鉆井液堵漏材料研究及應(yīng)用現(xiàn)狀與堵漏技術(shù)對(duì)策

李 偉， 白英睿， 李雨桐， 王 波,， 呂開(kāi)河， 張文哲， 雷少飛

(1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院， 西安 710075； 2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院， 青島 266580； 3.西安石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 西安 710065)

井漏是1種鉆井施工過(guò)程中鉆井液大量漏入所鉆地層的現(xiàn)象，是復(fù)雜地層最常見(jiàn)且難以處理的鉆井工程復(fù)雜事故之一[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界超過(guò)25%的油氣井在鉆井過(guò)程中發(fā)生井漏，導(dǎo)致鉆井過(guò)程中非生產(chǎn)時(shí)間增加12%，平均每年用于堵漏的直接費(fèi)高達(dá)20億～40億美元[2-3]。據(jù)美國(guó)能源部報(bào)道，美國(guó)高溫高壓井有10%～20%的鉆井費(fèi)用用于處理井漏。墨西哥灣鉆井過(guò)程中，井漏導(dǎo)致非生產(chǎn)時(shí)間的增加超過(guò)12%[4]。伊朗裂縫性碳酸鹽地層中有32%的井發(fā)生井漏[1]。中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司(中石油)的每年井漏損失時(shí)間占全部鉆井損失時(shí)間70%，年均經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)40億元人民幣。因此，科學(xué)有效控制和消除井漏事故對(duì)于確保井下安全、提高鉆井速度、節(jié)約鉆井成本至關(guān)重要。

根據(jù)鉆井液漏失速度，井漏可分為低漏失、中等漏失、嚴(yán)重漏失和失返性漏失。當(dāng)井漏發(fā)生時(shí)，最常用的方法為使用堵漏材料(lost circulation materials,LCMs)封堵地層漏失通道。針對(duì)不同鉆井液漏失類(lèi)型，中外學(xué)者已研發(fā)出一系列堵漏材料，按照堵漏機(jī)理大體可分為橋塞堵漏材料、高失水類(lèi)堵漏材料、吸水/吸油聚合物堵漏材料、聚合物凝膠類(lèi)堵漏材料、可固化堵漏材料以及智能堵漏材料等[5-13]。上述堵漏材料的研發(fā)，為鉆井液防漏堵漏提供了有效的手段，但是復(fù)雜地層鉆井液防漏堵漏仍然存在盲目性和不可預(yù)見(jiàn)性，缺乏科學(xué)有針對(duì)性的堵漏對(duì)策，出現(xiàn)堵漏材料對(duì)漏失地層適應(yīng)性差、抗溫性能不佳、承壓能力和駐留能力不足等問(wèn)題，導(dǎo)致一次堵漏成功率低、堵漏方法難以復(fù)制，因此井漏事故至今仍未得到有效控制和消除[14-21]。

針對(duì)現(xiàn)有堵漏材料處理復(fù)雜漏失時(shí)，存在一次堵漏成功率低、堵漏方法難以復(fù)制的問(wèn)題，現(xiàn)通過(guò)文獻(xiàn)分析，闡述了橋接堵漏材料、高失水堵漏材料、吸水/吸油聚合物堵漏材料、聚合物凝膠堵漏材料、可固化堵漏材料、智能堵漏材料等堵漏材料的組成、特點(diǎn)和堵漏機(jī)理，分析了堵漏材料在不同漏失類(lèi)型中的應(yīng)用效果，提出了堵漏材料在鉆井液堵漏中應(yīng)用的技術(shù)途徑、研發(fā)方向及防漏堵漏對(duì)策。

1 堵漏材料研究進(jìn)展

1.1 橋塞堵漏材料

橋塞堵漏材料是由形狀不同、大小各異的惰性材料按照一定的比例和級(jí)配形成的復(fù)合堵漏材料。橋塞堵漏材料一般由顆粒狀材料、纖維狀材料和片狀材料組成，常見(jiàn)的有核桃殼、鋸末和云母等，如圖1所示。橋塞堵漏材料具有來(lái)源廣、成本低廉、不影響鉆井液流變性、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛。但是，由于橋塞堵漏材料是由小粒徑的剛性材料組成，所以對(duì)漏失通道的適應(yīng)性較差，在較大的裂縫或溶洞中容易被沖走。橋塞堵漏材料通過(guò)在漏失通道架橋、卡吼、拉筋懸浮和填充等作用，駐留在漏失通道，形成致密的封堵層(圖2)，有效控制和消除井漏事故[22-25]。如國(guó)外的C-SEAL系列顆粒復(fù)合堵漏材料、MAX-BRIDGE堵漏材料等，中國(guó)的HD橋接復(fù)合堵漏劑、915復(fù)合橋接堵漏材料等[14,16]。

圖1 常見(jiàn)橋塞堵漏材料[9]Fig.1 Conventional bridge LCMs[9]

圖2 橋塞堵漏材料堵漏機(jī)理[22-25]Fig.2 Lost control mechanism of bridge LCMs

圖3 高失水堵漏材料堵漏機(jī)理Fig.3 Lost control mechanism of high fluid loss LCMs

1.2 高失水類(lèi)堵漏材料

高失水類(lèi)堵漏材料是指在漏失通道通過(guò)固相失水、填塞等作用形成致密封堵層的堵漏材料。高失水類(lèi)堵漏材料一般由硅藻土、滲濾性材料、惰性材料等按一定比例復(fù)配而成[26]。高失水類(lèi)堵漏材料使用方便、見(jiàn)效快，在高滲透性地層成功率高[27]。但是高失水類(lèi)堵漏材料與橋塞堵漏材料類(lèi)似，對(duì)漏失通道的適應(yīng)性較差，在較大的裂縫或溶洞中容易被沖走。如圖3所示，高失水類(lèi)堵漏材料進(jìn)入地層后，在地層與井底壓差作用下，通過(guò)材料的高失水性能迅速失水，固相組分聚集變稠迅速形成薄膜或?yàn)V餅，進(jìn)而封堵漏失通道。常見(jiàn)的高失水類(lèi)堵漏材料有雪佛龍的Diaseal M堵漏材料、中國(guó)的狄賽爾(DSL)堵漏劑和Z-DTR堵漏劑[14,16]。

1.3 吸水/吸油聚合物堵漏材料

吸水/吸油型聚合物堵漏材料是由分子結(jié)構(gòu)上含有親水性或親油性基團(tuán)，遇水或油溶脹，但不溶解的吸水/吸油樹(shù)脂組成的堵漏材料[27]，如圖4所示。吸水/吸油型聚合物堵漏材料一般可分為陰離子型、陽(yáng)離子型、非離子型和復(fù)合離子型[28]。吸水/吸油型聚合物堵漏材料具有膨脹和變形性等優(yōu)點(diǎn)，不受漏失通道形狀和尺寸的影響，可以解決了橋接堵漏材料和高失水堵漏材料無(wú)法解決的自適應(yīng)堵漏問(wèn)題。但是，吸水/吸油型聚合物堵漏材料吸水或吸油速度不可控，抗溫能力幾乎都在135 ℃以下，導(dǎo)致延時(shí)封堵效果和抗高溫性能較差。如圖5所示，吸水/吸油型聚合物堵漏材料在壓差的作用下進(jìn)入漏失地層后，通過(guò)利用分子間范德華力或氫鍵、三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)滲透壓將水分子或油分子吸入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而引起體積劇烈變化，形成具有一定彈性的自適應(yīng)材料，根據(jù)漏失通道尺寸的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)形狀，進(jìn)而封堵漏失通道[29]。常見(jiàn)的吸水/吸油型聚合物堵漏材料如國(guó)外的Poly Block、中國(guó)的溶脹性丙烯酰胺-丙烯腈共聚樹(shù)脂等[16]。

圖4 吸水/吸油聚合物堵漏材料[27]Fig.4 Water/oil absorbent resin LCMs[27]

圖5 吸水/吸油聚合物堵漏材料堵漏原理[29]Fig.5 Lost control mechanism of water/oil absorbent resin LCMs[29]

1.4 聚合物凝膠類(lèi)堵漏材料

聚合物凝膠類(lèi)堵漏材料是由成膠前以液體或者高黏流體進(jìn)入漏失層，在漏失通道形成交聯(lián)體的交聯(lián)聚合物堵漏材料[30]，如圖6所示。聚合物凝膠類(lèi)堵漏材料一般由聚合物單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑通過(guò)交聯(lián)作用形成。聚合物凝膠類(lèi)堵漏材料自適應(yīng)能力強(qiáng)，有較強(qiáng)的黏滯阻力和抗剪切稀釋能力，在大的裂縫或溶洞中不易被稀釋沖走。但是其與鉆井液配伍性差、成膠時(shí)間不易控制、抗溫能力低，承壓能力不足。如圖7所示，聚合物堵漏材料以液體或者高黏流體進(jìn)入漏失層后，聚合物鏈通過(guò)彼此之間的交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，凝膠成膠后利用高分子聚合物的化學(xué)鍵以及其分子間作用力，與漏失通道壁面粘合在一起產(chǎn)生較大的黏滯阻力，在漏失通道處形成凝固封堵層。典型的聚合物凝膠類(lèi)堵漏材料如M-I公司的FORM-A-PLUG、FORM-A-SET、FORM-A-SETAKX等系列凝膠堵漏材料[16]；西南石油大學(xué)羅平亞院士團(tuán)隊(duì)的ZNT特種凝膠[31]；中國(guó)石油大學(xué)(華東)孫金聲院士團(tuán)隊(duì)的抗高溫凝膠堵漏劑和剪切響應(yīng)型凝膠堵漏劑等[32-33]。

圖6 聚合物凝膠堵漏材料[30]Fig.6 Polymer gel LCMs[30]

圖7 聚合物凝膠堵漏機(jī)理Fig.7 Lost control mechanism of polymer gel LCMs

1.5 可固化堵漏材料

可固化堵漏材料是指具有較強(qiáng)觸變和固化性能，能在漏失層快速固化封堵漏失層的堵漏材料[34]，可固化堵漏材料由固化劑、懸浮穩(wěn)定劑和緩凝劑等材料組成的?？晒袒侣┎牧蟻?lái)源廣，成本低，強(qiáng)度高，配制工藝簡(jiǎn)單，固化后膠結(jié)強(qiáng)度大。但是其施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，抗高礦化度地層水污染和稀釋能力差，容易導(dǎo)致卡鉆或在裂縫或溶洞被水稀釋沖走等問(wèn)題[35]。如圖8所示，可固化堵漏材料泵入漏失地層一段時(shí)間后，由于其較強(qiáng)的觸變性能，在漏失層流動(dòng)阻力大，稠化凝結(jié)形成具有一定強(qiáng)度的固體狀，與地層膠結(jié)而封堵漏失通道?，F(xiàn)有的可固化堵漏材料如Halliburton公司的Sentinel CemTM堵漏水泥漿[36]、中國(guó)的高強(qiáng)度耐高溫化學(xué)固結(jié)劑HDL-4[37]、井下交聯(lián)固結(jié)堵漏劑[38]等。

圖8 可固化堵漏材料堵漏機(jī)理[35]Fig.8 Lost control mechanism of Curable LCMs[35]

1.6 智能型堵漏材料

智能型堵漏材料是1類(lèi)能感知漏失地層刺激，判斷并且可進(jìn)行有效封堵漏失通道的堵漏材料。智能型堵漏材料包括智能形狀記憶堵漏材料(圖9)[39-45]、智能凝膠堵漏材料[46]、智能分子膜材料智能仿生材料等智能材料[47-48]。智能堵漏材料可智能適應(yīng)各種復(fù)雜地層，力學(xué)性能優(yōu)異，可顯著提高堵漏效率，在鉆井液防漏堵漏領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前大多數(shù)智能材料堵漏材料仍處于基礎(chǔ)研究階段，大部分尚未進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。如圖10所示，智能堵漏材料進(jìn)入地層后，可在地層溫度、壓力、pH等環(huán)境因素的刺激下，通過(guò)感知響應(yīng)進(jìn)行自主判斷，在漏失通道自適應(yīng)形成致密的封堵層?，F(xiàn)有的智能堵漏材料如中國(guó)石油大學(xué)(華東)孫金聲院士團(tuán)隊(duì)的智能膜堵漏材料[18]和智能自愈合凝膠堵漏材料[49]。

圖9 智能形狀記憶聚合物堵漏材料[44]Fig.9 Smart shape memory polymer used for lost circulation control[44]

圖10 智能形狀記憶聚合物材料堵漏原理Fig.10 Lost control mechanism of smart shape memory polymer

2 堵漏材料應(yīng)用效果

通過(guò)油田現(xiàn)場(chǎng)堵漏技術(shù)報(bào)告和文獻(xiàn)調(diào)研，選取了全球超過(guò)2000口井的堵漏數(shù)據(jù)，分析了不同橋塞堵漏材料[50-52,58-63,66-72]、吸水/吸油聚合物堵漏材料[53-56,64-65]、聚合物凝膠堵漏材料[13,57]、可固化堵漏材料和智能堵漏材料[39-48]在低漏失、中等漏失、嚴(yán)重漏失和失返性漏失時(shí)的堵漏效果。

2.1 在低漏失的應(yīng)用效果

低漏失是指漏失量小于1 m3/h的漏失[1]。當(dāng)鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度過(guò)高或所鉆地層為高滲透性或微裂縫地層時(shí)，往往發(fā)生低漏失。一般通過(guò)3種方法控制和消除低漏失：①忽略低漏失，繼續(xù)鉆進(jìn)，通過(guò)細(xì)鉆屑累積架橋封堵漏失通道。但是細(xì)鉆屑累積會(huì)影響鉆井液流變性，容易導(dǎo)致其他事故產(chǎn)生[73-74]。②停鉆，關(guān)泵，將鉆桿提到可疑漏失地層之上，對(duì)井眼進(jìn)行處理。③在漏失可疑地層鉆井時(shí)，提前在鉆井液加入隨鉆堵漏材料，這是處理低漏失最好的方法[75-76]。

圖11 堵漏材料在中等漏失地層的使用頻次Fig.11 Application frequency of LCMs in medium loss treatments

圖12 堵漏材料在中等漏失地層的堵漏效果Fig.12 Lost circulation control effectof LCMs in medium loss treatments

2.2 在中等漏失的應(yīng)用效果

中等漏失是漏失速率為1～15 m3/h的漏失[1]。中等漏失發(fā)生一般是由以下3種原因引起的：①由于鉆井液泵關(guān)閉，井眼完全充滿鉆井液時(shí)，環(huán)空水力壓力降低導(dǎo)致井底壓力增大，鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度增大，產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫；②下套管時(shí)由于壓力激動(dòng)或者起下鉆時(shí)鉆井液循環(huán)停止，井底壓力大大超過(guò)地層壓力，產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫；③地層中存在天然裂縫[77]。前2種情況，應(yīng)該降低鉆井液固相含量或降低鉆井液屈服值，最好不采用堵漏材料[1]。當(dāng)?shù)貙又写嬖谔烊涣芽p時(shí)，需要采用堵漏材料封堵漏層，以防漏失繼續(xù)惡化導(dǎo)致嚴(yán)重或失返性漏失。由圖11和圖12可知，在統(tǒng)計(jì)的鉆井工程現(xiàn)場(chǎng)中控制和消除中等漏失時(shí)，堵漏材料使用頻次由大較小分別為橋塞堵漏材料、聚合物凝膠堵漏材料、可固化堵漏材料、復(fù)合堵漏材料(高失水堵漏材料+彈性石墨+橋塞堵漏材料)、高失水堵漏材料，其堵漏成功率分別為64%、62%、79%、91%、68%。復(fù)合堵漏材料堵漏處理中等漏失成功率最高，但是較其他堵漏材料成本高，操作復(fù)雜；可固化堵漏材料堵漏成功率相對(duì)較高，能夠自適應(yīng)進(jìn)入漏層，稠化凝固成具有相當(dāng)強(qiáng)度的封堵層，但是其施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，相較于橋塞堵漏材料對(duì)儲(chǔ)層損害大；聚合物凝膠堵漏材料堵漏成功率和橋塞堵漏材料大體相同，但是其成本較后者高。所以上述3種堵漏材料在中等漏失地層應(yīng)用較少。高失水類(lèi)堵漏材料處理中等漏失時(shí)，堵漏成功率較高，但僅限于高滲透性地層。根據(jù)堵漏成功率和成本考慮，橋塞堵漏材料和高失水堵漏材料是目前處理中等漏失經(jīng)濟(jì)實(shí)用的堵漏材料。

2.3 在嚴(yán)重漏失的應(yīng)用效果

嚴(yán)重漏失是漏失量大于15 m3/h的漏失[1]。嚴(yán)重漏失一般是由于以下2個(gè)原因?qū)е碌模孩傧裸@過(guò)程中由于瞬間的壓力激動(dòng)產(chǎn)生了誘導(dǎo)裂縫；②地層中存在較大的天然裂縫或溶洞[78]。由圖13和圖14可知，在統(tǒng)計(jì)的鉆井工程現(xiàn)場(chǎng)中控制和消除嚴(yán)重漏失時(shí)，堵漏材料使用頻次由大較小分別為橋塞堵漏材料、可固化堵漏材料、高失水堵漏材料、復(fù)合堵漏材料(高失水堵漏材料+彈性石墨+橋塞堵漏材料)、復(fù)合堵漏材料(可固化+橋塞堵漏材料)、智能形狀記憶堵漏材料、吸水/吸油聚合物堵漏材料、復(fù)合堵漏材料(吸水/吸油聚合物+橋塞+可固化堵漏材料)、聚合物凝膠堵漏材料，其堵漏成功率分別為53%、79%、60%、86%、78%、23%、81%、71%、81%。橋塞堵漏材料和高失水堵漏材料成本低，適用方便，在嚴(yán)重漏失中應(yīng)用較多，但是其堵漏成功率較低；單獨(dú)使用智能堵漏材料成功率只有23%，可能是漏失層位預(yù)測(cè)不準(zhǔn)，漏失層溫度無(wú)法確定，導(dǎo)致智能形狀記憶堵漏材料激活溫度出現(xiàn)偏差[45,54]。根據(jù)堵漏成功率和成本考慮，吸水/吸油聚合物堵漏材料、聚合物凝膠堵漏材料堵漏、可固化堵漏材料及以可固化材料為基礎(chǔ)的復(fù)合堵漏材料是目前處理嚴(yán)重漏失效果較好的堵漏材料。

圖13 堵漏材料在嚴(yán)重漏失地層的使用頻次Fig.13 Application frequency of LCMs in severe loss treatments

圖14 堵漏材料在嚴(yán)重漏失地層的堵漏效果Fig.14 Lost circulation control effectof LCMs in severe loss treatments

2.4 在失返性漏失的應(yīng)用效果

失返性漏失是鉆井液完全失返的漏失[1]。導(dǎo)致失返性漏失的主要原因是地層中存在大裂縫或大溶洞。由圖15和圖16可知，在統(tǒng)計(jì)的鉆井工程現(xiàn)場(chǎng)中控制和消除失返性漏失時(shí)，堵漏材料使用頻次由大較小分別為可固化堵漏材料、復(fù)合堵漏材料(可固化+橋塞堵漏材料)、聚合物凝膠類(lèi)堵漏材料、高失水堵漏材料、復(fù)合堵漏材料(高失水堵漏材料+彈性石墨+橋塞+可固化堵漏材料)，其堵漏成功率分別為65%、73%、69%、41%、77%。高失水堵漏材料在較大的裂縫或溶洞中容易被沖走，因此其堵漏成功率最低。以可固化材料為基礎(chǔ)的復(fù)合堵漏材料，可通過(guò)惰性材料的架橋填塞作用，阻止可固化堵漏材料被沖走[79]，所以以可固化材料為基礎(chǔ)的復(fù)合堵漏材料的成功率大于可固化堵漏材料。從堵漏成功率和成本考慮，聚合物凝膠類(lèi)堵漏材料、可固化堵漏材料以及以可固化材料為基礎(chǔ)的復(fù)合堵漏材料是目前處理失返性漏失較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的堵漏材料。

圖15 堵漏材料在失返性漏失地層的使用頻次Fig.15 Application frequency of LCMs in complete loss treatments

圖16 堵漏材料在失返性漏失地層的堵漏效果Fig.16 Lost circulation control effectof LCMs in complete loss treatments

3 堵漏技術(shù)對(duì)策

近年來(lái)鉆井液堵漏材料的研究取得了重要進(jìn)展，經(jīng)歷了從惰性堵漏材料到化學(xué)堵漏材料和智能堵漏材料的發(fā)展，提高了堵漏效果，但是由于裂縫性和縫洞性地層的復(fù)雜性，堵漏效果仍不理想?？傮w而言，鉆井液防漏堵漏仍然存在盲目性和不可預(yù)見(jiàn)性?，F(xiàn)針對(duì)鉆井液防漏堵漏存在的問(wèn)題，結(jié)合常用堵漏材料優(yōu)缺點(diǎn)、堵漏材料發(fā)展方向以及堵漏程序，提出了提高鉆井液防漏堵漏效果的具體措施。

3.1 優(yōu)化現(xiàn)堵漏材料性能

針對(duì)目前常規(guī)堵漏材料在處理復(fù)雜漏失時(shí)，出現(xiàn)適應(yīng)性差、抗溫性能不佳、承壓能力和駐留能力不足等問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)不同堵漏材料的優(yōu)點(diǎn)和適應(yīng)性，優(yōu)化其堵漏性能。橋塞堵漏材料和高失水堵漏材料種類(lèi)繁多，主要是剛性顆粒通過(guò)架橋、失水堆積等作用形成封堵層，導(dǎo)致適應(yīng)性差、功能單一、配方復(fù)雜，堵漏方法難以復(fù)制，部分區(qū)塊返吐嚴(yán)重，應(yīng)注重提高其對(duì)漏失通道的自適應(yīng)封堵能力；吸水/吸油聚合物堵漏材料遇水/油膨脹，吸水速度不可控，抗溫能力幾乎都在140 ℃以下，導(dǎo)致延時(shí)封堵效果和抗高溫性能較差，應(yīng)注重提高其承壓強(qiáng)度、抗溫能力和延遲膨脹能力；常規(guī)聚合物凝膠類(lèi)材料與鉆井液配伍性差、成膠時(shí)間不易控制、抗溫能力低、承壓能力不足，堵漏效果不佳，應(yīng)注重提高其承壓強(qiáng)度、抗溫能力和延遲凝膠能力；可固化堵漏材料施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，抗高礦化度地層水污染和稀釋能力差，容易導(dǎo)致卡鉆或在裂縫或溶洞被水稀釋沖走等問(wèn)題，注重提高施工安全性和抗稀釋能力；由于裂縫性和縫洞性地層復(fù)雜多變，漏失機(jī)理具有多樣性，單一的堵漏材料難以取得較好的效果，應(yīng)通過(guò)多種堵漏材料之間的協(xié)同作用，形成有科學(xué)的有針對(duì)性的復(fù)合堵漏材料。

3.2 研發(fā)智能型堵漏材料

目前智能堵漏材料在鉆井液堵漏領(lǐng)域的研究和應(yīng)用仍處于起步階段，未來(lái)應(yīng)繼續(xù)提高智能堵漏材料性能，拓寬使用范圍，制定科學(xué)化和智能化的堵漏工藝，加快成果轉(zhuǎn)化和工業(yè)化應(yīng)用。智能形狀記憶聚合物堵漏材料到達(dá)激活溫度強(qiáng)度較低，可能導(dǎo)致承壓能力不足。在未來(lái)研究過(guò)程中，智能形狀記憶聚合物材料應(yīng)注重通過(guò)兩階段固化技術(shù)提高其承壓強(qiáng)度；凝膠隨鉆堵漏將凝膠顆粒分散在鉆井液中，通過(guò)在漏失通道中架橋堆積形成封堵，隨鉆隨堵、操作簡(jiǎn)便，但是堆積層易被沖散，承壓能力低，今后應(yīng)注重提高智能凝膠材料在高溫等苛刻條件下的自愈合、自膠結(jié)能力；常規(guī)鉆井液成膜材料膜的厚度較小，在激動(dòng)壓力等條件下容易發(fā)生破壞，僅適用于滲透性漏失地層的封堵，今后應(yīng)實(shí)現(xiàn)智能膜堵漏材料成膜厚度和成膜強(qiáng)度雙提升，提高智能膜對(duì)漏失通道的適用能力；智能仿生材料自適應(yīng)能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗溫能力強(qiáng)，適用于高滲透性漏失及微小裂縫性漏失地層，今后智能仿生材料應(yīng)注重將架橋封堵、自適應(yīng)封堵和智能仿生封堵結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同強(qiáng)化堵漏。

3.3 制定科學(xué)的堵漏技術(shù)準(zhǔn)則

根據(jù)漏失及堵漏機(jī)理和現(xiàn)場(chǎng)堵漏經(jīng)驗(yàn)，形成科學(xué)合理的防漏堵漏決策樹(shù)，選擇合理的堵漏材料及方式，是目前防漏堵漏常用的方法。當(dāng)發(fā)生鉆井液漏失時(shí)，需停鉆，觀察泥漿液面。對(duì)于表層漏失，需測(cè)點(diǎn)定位，封堵漏失；對(duì)于井口溢流，需記錄關(guān)井壓力，壓井。此外，根據(jù)測(cè)量的漏失速率，由堵漏材料應(yīng)用效果可知，對(duì)于低漏失，由于漏失量較小，可以采用清水搶鉆、停泵以及加入隨鉆堵漏材料控制和消除漏失；對(duì)于中等漏失，由于裂縫較小，橋塞堵漏材料和高失水堵漏材料可在漏失層通過(guò)架橋、拉筋、填塞等作用形成致密封堵層，其相對(duì)于可固化堵漏材料和聚合物凝膠類(lèi)堵漏材料成本較低、使用方便，因此橋塞堵漏材料和高失水堵漏材料是控制和消除中等漏失的優(yōu)選方案；對(duì)于嚴(yán)重漏失，橋塞堵漏材料和高失水堵漏材料在較大裂縫或溶洞中容易被沖走，吸水/吸油聚合物堵漏材料、聚合物凝膠類(lèi)堵漏材料、可固化堵漏材料及以可固化材料為基礎(chǔ)的復(fù)合堵漏材料在大裂縫或溶洞中具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力和滯留能力，堵漏成功率較高；對(duì)于失返性漏失，吸水/吸油聚合物堵漏材料是通過(guò)顆粒膨脹架橋封堵，在大裂縫或大溶洞容易被沖走，而聚合物凝膠類(lèi)堵漏材料、可固化堵漏材料以及以可固化材料為基礎(chǔ)的復(fù)合堵漏材料是通過(guò)在漏失通道形成連續(xù)封堵層，因此是控制和消除失返性漏失的優(yōu)選方案。針對(duì)堵漏材料在低漏失、中等漏失、嚴(yán)重漏失和失返性漏失中的應(yīng)用效果，形成了新的堵漏決策樹(shù)，如圖17所示。

圖17 鉆井液堵漏決策樹(shù)Fig.17 Methods of lost circulation control

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)鉆井液堵漏存在的問(wèn)題，應(yīng)重點(diǎn)從優(yōu)化現(xiàn)有堵漏材料性能、研發(fā)智能型堵漏材料和制定科學(xué)的堵漏技術(shù)準(zhǔn)則出發(fā)，提高堵漏材料在一次堵漏中的成功率及可復(fù)制性。針對(duì)低漏失、中等漏失、嚴(yán)重漏失和失返性漏失的漏失機(jī)理的不同，根據(jù)常用堵漏材料優(yōu)缺點(diǎn)及其適應(yīng)性，重點(diǎn)解決堵漏材料的泵入、駐留、抗溫、承壓和封堵強(qiáng)度等方面的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)高效的堵漏材料，以形成應(yīng)對(duì)不同類(lèi)型復(fù)雜漏失的堵漏材料，著力提高堵漏材料的適應(yīng)性和針對(duì)性。智能材料在鉆井液堵漏領(lǐng)域的研究和應(yīng)用仍處于起步階段，未來(lái)應(yīng)繼續(xù)提高智能堵漏材料性能，拓寬使用范圍，制定科學(xué)化和智能化的堵漏工藝，加快成果轉(zhuǎn)化和工業(yè)化應(yīng)用。根據(jù)堵漏材料現(xiàn)場(chǎng)堵漏經(jīng)驗(yàn)和堵漏機(jī)理，結(jié)合各種堵漏材料在不同漏失類(lèi)型中的堵漏效果，制定針對(duì)不同漏失類(lèi)型的防漏堵漏對(duì)策，形成科學(xué)合理的鉆井液堵漏準(zhǔn)則。

總體而言，復(fù)雜地層鉆井液防漏堵漏仍然存在較大盲目性和不可預(yù)見(jiàn)性，未來(lái)應(yīng)結(jié)合常用堵漏材料優(yōu)缺點(diǎn)、堵漏材料發(fā)展方向以及堵漏程序，制定科學(xué)合理的堵漏方案，推動(dòng)鉆井液堵漏技術(shù)的實(shí)用性、創(chuàng)新性和科學(xué)化發(fā)展。