塞[16]和合成石墨粉堵漏等。
6.3.1 特大洞穴和裂缝漏失
这类一般比较严重的漏失，到目前为止，还没有准确测量溶洞和裂缝大小的方法，其封闭性或连通性也不好确定，并目有些裂缝还与地下暗河相连[17]。处理这类井漏的方法一般用清水强钻套管封隔技术、速凝水泥堵漏技术、井口充砂技术、复合堵漏袋、尼龙袋堵漏工具、投入用水溶性壳体组成的堵漏物质等[16]。
6.3.2 水层漏失
要成功的对水层漏失进行堵漏，必须具备以下条件：堵漏材料不能被稀释、冲散或者冲走，在漏失通道中必须能建立起能承担正负压差的封隔层。一般采用连续灌注或者快速凝固法堵漏。对于高压水层，可用堵漏压井同步法；如果条件允许，也可采用清水强钻法[18]。
6.3.3 又喷又漏层
目前在现场用的处理主要方法有降低压井液的摩擦阻力方法，适用范围是喷漏在同一层或者是喷漏的压力数值相近的地层；而反循环压井，适合于的是下喷上漏并且喷漏在不同层的井；压井速凝堵漏法则一般适用在上漏下喷的井；重晶石塞法普遍适用在喷漏同层的井。
6.3.4 多压力层系井漏
位置和压力是确定主漏层的在多压力层系井漏处理的关键，对于这样的漏失，可以利用循环堵漏法和用水泥浆推进堵漏法等。
第7页 共19页
6.3.5 异常压力地带井漏
对于由于高压差造成的漏失，一个被公认的难题是它的防漏与堵漏技术。而在极低压差的储层中发生的井漏，处理起来的难度就更加的复杂，到目前为止，还没有比较理想的处理方法。
6.3.6 去片层底层漏失
这类地层发生漏失的儿率较大，岩性为泥页岩，强度较弱，或者有裂缝，但孔隙压力又比较高，有时与破裂压力相当，漏失速度一般很大，处理方法一般用泡沫水泥或者聚合物胶联剂段塞。
6.3.7 调整井防漏堵漏技术
关键是要了解生产时对地层的压力影响及影响何种程度，应该重新建立起地层压力的剖面，用来以防为主。一旦漏失，首要问题一定要注意对油气层的保护。
6.3.8 井底清水强钻处理恶性井漏
在进行井底清水强钻的过程中，保持漏层以上井段为钻井液，使钻井液液柱压力平衡漏层压力，并保护井壁，而漏层下部采用清水强钻，并将所钻岩屑带入漏层。清水强钻的关键是保护漏层以上井壁的稳定，防止垮塌[19]。
7堵漏材料国内外研究现状
7.1 国内外常见堵漏材料概述
建筑工程混凝土结构常因为自身的收缩、温差变形、设计缺陷或施工等原因产生裂缝，使混凝土结构产生渗漏；水工工程由于建造时施工技术限制、施工中工程质量控制不好、使用过程中受冻胀和水蚀等自然因素和环境破坏等因素的作用，出现裂缝渗透甚至出现大的孔洞很常见；在煤炭钻探和油井钻探中，由于裂缝、溶穴、溶洞的发育，导致井漏使钻井液返还不高、水泥浆漏失，也常发生孔壁坍塌、水泥浆和滤液进入油气层等事故。科技人员研发了多种堵漏材料并应用于实际工程中[20]。
在我国，早在20世纪60年代就开始应用堵漏材料处理井漏，并开展了一些基础研究工作。几十年来，钻井用堵漏材料的开发和应用得到了较大的发展，并逐步形成了一个较为系统的钻井用堵漏材料体系。总的说来，我国钻井用堵漏材料的发展经历了三个
8
阶段。
第一阶段是见漏就堵阶段。在这个阶段，以采用高粘切钻井液加桥堵材料（锯末、云母、稻草、泥球、砖块等）和打水泥塞等方法为主。由于对漏层性质的认识有限，加之堵漏材料和方法单一，这一时期井漏处理失败的案例较多。
第二阶段是研究开发新型堵漏材料阶段。20世纪80年代是我国钻井防漏堵漏工艺技术的发展时期，各种化学堵漏剂、高失水堵漏剂、混合堵漏稠浆等新型堵漏剂应运而生，为对付各种类型的井漏、提高处理井漏的成功率提供了有效手段。
第三阶段是复合堵漏材料研制阶段。20世纪90年代以来，人们注重了堵漏材料的系列化、规格化和商品化，单一的桥接堵漏材料转化成了复合堵漏剂，提高了堵漏效率；开发出了酸溶性高失水暂堵剂、单向压力封闭剂、酸溶性固化材料等一系列具有产层保护作用的堵漏剂，把钻井防漏堵漏工艺技术推上了一个新的水平。
现阶段虽有各种类型的常规堵漏剂和新型堵漏剂，并在一定程度上取得了较好的应用效果，但适用于处理严重井漏的堵漏剂并不多，而且主要仍限于各种水泥及少部分化学堵漏剂和混合物堵漏剂[1]。以桥接堵漏剂为主的其余大多数堵漏剂，一般只适合作泥浆体系的堵漏添加剂用，而且存在封堵强度低、施工复杂、解堵困难、成本较高等问题。有学者推测，不管未来有多少新型堵漏剂，以水泥为基础的胶凝堵漏剂，仍可能是将来相当长时期内用于处理严重井漏的重要手段。
随着新型功能材料和智能材料的发展，智能材料在各领域中得到越来越多的应用。孟园园、田陆飞等以智能材料-形状记忆合金的应用为背景，对形状记忆合金的工作机理、设计原理、变形规律、驱动特性、组合方式、控制方法等进行了深入细致的研究。通过研究他们认为，可以利用智能材料能感知周围环境变化并能对此做出适当反应的特点，使其与普通的水泥基堵漏材料复合而制备成智能堵漏材料。智能堵漏材料将对钻井防漏堵漏技术的发展产生革命性的推动作用，相关研究单位应尽快重视智能堵漏材料的开发，抓住其应用发展的先机[2]。
另外，堵漏材料的选择必须与漏层的性质相结合，考虑分析具体的漏失情况选定堵漏方案与堵漏材料。钻井防漏堵漏的成功率，直接取决于堵漏材料性能的优劣[21]。然而，性能的优劣不是绝对的，一种堵漏材料往往只适用于某一种或某一类性质的井漏，而对其他类型的井漏就不太适用了。因此，由于地层漏失通道的千变万化和钻井工程对堵漏
第9页 共19页
施工的客观要求，使得堵漏材料体系多种多样。
堵漏材料按照不同的机理和功能主要分为桥接堵漏材料、高失水堵漏材料、暂堵材料、化学堵漏材料、无机胶凝堵漏材料、软硬塞堵漏材料、高温堵漏材料、复合堵漏材料。
7.7.1 桥接堵漏材料
桥接堵漏材料包括各类形状不同、大小各异的单一惰性材料及级配而成的复合材料，具有操作简单、取材方便、不影响钻井液流变性等特点，可减少由孔隙和裂缝造成的部分漏失和失返漏失，如国外的C-SEAL 系列颗粒复合堵漏剂、MAX-BRIDGE 材料等，在中国以果壳、云母、纤维及它们复配的形式为主，各种廉价化工副产品、废弃化工原料也作桥堵材料。其作用原理包括挂阻架桥、堵塞和嵌入、渗滤、拉筋、膨胀堵塞、卡喉等作用。在英国布伦特油田，研制出了一种由涂有表面活性剂和分散剂的玻璃丝纤维组成的新型改性纤维材料[22]，能抗232℃高温，解决了该地区的井漏问题。
7.7.2 高滤失堵漏材料
该材料由渗滤性材料、纤维状材料、硅藻土、多孔惰性材料、助滤剂、增强剂等复合而成，适用于处理渗漏、部分漏失及少量漏失。该材料进入漏失层后，在压差作用下迅速滤失，固相聚集变稠形成滤饼，继而压实堵塞漏失通道，形成高渗透性微孔结构堵塞，钻井液在堵塞面上迅速滤失形成光滑平整的泥饼，严密封堵漏失通道。菲利普斯公司的Diaseal M[23]即为高滤失堵漏材料，如中国的DSL 、Z-DTR 、DTR 、DCM 等都为类似的高滤失堵漏产品。
7.7.3 柔弹性堵漏材料
柔弹性材料具有较好的弹性、一定的可变形性、韧性和化学稳定性。在扩张填充和内部挤紧压实双重作用下，自适应封堵不同形状和尺寸的孔隙或裂缝。LC-LUBE 系列、STEELSEAL 系列、Rebound 等均为弹性石墨材料。这些材料具有双组分碳结构，均有多种规格和广泛的粒度分布，可随着井下压力的改变而扩张和收缩，能滞留在裂缝中形成有效封堵。弹性石墨与碳酸钙或聚合物材料的混合处理[24]能解决相关井漏问题。
由可变形性胶态颗粒组成的可变形性封堵材料[25]，通过在低渗透、小孔喉处和泥岩微裂缝处形成内部架桥来降低孔隙压力的传播，同时还提高外泥饼的质量，其在南德克萨斯油田等得到较好应用。清华大学研制的工程润滑材料柔性石墨[26]具有纯度高、柔韧
10
性好、弹性大等优点，即将其应用于防漏堵漏中。中国石油勘探开发研究院采油所研制的柔性堵剂[27]为以含芳基单体为原料合成的柔性聚合物材料，可任意变形、拉伸韧性强、强度高、封堵效果好，可应用于防漏堵漏中。
7.7.4 聚合物凝胶堵漏材料
聚合物凝胶堵漏材料有以下特点[28-29]：能防止裂缝的压力传播和诱导扩展；固相含量低，不受漏失通道限制，通过挤压变形进入孔隙或裂缝；有强黏滞阻力和抗剪切稀释能力；与惰性桥堵剂复配效果好；交联凝胶形成后表现出很好的黏弹性、柔软性和韧性。凝胶材料分为交联的聚合物和不需交联的具有特殊结构的聚合物材料，也可与其它材料混合使用。
M-I 公司研制的交联桥塞[30]有三代产品。①FORM-A-PLUG 由交联聚合物、交联剂和纤维状堵漏材料组成，在阿尔及利亚沙漠钻井井漏中用FORM-A-PLUG 处理，钻完桥塞后完全恢复循环，没有发生井漏。②FORM-A-SETAK 增加了聚合物和较小纤维材料，比前一种更坚固，得克萨斯州中部陆上一口井的裂缝性灰岩井漏事故中应用后没有发生漏失，且井眼保持稳定。③FORM-A-SETAKX 用粗碳酸钙代替纤维素，降低了储层损害，且比前2种更易深入渗透性地层或断层，较好地解决了得克萨斯州东部一口井在井深1619m 处遇到的低、中渗透性砂岩水侵问题。
西南石油大学研制的ZND 特种凝胶[31]不需要交联，在水溶液中，大分子链通过分子间相互作用自发地聚集，进入漏层后自动停止流动，充满裂缝、溶洞空间，形成能隔断地层内部流体与井筒流体的凝胶段塞，该凝胶在四川、长庆及吐哈油田得到了较好的应用。另外，其它凝胶材料的报道也很多，如聚丙烯酰胺交联凝胶与无机碱金属盐的混合物[32]、复合纳米级有机/无机凝胶[33]、交联型聚合物PCP 凝胶[34]等，均较好地解决了相关井漏问题。
7.7.5 水泥浆堵漏材料
该材料包括水泥、石膏、石灰、硅酸盐类等混合浆液，以水泥为主，通过添加各种水泥浆处理剂和改善灌注工艺来提高封堵效果，其承压能力强，用来对付严重漏失层效果显著，但容易被水稀释冲走。水泥浆泵送至井下漏层中一定时间后，水泥浆稠化凝固形成具有相当强度的固状体而与地层胶结为一体，达到封堵漏层的目的。纤维水泥浆通过在其中加入一种分散效果好的特种纤维形成。在印度尼西亚中苏门答腊盆地的Duri
第11页 共19页
油田[35]，钻穿一段长161.85m 的地层时发生完全漏失，泵入4.77m 3密度为1.68g/cm3的纤维水泥浆后，井口立即返出该纤维水泥浆还解决了中东地区UER 和Simsima [36]高含水碳酸盐岩地层长期存在的漏失问题。
交联水泥[37]是将水泥和压裂液混在一起作为随钻钻井液，替入井下后可迅速凝固。阿根廷东北盆地的一口油井在井深119.5m 处下完表层套管后吗，发生了严重的井漏事故，用交联水泥解决了该问题。其它各种水泥浆材料也很多，且常与桥堵材料复配使用，如硅酸盐水玻璃类抗温材料[38]、MTC 水泥浆[39]、泡沫水泥等，均有较好的应用。
7.7.6 膨胀性堵漏材料
国外如Poly Block为特定颗粒材料与不同尺寸结晶状聚合物的混合体，水化后大幅膨胀，几小时内就能封堵非常严重的大漏失。在埃及尼罗河三角洲地区[40]钻井时出现了大量的漏失，将不同粒径的颗粒材料、合成聚合物及水混合打入井下产生膨胀作用，解决了井漏问题。中国如溶胀性丙烯酰胺丙烯腈共聚树脂、丙烯酸-丙烯酸钠共聚高分子吸水膨胀树脂等膨胀性堵漏材料。膨胀性堵漏材料在川东北地区双庙101井[41]、彩南油田的C2872井[42]、金鸡1井[43]等钻井堵漏施工中均得到较好的应用。
7.2 国内堵漏材料研究现状
目前堵漏材料的种类繁多，可以根据不同的实际施工条件、不同的地质条件、环境情况选择不同性能的堵漏材料。针对不同堵漏材料的性能和价格优势目前应用最多的是无机非金属堵漏材料，其中包括各种特种水泥、混合水泥稠浆等。近几年来，国内外许多科研工作者和机构在研制水泥新品种[44-45]、水泥外加剂和改善灌浆工艺等方面做了大量的研究工作，在提高水泥浆体的流动性、可泵性，缩短凝结时间，提高水泥石的早期强度和稳定性等方面取得了很大的进展。特别是各种膨胀水泥、触变性水泥、快干水泥的研制成功以及各种高效的水泥缓凝剂、速凝剂等[46-48]的出现，保证了水泥在复杂环境条件下使用的安全性，拓宽了水泥的使用范围，为提高水泥基堵漏材料堵漏的成功率奠定了良好的基础。另外，在漏失地层实施堵漏防漏作业时，通过向水泥浆中添加不同性能的纤维来提高水泥浆的常规性能，使其具有防漏堵漏的双重功效，能够使水泥石的韧性大幅度提高[36、46、49]。很多科学研究者也将水泥与其它的材料进行复合得到了复合型堵漏材料，并在实际堵漏防漏中表现了良好的适应性和封堵能力。吴修宾等人[50]研制了
12
无机凝胶堵漏剂SDR-2；张子平[51]用焦炭、锯木面、天然麻纤维等惰性材料与水泥复合制得了复合型堵漏材料；邓亚军等人[52]研究了丙烯酸盐类灌浆材料的性能，研究结果表明：丙烯酸盐与水泥浆混合后能够在瞬间产生凝胶，产生的凝胶体具有很强的粘结强度和抗压强度，这也就是以聚合物/无机胶凝物质为基础的堵漏材料。
在油井钻探过程中经常会发生恶性漏失，由于传统的堵漏材料堵漏强度低、在裂缝中的流动阻力小、易被流体冲走，不能很好的及时封堵，其堵漏效果差，而且耗费大量的堵漏材料，将交联聚合物堵漏剂注入到漏失层以后，该交联聚合物发生效应，能够有效解决恶性漏失。这种类型堵漏剂的重点是对纤维材料表面进行化学改性以及开发各种高分子聚合物、胶乳、水溶性树脂等固化后具有粘弹性的基础物质，并且使这几类物质彼此间的配合使用。单纯的聚合物凝胶力学强度相对而言是比较低的，然而新型复合多功能凝胶的力学强度则是相对较高的，其能够有效解决井下地层漏失。在制备聚合物凝胶堵漏材料的过程中经常选用交联剂（三价铬、酚醛）[53]、成胶剂（聚丙烯酰胺），通过改变成胶剂的掺量、分子量和交联剂的类型来研究聚合物凝胶堵漏材料的性能；聚丙烯酰胺也可以用来作为无固相冲洗液，其与岩粉加入到泥浆池中搅拌均匀后注入，一段时间后钻井液返水量逐渐增大至基本不漏失；聚丙烯酰胺与锯末、水搅拌成糊状后注入，操作简便，且堵漏效果良好。根据不同的堵漏程度，可以在不同的漏失深度选择不同性能的堵漏剂[54]。超强吸水树脂是应用最多的聚合物堵漏材料，当超强吸水树脂输送到漏失层后，超强吸水树脂通过吸水膨胀并且在内部压差作用下进入漏失孔道，堵塞漏失层，从而阻止钻井液漏入钻井裂缝中[55]。吸水树脂进入到漏失孔道后，通过架桥、不断被压实、继续吸水膨胀、压差下填塞，从而达到最终堵漏的目的[43]；利用聚合物的膨胀这一机理来封堵漏失层的堵漏材料还有聚氨酯类[56]，这类堵漏剂的工作原理是：通过自身的化学反应使浆液发泡而膨胀使固体体积增加，从而产生较大的膨胀应力，使浆液能够四处扩散，而剩余的异氰酸基和胺反应形成脲键，互相交叉连接，形成网络状结构的大分子凝胶体，能够堵塞在各种细小的孔道内部，达到堵漏效果；新型多功能凝胶复合堵漏材料[28、57]能够有效地应对失返、大漏失量、溶洞性地层漏失、返出量太小的裂缝性。这种类型的堵漏材料能够在可控时间内在漏失层形成切力、弹性、粘度和静结构足够大的凝胶段塞，由于形成的凝胶段塞具有很强的粘附能力和长度，最终能够形成足以抵抗外来力破坏的极高流动阻力，从而成功堵住漏层。
第13页 共19页
除此之外，还有些学者研究了一些其它的堵漏材料，滕子军等人[58]通过引进国外的高膨胀液体材料，结合自己特殊的工艺处理，对钻孔周围一定范围内的裂缝、破碎带、溶洞进行一系列安全快速的充填、封堵、加固，成功解决了井漏事故；孙剑等人[59]利用沥青和石英砂，经过特定的制备工艺，研制出了一种兼具刚性和变形性、化学惰性的颗粒状复合堵漏材料材料XFD-1。随着环境温度的升高，该堵漏材料发生弹性变形，使漏层的渗透性进一步降低，直至把漏失层成功堵住；赵仁明等人[60]以表面活性剂、膨润土和沥青为原料，采用适当的试验工艺与技术研制而成ABD-1复合型堵漏材料，该复合型堵漏材料能够随着渗流扩散到各个渗流通道，而膏状体可在渗流通道的表面得以凝聚黏附，从而阻止了水流的通过；王绪友等人[61]将水与特定的固体粉料按一定的比例混合均匀，发泡成为发泡充填材料，混合液能够按照配比时间凝固（此凝固时间可以根据配比调节），起到充填或者是密闭堵漏的目的。孟园园[62]首次提出了水泥基智能堵漏材料的模型，并且在硕士毕业论文中做了大量的基础研究，主要包括：形状记忆合金的选择和大粒径智能堵漏材料的制备工艺。目前，这方面的研究只限于填充物是膨润土的情况，还没有制备出不同粒径的堵漏材料，在测试方面只做了室内堵漏模拟和响应速度的测试，并没有对其他的性能做进一步的研究。
7.3 国外堵漏材料研究现状
国外对钻井过程中遇到的井漏和堵漏材料的作用机理研究比较早，其中美国是最早使用堵漏材料解决钻井过程中井漏问题的国家。从四十年代开始，美国就利用植物的茎、果实、工业废弃料和天然矿物作为解决钻井漏失的堵漏材料。从六十年代就开始研究化学堵漏材料，并将其应用于实际的油井堵漏中。苏联起步比较晚，但是现在也已大量应用堵漏材料来解决钻井中遇到的漏失问题。国外在解决钻井漏失问题时采用的堵漏材料主要是使用粘土、水泥和普通堵漏混合物，如云母、锯木、核桃壳等。国外经过几十年的科学研究和技术改进，已经开发应用了多种常规的堵漏材料和新型堵漏材料。先后应用天然植物、天然矿物、化学堵漏剂对不同的漏失层堵漏。特别是前苏联开发了丙烯类聚合物堵漏剂系列，以酚醛树脂、脲醛树脂等为基础的堵漏剂系列，低聚有机硅氧烷，聚乙烯醇水溶液等与纤维填料组成的各具特殊性能的堵漏剂[63]。近几年来国外又开发了封包烯烃堵漏剂、封包石灰堵漏剂、热溶橡胶堵漏剂、膨胀团粒堵漏剂、吸水聚合物堵
14
漏剂等堵漏材料。美国钻井液实验室对现有常规堵漏剂进行大量关于合理应用的研究，提出了一些具有参考价值的结论[64]：钻井液能够产生独特的流变性和提高微泡的韧性是由于聚合物的作用，而粘土和聚合物能使新型微泡钻井液体系达到理想的流变性和稳定微泡。
8 结论
（1）井漏发生时的三个必要条件分别是：在井筒中的工作液压力应大于地层的孔隙和裂缝中流体的压力；地层中应存在漏失的通道和比较大的并且足够容纳一定量液体的空间；其外来的工作液固相颗粒大小应小于漏失通道的开口尺寸。
（2）现场处理井漏的技术主要有静止堵漏、桥接堵漏、高失水浆液堵漏、化学堵漏、无机凝胶堵漏、软硬塞堵漏、复合堵漏等方法。其中，桥接堵漏由于经济实惠，使用方便，施工安全，现场普遍使用此方法。
（3）随着新型功能材料和智能材料的发展，智能材料在各领域中得到越来越多的应用，而多种堵漏材料协同作用于堵漏的思想也将是未来的发展趋势。
第15页 共19页
参考文献
[1]. 张军．论体膨型泥浆堵漏剂的合成及其应用[J]．现代商贸工业，2010，22（21）：
376．
[2]. Fidan E，Babadagli T，Kuru E．Use of cement as lost circulation material-field case
studies[R]．IADC/SPE 88005，2004．
[3]. 汪海阁，郑新权．中石油深井钻井技术现状与面临的挑战[J]．石油钻采工艺，2005，
27（2）：4-8．
[4]. 林英松，蒋金宝，秦涛．井漏处理技术的研究及发展[J]．断块油气田，2005，12
（2）：4-7．
[5]. 毛洪江．地质钻探中的井漏及堵漏材料研究[J]．西北地质，2010，43（3）：141-146.
[6]. 张东海．确定漏失层位置的十种方法[J]．石油钻采工艺，1994，16（1）：95-96．
[7]. 卢健．克拉苏地区高密度抗盐抗钙防漏堵漏钻井液技术研究[D]．西安石油大学，
2006．
[8]. 吴钊，彭正洲．调整井井漏分析及治理[J]．江汉石油科技，2003，13（2）：49-52．
[9]. 孙传友，王莉．漏层位置的仪器测定法[J]．石油仪器，1999，13（4）：21-24．
[10]. 吕开河．钻井工程中井漏预防与堵漏技术研究与应用[D]．中国石油大学（华东），
2007．
[11]. 黄寒静．国内外钻井堵漏发展现状[J]．科协论坛，2009，9（2）：4-5．
[12]. 沈飞，周大林，万明全．井漏分析及处理技术的对策研究[J]．内江科技，2008，
25（3）：109．
[13]. 陈娟．无机防水堵漏材料的试验研究[J]．中国建筑防水，2006（6）：16-17．
[14]. Helio Santos．No-damage drilling: How to achieve this challenging goal．IADC/SPE
77189，2002．
[15]. 徐同台等．钻井工程防漏堵漏技术[M]．石油工程出版社，北京：石油工业出版社，
1997．
[16]. 屈东升，曾尚华，曾庆旭．严重漏失无返型井漏的分析与治理[J]．石油钻采工艺，
2001，24（4）：18-20．
[17]. 刘永峰．堵漏模拟装置研究[D]．西安石油大学，2006．
[18]. David Power．The top 10 lost circulation in deepwater drilling．SPE 81133，2003．
[19]. 肖检波，晏凌．井底清水强钻处理恶性井漏的方法．钻采工艺，2000，23（4）：
96-97．
[20]. 田陆飞，王琦，刘振，等．钻井用堵漏材料研究进展[J]．中国建筑防水，2010，
16
25（6）：1-5．
[21]. 郑新权，汪海阁．中国石油钻井技术现状及需求[J]．石油钻采工艺，2003，25（2）：
1-4．
[22]. Shuttleworth Ni，Frederiks K，Van Derplas K．An innovative inert material to cure the
losses in the brent depleted reservoirs-North Sea Case histories [J]．SPE 100934．
[23]. Elmer E C ．Method using lost circulation material for sealing permeable formations
[P]．United States Patent 4369844，1981．
[24]. Donald L， Whitfill, Hemphill T． All lost circulation materials and systems are not
created equal[J]．SPE 84319．
[25]. Benaissa S，Bachelot A，Ong S．Preventing mud losses and differential sticking by
altering effective stress of depleted sands[J]．SPE 103816．
[26]. 张琰，刘艳．弹性石墨在钻井液中的应用研究[J]．天然气工业，2003，23（1）：
42-44．
[27]. 朱怀江，王平美，刘强，等．一种适用于高温高盐油藏的柔性堵剂[J]．石油勘探
与开发，2007，34（2）：230-233．
[28]. 聂勋勇，王平全，张新民．聚合物凝胶堵漏技术研究进展[J]．钻井液与完井液，
2007，24（1）：83-84．
[29]. Horton ，Prasek ．Ivan. Prevention and treatment of lost circulation with crosslinked
polymer material [P]．United States patent 7098172，2003．
[30]. Bruton ，Ivan ，Heinz ．Lost circulation control: Evolving techniques and strategies to
reduce downhole mud losses[J]．SPE 67735．
[31]. 张新民，聂勋勇，王平全，等．特种凝胶在钻井堵漏中的应用[J]．钻井液与完井
液，2007，24（5）：83-84．
[32]. Suyan K M，Dasgupta D，Sanyal D．Managing total circulation losses with crossflow
while drilling: Case history of practical soloution [J]．SPE 109898．
[33]. Lecolier E，Herzhaft B ，Rousseau L ．Development of a nanocomposite gel for lost
circulation treatment[J]．SPE 94686．
[34]. Catalin D，Ivan ，James R．Making a case for rethinking lost circulation treatment in
induced fractures[J]．SPE 77353．
[35]. Romero S N，Monroy R R，Johnson C．Preventing lost circulation using lightweight
slurries with reticular systems: Depleted reservoir reservoirs in southern Mexico[J]．SPE 92187．
[36]. El-hassan ，Raafat Abbas，Haithham Jarouj．Using a novel fiber cement system to control
lost circulation[J]．SPE/IADC 85324．
第17页 共19页
[37]. Mata F，Veiga M．Crosslinked cements solve lost circulation problem[J]．SPE 90496．
[38]. Bauer S ，Gronewald P ，Laboratories N S ．High temperature plug formation with
silicates[J]．SPE 92339．
[39]. Song Mingquan ，Wang Wenli ，Ma Kaihua ．Slag MTC techniques solve cementing
problems in complex wells[J]．SPE 64758．
[40]. Mahmoud EI-Sayed ，Ahmad Ezz ，Moataz Aziz ．Successes in curing massive
lost-circulation problems with a new expansive LCM[J]．SPE 108290．
[41]. 刘四海，崔庆东，李卫国．川东北地区井漏特点及承压堵漏技术难度与对策[J]．石
油钻探技术，2008，36（03）：22-23．
[42]. 张歧安，徐先国，董维．延迟膨胀颗粒堵漏剂的研究与应用[J]．钻井液与完井液，
2006，23（02）：21-24．
[43]. 狄丽丽，张智，段明．超强吸水树脂堵漏性能研究[J]．石油钻探技术，2007，35
（03）：33-35．
[44]. 殷庆立，Loris Amathieu，胡冲，等．铝酸盐水泥在堵漏剂中的应用[J]．新型建筑
材料，2009，24（2）：78-80．
[45]. 步云鹏，姚晓，李华，等．特征快凝早强水泥固低温浅井油层技术[J]．石油钻采
工艺，2005，27（6）：37-39．
[46]. 余婷婷，邓建民，李建，等．高密度纤维堵漏水泥浆的实验研究[J]．钻井液与完
井液，2008，25（2）：40-42．
[47]. 贾应林，杨启华，邓建民，等．堵漏低密度水泥浆的室内研究[J]．钻采工艺，2008，
32（1）：87-88．
[48]. 李爱民，隆威．轻质速凝堵漏注浆材料试验研究[J]．混凝土，2003，162（4）：33-34．
[49]. 谷穗，乌效鸣，蔡记华．纤维水泥浆堵漏实验研究[J]．探矿工程，2009，36（4）：
4-6．
[50]. 吴修宾，马文英，王福印．复合型高强度堵漏技术的研究与应用[J]．钻井液与完
井液，2002，19（6）：101-103．
[51]. 张子平．惰性材料与水泥堵漏技术[J]．西部探矿工程，2002，增刊（001）：268．
[52]. 郑亚平，成红军．大渗量高流速渗漏的灌浆堵漏技术[J]．中国建筑防水，2004（6）：
36-38．
[53]. 罗兴树，蒲晓林，黄岩，等．堵漏型聚合物凝胶材料研究与评价[J]．钻井液与完
井液，2006，23（2）：28-32．
[54]. 高明书．聚丙烯酰胺-岩粉、锯末交联堵漏[J]．西部探矿工程，2009，25（2）：48-49．
[55]. Fang C C，Thaemlitz C．New ospar-compliant technologies for managing drilling-fluid
lost-circulation events[R]．SPE 94434，2005．
18
[56]. 李东川．聚氨脂化学注浆在堵漏中的应用[J]．四川建筑，2003，23（S1）：259-260．
[57]. 汪建军，李艳，刘强，等．新型多功能复合凝胶堵漏性能评价[J]．天然气工业，
2005，25（9）：101-103．
[58]. 滕子军，赵善友．液体高膨胀材料充填堵漏试验应用[J]．探矿工程，2005（9）：
49-51．
[59]. 孙剑，崔茂荣，陈浩，等．新型复合堵漏材料的研制[J]．西南石油大学学报，2007，
29（S2）：133-135．
[60]. 赵仁明，孙平贺，何中导．沥青堵漏钻井液体系的研制与初步应用[J]．探矿工程，
2009，36（3）：26-28．
[61]. 王绪友，孟警战，谢华东．瑞米发泡材料在矿井充填堵漏风中的应用[J]．山东煤
炭科技，2007（4）：20-21．
[62]. 孟园园．水泥基智能堵漏材料的制备与性能研究[D]．济南大学，2009．
[63]. Luis C，Fernandez ，Hector Zegarra．Characterization and Surfactant-Enhanced washing
treatability of drilling fluids stored for more than 20 years[J]．J SurfactDeterg，2008，32（11）307-314．
[64]. 赵忠举，徐同台，卢淑芹．2004年国外钻井液技术的新进展（Ⅱ）[J]．钻井液与
完井液，2005，22（5）60-67．
第19页 共19页
钻井液漏失及漏失控制研究现状
姓 名： 学 号： 专 业：
摘要：本文就井漏的地层类型、地质因素、漏层位置确定方法、堵漏室内模拟实验装置及评价方法、井漏处理技术以及国内外堵漏材料的研究进展作了综述。明确了漏失发生的三要素，总结了常见的堵漏技术，并认为随着新型功能材料和智能材料的发展，智能材料在各领域中得到越来越多的应用，而多种堵漏材料协同作用于堵漏的思想也将是未来的发展趋势。
关键词：堵漏材料、地层类型、堵漏技术、智能材料、综述
1 前言
近些年来，随着石油资源对我们生活产生的重要性日益加深，我们对石油储藏资源的勘探也进一步加深，这样一来，井漏问题变得越来越突出，所谓井漏主要的漏失液体就是包括钻井液，水泥浆和完井液以及其他工作流体等，井漏是钻井过程中常见的井内出现的复杂情况，在平常大多数钻井过程中都存在着不同程度的漏失[1]。严重的井漏会导致井内压力失衡，影响正常钻井工作进行、引起井壁失稳、诱发地层流体涌入井筒并发生井喷现象，而且可能造成井塌、卡钻、井喷等其他井下复杂情况和重大事故，对钻井工作危害极大，甚至会导致井眼报废，造成巨大的经济损失。据统计，全世界井漏发生率占钻井总数的20%-25%[2]，而井漏的处理是石油钻井中的难点，特别是复杂井漏问题尤为棘手。恶性井漏损失占井漏总损失的50%以上，且堵漏很难成功，因此亟需加强恶性井漏的防治研究[3]。所以说堵漏问题是井下钻井作业人员需要解决的首要问题，也是钻井技术遇到的一大挑战。随着石油科技技术的不断发展，人们在钻井过程中对于堵漏的要求和标准也是逐渐升高，但是在实际的钻井工作中，多样性和未勘测的地层也是无形之中给钻井堵漏带来了难度性很强的工作，所以如何找到切实可行的办法，是解决这个问题的关键点。
在堵漏过程中如果选择了一种性能非常良好的，并且非常适应漏失地层的堵漏材料，那对处理堵漏问题的作用是非常大的[1]。但是现在井漏中应用到的堵漏材料性能都不是很好，首要的因素就是堵漏材料没有很好的膨胀能力，在没有人工作用的时候是不能稳定地停留在漏失地层中；其次，没有良好的堵漏材料变形性，较大的堵漏材料颗粒
第1页 共19页
不能轻易的进入的相对狭小的空间中，所以颗粒无法深入漏层，只能堆积在楼层表面。由于这此缺陷的存在，在进行堵漏工作时往往效果不是很理想，在很多时候进行堵漏后，还是会严重影响钻井生产的顺利进行，无法满足堵漏钻井作业的要求。所以，在加速发展钻井新技术的同时，高度重视各类漏失问题，多学科领域结合，完善预防措施，研发智能型堵漏剂，将钻井新技术的优势最大程度的发挥出来，竭尽全力的剔除不安因素，在钻井技术方面起着非常重要的作用。
2 井漏的地层类型
2.1 粘土岩
在泥岩、页岩和浅层粘土中，一般来讲，泥页岩发生漏失现象可能性是比较小的，但其中如果存在一些比较硬脆且古老的地层的泥页岩时，当地壳发生运动而形成了裂缝和风化作用会形成许多溶孔或其他层间疏松进而形成了漏失通道，发生井漏现象。但在中深部，页岩中存在的裂隙尺度一般比较小，一些较特殊的裂缝强烈发育地层除外，一般情况下不易造成井漏[4]。由于地表和海底粘土的孔隙度较高、成岩率很差、颗粒之间粘结合力差、强度低而容易发生漏失。
2.2 砂、砾岩
对于在浅部未成胶结或胶结能力差的、未能成岩的砂、砾岩[4]，由于不能胶结或胶结能力差，孔隙度较大，孔隙之间的连通性很好，当钻进这种类型的地层时非常容易发生漏失现象；对于中和高渗透的砂、砾岩来说，颗粒间的孔隙是他们主要的漏失通道，当钻井液的密度很高时，极易可能发生漏失；但在深部井段已经成岩作用形成了低孔、低渗的砂砾岩，在一般情况下是很不容易发生井漏的。
2.3 盐岩
碳酸盐岩大部分是由方解石和白云石等这样的碳酸盐矿物质组成的沉积岩[4]。所以碳酸盐岩主要的岩石类型就是石灰岩和白云岩，它内部构成碳酸盐岩的主要漏失通道便是由于在成岩作用时所形成的溶孔和溶洞、地层裂缝。
2
2.4 火成岩和变质岩
在经受构造运动和风化等作用，在熔岩的内部形成了刚刚发育的裂缝，构成了主要的漏失通道。漏失现象主要发生在孔隙和洞穴发育的地层之中[4]。而在构造轴部和高点、断层附近、断层的上盘等等相对裂缝发育，更易容易发生井漏现象。在碳酸盐岩和各种地层的风化壳等地层，由于孔、裂缝发育，发生井漏的频率会极大的高于油孔隙的砂砾岩地层。
综上可以看出，井漏发生时的三个必要条件分别是：（1）在井筒中的工作液压力应大于地层的孔隙和裂缝中流体的压力；（2）地层中应存在漏失的通道和比较大的并且足够容纳一定量液体的空间；（3）其外来的工作液固相颗粒大小应小于漏失通道的开口尺寸。
3 井漏的地质因素
地质矿产很多分布在褶皱构造和断裂构造上，这类构造的地层情况复杂，钻探过程中很容易遇到疏松岩层、溶蚀孔、断裂裂缝、洞穴孔。
3.1 疏松岩层
疏松岩层矿物组分可以分两部分，即砾石和充填物，孔喉结构如图1所示。砾石以石英质岩为主，结构致密坚硬。充填物以砂质和泥质为主，砂质的矿物成分为石英、长石及岩屑。疏松岩层中砾石颗粒一般在30～50mm ，最大达200mm 多，砾石间的接触关系有 3 种方式：线接触、点接触及游离状接触。相应充填物的充填类型也有3种：接触式充填、孔隙式充填及杂乱充填。接触式充填物相对较少，砾石间以少量砂质充填，且可能出现少量的空洞。疏松岩层的孔隙结构如图1，地矿钻探表层时常遇到疏松岩层。
3.2 溶蚀孔
该地层中有机质脱羧基作用产生CO 2和蒙脱石释放的层间水或渗透水进入孔隙形成酸性水，破坏了原孔隙水矿物之间的比学平衡。对砂、砾岩层颗粒和填隙物的易溶组分进行溶解、溶蚀作用，形成次生溶蚀孔。
第3页 共19页
3.3 断层裂缝
在地壳构造运动作用下，地层产生倾斜、褶皱、断裂和岩浆活动，使古老岩石形成构造裂缝，形状可以是曲线形或波浪形的，表面一般比较粗糙，内部有时具有一定的填充物。成岩作用与构造运动是交叉进行的，促进了孔、洞、缝漏失通道的形成、发育，增加了其复杂性，形成裂缝溶孔、裂缝溶洞。
3.4 洞穴孔
洞穴在地矿钻探中并不多见，一般的洞穴高度为零点几米到几米，常分为廊道型、厅堂型、倾斜型、迷宫型等。根据探矿地层漏失的特点，可分为渗透性漏失、中微裂缝性漏失、大裂缝溶洞性漏失和破裂性裂缝漏失[5]。
4 漏层位置确定方法
首先确定漏层的位置是处理井漏的关键。目前，国内外文献介绍的确定漏层位置方法[6]大致归纳为三类：（1）直接观察分析法；（2）水动力学测试法；（3）仪器测定法。
4.1 观察法判断漏层位置
凭经验观察钻进时的反应，可以准确判断天然裂缝、孔隙或洞穴地层一类漏层的位置。例如：在钻开天然裂缝岩层段时，钻井液通常会突然快速漏失，并伴有扭矩增大和蹩跳现象。若以前未曾发生过井漏，此现象便是井漏出现在井底的可靠显示。岩芯资料是最直观的反映地下岩层特征的第一手资料，通过对岩芯的分析研究，可以了解地层的倾角、接触关系、孔隙、裂缝、溶洞及断层的发育情况[7]。在现场钻井液的密度、粘度、含砂量等变化通常也能反映井底的岩石性质。
4.2 水动力学测试方法
前苏联叶利科耶夫推出的正、反循环测试法是利用正循环过程中测量泥浆流出量和相应漏失程度，然后反循环测试，直至达到正循环的漏失程度，测量相应的出井流量，再用公式计算。井漏前后泵压变化测试法确定漏层位置必须准确测量漏失前泥浆排量、泵压和泥浆性能，井漏发生后保持泥浆性能不变，并以相同的排量循环，测出相应的泵
4
压，然后通过相关计算得到。而立压变化测试法利用井漏时立管压力变化来确定漏失层位置[8]。
4.3 仪器测试法
放射性示踪剂测量法是利用含与不含放射性示踪剂的钻井液测出伽玛射线曲线变化，来找出漏层[9]。井温测量法的原理是钻井液在井内受地层温度的影响形成一定的温度梯度。若钻遇漏失层，漏层上方井内具有一定温度的钻井液漏入漏层，而下部钻井液保持较高的温度。当地面温度较低的钻井液打入井内后，立即进行井温测量，其钻井液液柱的地温梯度曲线就会在漏失处出现异常[10]。流量计法是利用钻井液在漏层处的漏失使转子转速加快，通过流量计的流量增大。小型转子流量计用单根电缆下入井内，测出各井深位置的流量变化，流量突然变大处即为漏失处。电阻测量法测量时先将热电阻仪下入井内的预计漏失点，记录电阻值，再把新钻井液泵入井内，泵入后电阻值若有变化，则漏失层在仪器之下；若电阻值不变，则漏层在仪器之上部位。传感器测量法是利用压力换能原理，用传感器测量井内泥浆流速压头变化来判断漏层位置的方法。
5 堵漏室内模拟实验装置及评价方法
随着防漏堵漏工艺技术的进一步发展，室内实验装置作为一种研究和评价的科学手段，越来越受重视。国外早在上世纪60年代初即已研制出适用的堵漏评价实验装置，随着年代的变迁不断改进、完善和普及。国外防漏堵漏室内评价模拟装置较为先进，可以在模拟井底温度及压力等条件下，全尺寸动态模拟防漏堵漏作用效果。到80年代末，已有众多类型和不同功用的堵漏试验设备广泛运用于理论研究和堵漏作业效果评价。我国许多油田及地矿部有关单位从80年代中期开始也相继研制或参照国外经验改进了一批堵漏评价试验装置，运用于实践取得了可喜的成绩。
1993年我国发布实施的SY/T5840-93《钻井液用桥接堵漏材料室内实验方法》，对堵漏剂的堵漏性能作了比较系统的规定。API 堵漏试验装置是最基本的堵漏试验装置。
目前国内常见的堵漏模拟试验大多都是狭缝、弹子床或滚珠、砂床模拟的动态静态堵漏试验，除此之外，部分仪器还能够进行夹持岩芯进行的堵漏试验和堵漏过程模拟试验。各种试验装置不同之处在于温度、压力的控制以及自动化控制程度。例如DL-1、
第5页 共19页
DL-2 型堵漏实验装置、JLX-2动态模拟堵漏装置和HTHP 动态模拟堵漏装置等防漏堵漏评价实验装置。
目前虽然在堵漏试验装置研究取得了一定的成果，但是使用钢珠、砂床以及缝隙板模拟模拟试验，其在岩石物性、孔隙度大小和漏失通道大小等方面存在很大差异，实验误差大、重复性差，而且一些仪器操作相对过于复杂。由于实验装置的多样性和没有相应的标准，各种仪器针对堵漏材料的在不同条件下所作的堵漏模拟试验就没有很好的可比性，无法做出适当的评价。因此，研制用于评价不同堵漏材料及钻井液防漏堵漏效果的仪器很有必要。进而确立统一的评价标准和方法具有重要意义[11]。
6 井漏的处理技术
6.1 漏失测试
漏失测试包括漏层的位置，压力通道的张开度和漏失严重程度的确定。
漏层位置的确定方法[9]有观察法、综合分析法、水动力学分析法，相应的测试仪器主要有温度测试、流量计法等。漏层压力确定的方法主要有水动力学测试法和仪器测试法，仪器主要是回声仪。通道张开度的测试方法主要有水动力学法、井下照相法、井下声波电视装置检测仪等。漏失严重程度的确定一般用水动力学法计算，仪器测试主要有各种液面计和井下压力计。
6.2 常规井漏处理方法
井漏主要有渗透型漏失、裂缝型漏失和孔洞型漏失这三种类型[12]。井漏的处理方法一般包括静止堵漏法，颗粒桥塞堵漏法，用高失水浆液进行堵漏法，暂堵法，用无机胶凝物质去堵漏法，利用复合堵漏技术和强行钻进套管来封隔技术等。
针对不同的类型的井漏都有对其相应的处理方法[13]，因为漏层的特性和井漏的起因都是各不相同。就一般情况来说都有以下几点原则：（1）浅部地层的井漏，在允许的条件情况下，利用注入清水进行强行钻进，再用下套管来封隔漏层，但如果用清水强行进钻的条件不具备，那对于这种情况的最有效率的办法就是利用水泥把漏的地方堵死，以免除后患；（2）产层部位漏失，在选择堵漏剂的时候，必须注意选用可以用来保护油气层作用的；（3）对于因地层的因素而引起井漏，如在钻井过程中遇到天然裂缝和高孔隙、
6
溶洞而发生的井漏时，首先应该利用一些堵漏剂把漏失通道封堵；（4）由于再钻井工程因素引起井漏，可以利用静置起钻、控制下钻的速度、对钻井液性能做改变、排量的降低等办法来处理；（5）如果试压堵漏或者加重钻井液的时候发生了压裂性漏失，地层一旦被压漏一般是不能恢复成原来程度的承压能力[14]，这时候下套管封隔是最好的办法。
6.3 复杂井漏的处理方法
特大洞穴、裂缝地层、多套压力体系地层、又喷又漏的地层、低压地层、水层、调整井的漏失是世界公认的难题，是钻井事故中的灾难性事故[15]。针对这些问题，在现有堵漏技术的基础上，日前又发展了工具堵漏、各种聚合物胶联剂段塞[16]和合成石墨粉堵漏等。
6.3.1 特大洞穴和裂缝漏失
这类一般比较严重的漏失，到目前为止，还没有准确测量溶洞和裂缝大小的方法，其封闭性或连通性也不好确定，并目有些裂缝还与地下暗河相连[17]。处理这类井漏的方法一般用清水强钻套管封隔技术、速凝水泥堵漏技术、井口充砂技术、复合堵漏袋、尼龙袋堵漏工具、投入用水溶性壳体组成的堵漏物质等[16]。
6.3.2 水层漏失
要成功的对水层漏失进行堵漏，必须具备以下条件：堵漏材料不能被稀释、冲散或者冲走，在漏失通道中必须能建立起能承担正负压差的封隔层。一般采用连续灌注或者快速凝固法堵漏。对于高压水层，可用堵漏压井同步法；如果条件允许，也可采用清水强钻法[18]。
6.3.3 又喷又漏层
目前在现场用的处理主要方法有降低压井液的摩擦阻力方法，适用范围是喷漏在同一层或者是喷漏的压力数值相近的地层；而反循环压井，适合于的是下喷上漏并且喷漏在不同层的井；压井速凝堵漏法则一般适用在上漏下喷的井；重晶石塞法普遍适用在喷漏同层的井。
6.3.4 多压力层系井漏
位置和压力是确定主漏层的在多压力层系井漏处理的关键，对于这样的漏失，可以利用循环堵漏法和用水泥浆推进堵漏法等。
第7页 共19页
6.3.5 异常压力地带井漏
对于由于高压差造成的漏失，一个被公认的难题是它的防漏与堵漏技术。而在极低压差的储层中发生的井漏，处理起来的难度就更加的复杂，到目前为止，还没有比较理想的处理方法。
6.3.6 去片层底层漏失
这类地层发生漏失的儿率较大，岩性为泥页岩，强度较弱，或者有裂缝，但孔隙压力又比较高，有时与破裂压力相当，漏失速度一般很大，处理方法一般用泡沫水泥或者聚合物胶联剂段塞。
6.3.7 调整井防漏堵漏技术
关键是要了解生产时对地层的压力影响及影响何种程度，应该重新建立起地层压力的剖面，用来以防为主。一旦漏失，首要问题一定要注意对油气层的保护。
6.3.8 井底清水强钻处理恶性井漏
在进行井底清水强钻的过程中，保持漏层以上井段为钻井液，使钻井液液柱压力平衡漏层压力，并保护井壁，而漏层下部采用清水强钻，并将所钻岩屑带入漏层。清水强钻的关键是保护漏层以上井壁的稳定，防止垮塌[19]。
7堵漏材料国内外研究现状
7.1 国内外常见堵漏材料概述
建筑工程混凝土结构常因为自身的收缩、温差变形、设计缺陷或施工等原因产生裂缝，使混凝土结构产生渗漏；水工工程由于建造时施工技术限制、施工中工程质量控制不好、使用过程中受冻胀和水蚀等自然因素和环境破坏等因素的作用，出现裂缝渗透甚至出现大的孔洞很常见；在煤炭钻探和油井钻探中，由于裂缝、溶穴、溶洞的发育，导致井漏使钻井液返还不高、水泥浆漏失，也常发生孔壁坍塌、水泥浆和滤液进入油气层等事故。科技人员研发了多种堵漏材料并应用于实际工程中[20]。
在我国，早在20世纪60年代就开始应用堵漏材料处理井漏，并开展了一些基础研究工作。几十年来，钻井用堵漏材料的开发和应用得到了较大的发展，并逐步形成了一个较为系统的钻井用堵漏材料体系。总的说来，我国钻井用堵漏材料的发展经历了三个
8
阶段。
第一阶段是见漏就堵阶段。在这个阶段，以采用高粘切钻井液加桥堵材料（锯末、云母、稻草、泥球、砖块等）和打水泥塞等方法为主。由于对漏层性质的认识有限，加之堵漏材料和方法单一，这一时期井漏处理失败的案例较多。
第二阶段是研究开发新型堵漏材料阶段。20世纪80年代是我国钻井防漏堵漏工艺技术的发展时期，各种化学堵漏剂、高失水堵漏剂、混合堵漏稠浆等新型堵漏剂应运而生，为对付各种类型的井漏、提高处理井漏的成功率提供了有效手段。
第三阶段是复合堵漏材料研制阶段。20世纪90年代以来，人们注重了堵漏材料的系列化、规格化和商品化，单一的桥接堵漏材料转化成了复合堵漏剂，提高了堵漏效率；开发出了酸溶性高失水暂堵剂、单向压力封闭剂、酸溶性固化材料等一系列具有产层保护作用的堵漏剂，把钻井防漏堵漏工艺技术推上了一个新的水平。
现阶段虽有各种类型的常规堵漏剂和新型堵漏剂，并在一定程度上取得了较好的应用效果，但适用于处理严重井漏的堵漏剂并不多，而且主要仍限于各种水泥及少部分化学堵漏剂和混合物堵漏剂[1]。以桥接堵漏剂为主的其余大多数堵漏剂，一般只适合作泥浆体系的堵漏添加剂用，而且存在封堵强度低、施工复杂、解堵困难、成本较高等问题。有学者推测，不管未来有多少新型堵漏剂，以水泥为基础的胶凝堵漏剂，仍可能是将来相当长时期内用于处理严重井漏的重要手段。
随着新型功能材料和智能材料的发展，智能材料在各领域中得到越来越多的应用。孟园园、田陆飞等以智能材料-形状记忆合金的应用为背景，对形状记忆合金的工作机理、设计原理、变形规律、驱动特性、组合方式、控制方法等进行了深入细致的研究。通过研究他们认为，可以利用智能材料能感知周围环境变化并能对此做出适当反应的特点，使其与普通的水泥基堵漏材料复合而制备成智能堵漏材料。智能堵漏材料将对钻井防漏堵漏技术的发展产生革命性的推动作用，相关研究单位应尽快重视智能堵漏材料的开发，抓住其应用发展的先机[2]。
另外，堵漏材料的选择必须与漏层的性质相结合，考虑分析具体的漏失情况选定堵漏方案与堵漏材料。钻井防漏堵漏的成功率，直接取决于堵漏材料性能的优劣[21]。然而，性能的优劣不是绝对的，一种堵漏材料往往只适用于某一种或某一类性质的井漏，而对其他类型的井漏就不太适用了。因此，由于地层漏失通道的千变万化和钻井工程对堵漏
第9页 共19页
施工的客观要求，使得堵漏材料体系多种多样。
堵漏材料按照不同的机理和功能主要分为桥接堵漏材料、高失水堵漏材料、暂堵材料、化学堵漏材料、无机胶凝堵漏材料、软硬塞堵漏材料、高温堵漏材料、复合堵漏材料。
7.7.1 桥接堵漏材料
桥接堵漏材料包括各类形状不同、大小各异的单一惰性材料及级配而成的复合材料，具有操作简单、取材方便、不影响钻井液流变性等特点，可减少由孔隙和裂缝造成的部分漏失和失返漏失，如国外的C-SEAL 系列颗粒复合堵漏剂、MAX-BRIDGE 材料等，在中国以果壳、云母、纤维及它们复配的形式为主，各种廉价化工副产品、废弃化工原料也作桥堵材料。其作用原理包括挂阻架桥、堵塞和嵌入、渗滤、拉筋、膨胀堵塞、卡喉等作用。在英国布伦特油田，研制出了一种由涂有表面活性剂和分散剂的玻璃丝纤维组成的新型改性纤维材料[22]，能抗232℃高温，解决了该地区的井漏问题。
7.7.2 高滤失堵漏材料
该材料由渗滤性材料、纤维状材料、硅藻土、多孔惰性材料、助滤剂、增强剂等复合而成，适用于处理渗漏、部分漏失及少量漏失。该材料进入漏失层后，在压差作用下迅速滤失，固相聚集变稠形成滤饼，继而压实堵塞漏失通道，形成高渗透性微孔结构堵塞，钻井液在堵塞面上迅速滤失形成光滑平整的泥饼，严密封堵漏失通道。菲利普斯公司的Diaseal M[23]即为高滤失堵漏材料，如中国的DSL 、Z-DTR 、DTR 、DCM 等都为类似的高滤失堵漏产品。
7.7.3 柔弹性堵漏材料
柔弹性材料具有较好的弹性、一定的可变形性、韧性和化学稳定性。在扩张填充和内部挤紧压实双重作用下，自适应封堵不同形状和尺寸的孔隙或裂缝。LC-LUBE 系列、STEELSEAL 系列、Rebound 等均为弹性石墨材料。这些材料具有双组分碳结构，均有多种规格和广泛的粒度分布，可随着井下压力的改变而扩张和收缩，能滞留在裂缝中形成有效封堵。弹性石墨与碳酸钙或聚合物材料的混合处理[24]能解决相关井漏问题。
由可变形性胶态颗粒组成的可变形性封堵材料[25]，通过在低渗透、小孔喉处和泥岩微裂缝处形成内部架桥来降低孔隙压力的传播，同时还提高外泥饼的质量，其在南德克萨斯油田等得到较好应用。清华大学研制的工程润滑材料柔性石墨[26]具有纯度高、柔韧
10
性好、弹性大等优点，即将其应用于防漏堵漏中。中国石油勘探开发研究院采油所研制的柔性堵剂[27]为以含芳基单体为原料合成的柔性聚合物材料，可任意变形、拉伸韧性强、强度高、封堵效果好，可应用于防漏堵漏中。
7.7.4 聚合物凝胶堵漏材料
聚合物凝胶堵漏材料有以下特点[28-29]：能防止裂缝的压力传播和诱导扩展；固相含量低，不受漏失通道限制，通过挤压变形进入孔隙或裂缝；有强黏滞阻力和抗剪切稀释能力；与惰性桥堵剂复配效果好；交联凝胶形成后表现出很好的黏弹性、柔软性和韧性。凝胶材料分为交联的聚合物和不需交联的具有特殊结构的聚合物材料，也可与其它材料混合使用。
M-I 公司研制的交联桥塞[30]有三代产品。①FORM-A-PLUG 由交联聚合物、交联剂和纤维状堵漏材料组成，在阿尔及利亚沙漠钻井井漏中用FORM-A-PLUG 处理，钻完桥塞后完全恢复循环，没有发生井漏。②FORM-A-SETAK 增加了聚合物和较小纤维材料，比前一种更坚固，得克萨斯州中部陆上一口井的裂缝性灰岩井漏事故中应用后没有发生漏失，且井眼保持稳定。③FORM-A-SETAKX 用粗碳酸钙代替纤维素，降低了储层损害，且比前2种更易深入渗透性地层或断层，较好地解决了得克萨斯州东部一口井在井深1619m 处遇到的低、中渗透性砂岩水侵问题。
西南石油大学研制的ZND 特种凝胶[31]不需要交联，在水溶液中，大分子链通过分子间相互作用自发地聚集，进入漏层后自动停止流动，充满裂缝、溶洞空间，形成能隔断地层内部流体与井筒流体的凝胶段塞，该凝胶在四川、长庆及吐哈油田得到了较好的应用。另外，其它凝胶材料的报道也很多，如聚丙烯酰胺交联凝胶与无机碱金属盐的混合物[32]、复合纳米级有机/无机凝胶[33]、交联型聚合物PCP 凝胶[34]等，均较好地解决了相关井漏问题。
7.7.5 水泥浆堵漏材料
该材料包括水泥、石膏、石灰、硅酸盐类等混合浆液，以水泥为主，通过添加各种水泥浆处理剂和改善灌注工艺来提高封堵效果，其承压能力强，用来对付严重漏失层效果显著，但容易被水稀释冲走。水泥浆泵送至井下漏层中一定时间后，水泥浆稠化凝固形成具有相当强度的固状体而与地层胶结为一体，达到封堵漏层的目的。纤维水泥浆通过在其中加入一种分散效果好的特种纤维形成。在印度尼西亚中苏门答腊盆地的Duri
第11页 共19页
油田[35]，钻穿一段长161.85m 的地层时发生完全漏失，泵入4.77m 3密度为1.68g/cm3的纤维水泥浆后，井口立即返出该纤维水泥浆还解决了中东地区UER 和Simsima [36]高含水碳酸盐岩地层长期存在的漏失问题。
交联水泥[37]是将水泥和压裂液混在一起作为随钻钻井液，替入井下后可迅速凝固。阿根廷东北盆地的一口油井在井深119.5m 处下完表层套管后吗，发生了严重的井漏事故，用交联水泥解决了该问题。其它各种水泥浆材料也很多，且常与桥堵材料复配使用，如硅酸盐水玻璃类抗温材料[38]、MTC 水泥浆[39]、泡沫水泥等，均有较好的应用。
7.7.6 膨胀性堵漏材料
国外如Poly Block为特定颗粒材料与不同尺寸结晶状聚合物的混合体，水化后大幅膨胀，几小时内就能封堵非常严重的大漏失。在埃及尼罗河三角洲地区[40]钻井时出现了大量的漏失，将不同粒径的颗粒材料、合成聚合物及水混合打入井下产生膨胀作用，解决了井漏问题。中国如溶胀性丙烯酰胺丙烯腈共聚树脂、丙烯酸-丙烯酸钠共聚高分子吸水膨胀树脂等膨胀性堵漏材料。膨胀性堵漏材料在川东北地区双庙101井[41]、彩南油田的C2872井[42]、金鸡1井[43]等钻井堵漏施工中均得到较好的应用。
7.2 国内堵漏材料研究现状
目前堵漏材料的种类繁多，可以根据不同的实际施工条件、不同的地质条件、环境情况选择不同性能的堵漏材料。针对不同堵漏材料的性能和价格优势目前应用最多的是无机非金属堵漏材料，其中包括各种特种水泥、混合水泥稠浆等。近几年来，国内外许多科研工作者和机构在研制水泥新品种[44-45]、水泥外加剂和改善灌浆工艺等方面做了大量的研究工作，在提高水泥浆体的流动性、可泵性，缩短凝结时间，提高水泥石的早期强度和稳定性等方面取得了很大的进展。特别是各种膨胀水泥、触变性水泥、快干水泥的研制成功以及各种高效的水泥缓凝剂、速凝剂等[46-48]的出现，保证了水泥在复杂环境条件下使用的安全性，拓宽了水泥的使用范围，为提高水泥基堵漏材料堵漏的成功率奠定了良好的基础。另外，在漏失地层实施堵漏防漏作业时，通过向水泥浆中添加不同性能的纤维来提高水泥浆的常规性能，使其具有防漏堵漏的双重功效，能够使水泥石的韧性大幅度提高[36、46、49]。很多科学研究者也将水泥与其它的材料进行复合得到了复合型堵漏材料，并在实际堵漏防漏中表现了良好的适应性和封堵能力。吴修宾等人[50]研制了
12
无机凝胶堵漏剂SDR-2；张子平[51]用焦炭、锯木面、天然麻纤维等惰性材料与水泥复合制得了复合型堵漏材料；邓亚军等人[52]研究了丙烯酸盐类灌浆材料的性能，研究结果表明：丙烯酸盐与水泥浆混合后能够在瞬间产生凝胶，产生的凝胶体具有很强的粘结强度和抗压强度，这也就是以聚合物/无机胶凝物质为基础的堵漏材料。
在油井钻探过程中经常会发生恶性漏失，由于传统的堵漏材料堵漏强度低、在裂缝中的流动阻力小、易被流体冲走，不能很好的及时封堵，其堵漏效果差，而且耗费大量的堵漏材料，将交联聚合物堵漏剂注入到漏失层以后，该交联聚合物发生效应，能够有效解决恶性漏失。这种类型堵漏剂的重点是对纤维材料表面进行化学改性以及开发各种高分子聚合物、胶乳、水溶性树脂等固化后具有粘弹性的基础物质，并且使这几类物质彼此间的配合使用。单纯的聚合物凝胶力学强度相对而言是比较低的，然而新型复合多功能凝胶的力学强度则是相对较高的，其能够有效解决井下地层漏失。在制备聚合物凝胶堵漏材料的过程中经常选用交联剂（三价铬、酚醛）[53]、成胶剂（聚丙烯酰胺），通过改变成胶剂的掺量、分子量和交联剂的类型来研究聚合物凝胶堵漏材料的性能；聚丙烯酰胺也可以用来作为无固相冲洗液，其与岩粉加入到泥浆池中搅拌均匀后注入，一段时间后钻井液返水量逐渐增大至基本不漏失；聚丙烯酰胺与锯末、水搅拌成糊状后注入，操作简便，且堵漏效果良好。根据不同的堵漏程度，可以在不同的漏失深度选择不同性能的堵漏剂[54]。超强吸水树脂是应用最多的聚合物堵漏材料，当超强吸水树脂输送到漏失层后，超强吸水树脂通过吸水膨胀并且在内部压差作用下进入漏失孔道，堵塞漏失层，从而阻止钻井液漏入钻井裂缝中[55]。吸水树脂进入到漏失孔道后，通过架桥、不断被压实、继续吸水膨胀、压差下填塞，从而达到最终堵漏的目的[43]；利用聚合物的膨胀这一机理来封堵漏失层的堵漏材料还有聚氨酯类[56]，这类堵漏剂的工作原理是：通过自身的化学反应使浆液发泡而膨胀使固体体积增加，从而产生较大的膨胀应力，使浆液能够四处扩散，而剩余的异氰酸基和胺反应形成脲键，互相交叉连接，形成网络状结构的大分子凝胶体，能够堵塞在各种细小的孔道内部，达到堵漏效果；新型多功能凝胶复合堵漏材料[28、57]能够有效地应对失返、大漏失量、溶洞性地层漏失、返出量太小的裂缝性。这种类型的堵漏材料能够在可控时间内在漏失层形成切力、弹性、粘度和静结构足够大的凝胶段塞，由于形成的凝胶段塞具有很强的粘附能力和长度，最终能够形成足以抵抗外来力破坏的极高流动阻力，从而成功堵住漏层。
第13页 共19页
除此之外，还有些学者研究了一些其它的堵漏材料，滕子军等人[58]通过引进国外的高膨胀液体材料，结合自己特殊的工艺处理，对钻孔周围一定范围内的裂缝、破碎带、溶洞进行一系列安全快速的充填、封堵、加固，成功解决了井漏事故；孙剑等人[59]利用沥青和石英砂，经过特定的制备工艺，研制出了一种兼具刚性和变形性、化学惰性的颗粒状复合堵漏材料材料XFD-1。随着环境温度的升高，该堵漏材料发生弹性变形，使漏层的渗透性进一步降低，直至把漏失层成功堵住；赵仁明等人[60]以表面活性剂、膨润土和沥青为原料，采用适当的试验工艺与技术研制而成ABD-1复合型堵漏材料，该复合型堵漏材料能够随着渗流扩散到各个渗流通道，而膏状体可在渗流通道的表面得以凝聚黏附，从而阻止了水流的通过；王绪友等人[61]将水与特定的固体粉料按一定的比例混合均匀，发泡成为发泡充填材料，混合液能够按照配比时间凝固（此凝固时间可以根据配比调节），起到充填或者是密闭堵漏的目的。孟园园[62]首次提出了水泥基智能堵漏材料的模型，并且在硕士毕业论文中做了大量的基础研究，主要包括：形状记忆合金的选择和大粒径智能堵漏材料的制备工艺。目前，这方面的研究只限于填充物是膨润土的情况，还没有制备出不同粒径的堵漏材料，在测试方面只做了室内堵漏模拟和响应速度的测试，并没有对其他的性能做进一步的研究。
7.3 国外堵漏材料研究现状
国外对钻井过程中遇到的井漏和堵漏材料的作用机理研究比较早，其中美国是最早使用堵漏材料解决钻井过程中井漏问题的国家。从四十年代开始，美国就利用植物的茎、果实、工业废弃料和天然矿物作为解决钻井漏失的堵漏材料。从六十年代就开始研究化学堵漏材料，并将其应用于实际的油井堵漏中。苏联起步比较晚，但是现在也已大量应用堵漏材料来解决钻井中遇到的漏失问题。国外在解决钻井漏失问题时采用的堵漏材料主要是使用粘土、水泥和普通堵漏混合物，如云母、锯木、核桃壳等。国外经过几十年的科学研究和技术改进，已经开发应用了多种常规的堵漏材料和新型堵漏材料。先后应用天然植物、天然矿物、化学堵漏剂对不同的漏失层堵漏。特别是前苏联开发了丙烯类聚合物堵漏剂系列，以酚醛树脂、脲醛树脂等为基础的堵漏剂系列，低聚有机硅氧烷，聚乙烯醇水溶液等与纤维填料组成的各具特殊性能的堵漏剂[63]。近几年来国外又开发了封包烯烃堵漏剂、封包石灰堵漏剂、热溶橡胶堵漏剂、膨胀团粒堵漏剂、吸水聚合物堵
14
漏剂等堵漏材料。美国钻井液实验室对现有常规堵漏剂进行大量关于合理应用的研究，提出了一些具有参考价值的结论[64]：钻井液能够产生独特的流变性和提高微泡的韧性是由于聚合物的作用，而粘土和聚合物能使新型微泡钻井液体系达到理想的流变性和稳定微泡。
8 结论
（1）井漏发生时的三个必要条件分别是：在井筒中的工作液压力应大于地层的孔隙和裂缝中流体的压力；地层中应存在漏失的通道和比较大的并且足够容纳一定量液体的空间；其外来的工作液固相颗粒大小应小于漏失通道的开口尺寸。
（2）现场处理井漏的技术主要有静止堵漏、桥接堵漏、高失水浆液堵漏、化学堵漏、无机凝胶堵漏、软硬塞堵漏、复合堵漏等方法。其中，桥接堵漏由于经济实惠，使用方便，施工安全，现场普遍使用此方法。
（3）随着新型功能材料和智能材料的发展，智能材料在各领域中得到越来越多的应用，而多种堵漏材料协同作用于堵漏的思想也将是未来的发展趋势。
第15页 共19页
参考文献
[1]. 张军．论体膨型泥浆堵漏剂的合成及其应用[J]．现代商贸工业，2010，22（21）：
376．
[2]. Fidan E，Babadagli T，Kuru E．Use of cement as lost circulation material-field case
studies[R]．IADC/SPE 88005，2004．
[3]. 汪海阁，郑新权．中石油深井钻井技术现状与面临的挑战[J]．石油钻采工艺，2005，
27（2）：4-8．
[4]. 林英松，蒋金宝，秦涛．井漏处理技术的研究及发展[J]．断块油气田，2005，12
（2）：4-7．
[5]. 毛洪江．地质钻探中的井漏及堵漏材料研究[J]．西北地质，2010，43（3）：141-146.
[6]. 张东海．确定漏失层位置的十种方法[J]．石油钻采工艺，1994，16（1）：95-96．
[7]. 卢健．克拉苏地区高密度抗盐抗钙防漏堵漏钻井液技术研究[D]．西安石油大学，
2006．
[8]. 吴钊，彭正洲．调整井井漏分析及治理[J]．江汉石油科技，2003，13（2）：49-52．
[9]. 孙传友，王莉．漏层位置的仪器测定法[J]．石油仪器，1999，13（4）：21-24．
[10]. 吕开河．钻井工程中井漏预防与堵漏技术研究与应用[D]．中国石油大学（华东），
2007．
[11]. 黄寒静．国内外钻井堵漏发展现状[J]．科协论坛，2009，9（2）：4-5．
[12]. 沈飞，周大林，万明全．井漏分析及处理技术的对策研究[J]．内江科技，2008，
25（3）：109．
[13]. 陈娟．无机防水堵漏材料的试验研究[J]．中国建筑防水，2006（6）：16-17．
[14]. Helio Santos．No-damage drilling: How to achieve this challenging goal．IADC/SPE
77189，2002．
[15]. 徐同台等．钻井工程防漏堵漏技术[M]．石油工程出版社，北京：石油工业出版社，
1997．
[16]. 屈东升，曾尚华，曾庆旭．严重漏失无返型井漏的分析与治理[J]．石油钻采工艺，
2001，24（4）：18-20．
[17]. 刘永峰．堵漏模拟装置研究[D]．西安石油大学，2006．
[18]. David Power．The top 10 lost circulation in deepwater drilling．SPE 81133，2003．
[19]. 肖检波，晏凌．井底清水强钻处理恶性井漏的方法．钻采工艺，2000，23（4）：
96-97．
[20]. 田陆飞，王琦，刘振，等．钻井用堵漏材料研究进展[J]．中国建筑防水，2010，
16
25（6）：1-5．
[21]. 郑新权，汪海阁．中国石油钻井技术现状及需求[J]．石油钻采工艺，2003，25（2）：
1-4．
[22]. Shuttleworth Ni，Frederiks K，Van Derplas K．An innovative inert material to cure the
losses in the brent depleted reservoirs-North Sea Case histories [J]．SPE 100934．
[23]. Elmer E C ．Method using lost circulation material for sealing permeable formations
[P]．United States Patent 4369844，1981．
[24]. Donald L， Whitfill, Hemphill T． All lost circulation materials and systems are not
created equal[J]．SPE 84319．
[25]. Benaissa S，Bachelot A，Ong S．Preventing mud losses and differential sticking by
altering effective stress of depleted sands[J]．SPE 103816．
[26]. 张琰，刘艳．弹性石墨在钻井液中的应用研究[J]．天然气工业，2003，23（1）：
42-44．
[27]. 朱怀江，王平美，刘强，等．一种适用于高温高盐油藏的柔性堵剂[J]．石油勘探
与开发，2007，34（2）：230-233．
[28]. 聂勋勇，王平全，张新民．聚合物凝胶堵漏技术研究进展[J]．钻井液与完井液，
2007，24（1）：83-84．
[29]. Horton ，Prasek ．Ivan. Prevention and treatment of lost circulation with crosslinked
polymer material [P]．United States patent 7098172，2003．
[30]. Bruton ，Ivan ，Heinz ．Lost circulation control: Evolving techniques and strategies to
reduce downhole mud losses[J]．SPE 67735．
[31]. 张新民，聂勋勇，王平全，等．特种凝胶在钻井堵漏中的应用[J]．钻井液与完井
液，2007，24（5）：83-84．
[32]. Suyan K M，Dasgupta D，Sanyal D．Managing total circulation losses with crossflow
while drilling: Case history of practical soloution [J]．SPE 109898．
[33]. Lecolier E，Herzhaft B ，Rousseau L ．Development of a nanocomposite gel for lost
circulation treatment[J]．SPE 94686．
[34]. Catalin D，Ivan ，James R．Making a case for rethinking lost circulation treatment in
induced fractures[J]．SPE 77353．
[35]. Romero S N，Monroy R R，Johnson C．Preventing lost circulation using lightweight
slurries with reticular systems: Depleted reservoir reservoirs in southern Mexico[J]．SPE 92187．
[36]. El-hassan ，Raafat Abbas，Haithham Jarouj．Using a novel fiber cement system to control
lost circulation[J]．SPE/IADC 85324．
第17页 共19页
[37]. Mata F，Veiga M．Crosslinked cements solve lost circulation problem[J]．SPE 90496．
[38]. Bauer S ，Gronewald P ，Laboratories N S ．High temperature plug formation with
silicates[J]．SPE 92339．
[39]. Song Mingquan ，Wang Wenli ，Ma Kaihua ．Slag MTC techniques solve cementing
problems in complex wells[J]．SPE 64758．
[40]. Mahmoud EI-Sayed ，Ahmad Ezz ，Moataz Aziz ．Successes in curing massive
lost-circulation problems with a new expansive LCM[J]．SPE 108290．
[41]. 刘四海，崔庆东，李卫国．川东北地区井漏特点及承压堵漏技术难度与对策[J]．石
油钻探技术，2008，36（03）：22-23．
[42]. 张歧安，徐先国，董维．延迟膨胀颗粒堵漏剂的研究与应用[J]．钻井液与完井液，
2006，23（02）：21-24．
[43]. 狄丽丽，张智，段明．超强吸水树脂堵漏性能研究[J]．石油钻探技术，2007，35
（03）：33-35．
[44]. 殷庆立，Loris Amathieu，胡冲，等．铝酸盐水泥在堵漏剂中的应用[J]．新型建筑
材料，2009，24（2）：78-80．
[45]. 步云鹏，姚晓，李华，等．特征快凝早强水泥固低温浅井油层技术[J]．石油钻采
工艺，2005，27（6）：37-39．
[46]. 余婷婷，邓建民，李建，等．高密度纤维堵漏水泥浆的实验研究[J]．钻井液与完
井液，2008，25（2）：40-42．
[47]. 贾应林，杨启华，邓建民，等．堵漏低密度水泥浆的室内研究[J]．钻采工艺，2008，
32（1）：87-88．
[48]. 李爱民，隆威．轻质速凝堵漏注浆材料试验研究[J]．混凝土，2003，162（4）：33-34．
[49]. 谷穗，乌效鸣，蔡记华．纤维水泥浆堵漏实验研究[J]．探矿工程，2009，36（4）：
4-6．
[50]. 吴修宾，马文英，王福印．复合型高强度堵漏技术的研究与应用[J]．钻井液与完
井液，2002，19（6）：101-103．
[51]. 张子平．惰性材料与水泥堵漏技术[J]．西部探矿工程，2002，增刊（001）：268．
[52]. 郑亚平，成红军．大渗量高流速渗漏的灌浆堵漏技术[J]．中国建筑防水，2004（6）：
36-38．
[53]. 罗兴树，蒲晓林，黄岩，等．堵漏型聚合物凝胶材料研究与评价[J]．钻井液与完
井液，2006，23（2）：28-32．
[54]. 高明书．聚丙烯酰胺-岩粉、锯末交联堵漏[J]．西部探矿工程，2009，25（2）：48-49．
[55]. Fang C C，Thaemlitz C．New ospar-compliant technologies for managing drilling-fluid
lost-circulation events[R]．SPE 94434，2005．
18
[56]. 李东川．聚氨脂化学注浆在堵漏中的应用[J]．四川建筑，2003，23（S1）：259-260．
[57]. 汪建军，李艳，刘强，等．新型多功能复合凝胶堵漏性能评价[J]．天然气工业，
2005，25（9）：101-103．
[58]. 滕子军，赵善友．液体高膨胀材料充填堵漏试验应用[J]．探矿工程，2005（9）：
49-51．
[59]. 孙剑，崔茂荣，陈浩，等．新型复合堵漏材料的研制[J]．西南石油大学学报，2007，
29（S2）：133-135．
[60]. 赵仁明，孙平贺，何中导．沥青堵漏钻井液体系的研制与初步应用[J]．探矿工程，
2009，36（3）：26-28．
[61]. 王绪友，孟警战，谢华东．瑞米发泡材料在矿井充填堵漏风中的应用[J]．山东煤
炭科技，2007（4）：20-21．
[62]. 孟园园．水泥基智能堵漏材料的制备与性能研究[D]．济南大学，2009．
[63]. Luis C，Fernandez ，Hector Zegarra．Characterization and Surfactant-Enhanced washing
treatability of drilling fluids stored for more than 20 years[J]．J SurfactDeterg，2008，32（11）307-314．
[64]. 赵忠举，徐同台，卢淑芹．2004年国外钻井液技术的新进展（Ⅱ）[J]．钻井液与
完井液，2005，22（5）60-67．
第19页 共19页