1.4  诱导裂缝型漏失

诱导裂缝型漏失是指在钻井过程中，通过控制钻井液的性质和施工参数，有意引发或促使地层中的裂缝扩大，导致钻井液从井筒中渗漏到地层中，发生诱导裂缝型漏失。根据石油工程师协会 SPE/IADC 钻井会议上已发表论文可知，90%以上的漏失都来自诱导裂缝型漏失。当井底压力（BHP）超过破裂压力时会产生诱导裂缝型漏失，破裂压力取决于原始地应力，并且沿最小的阻力路径形成裂缝，即裂缝垂直于最小原始地应力。如果在σ_v > σ_H > σ_h（σ_V为垂直原始地应力、σ_H为水平原始地应力、σ_h为最小水平原始地应力）的地层中，直井井筒内液柱压力超过了破裂压力，在井壁处则会产生两条裂缝，裂缝面将垂直于最小原始地应力σ_h，但如果原始地应力为σ_v < σ_H =σ_h则会产生水平裂缝。在裂缝刚开启时，钻井液能否进入裂缝内，取决于裂缝的宽度、钻井液流变性和固相含量，仅且只当裂缝足够大时，钻井液才能进入裂缝内，进入过程如图4所示。

当钻井液侵入裂缝并且发生延伸时，在裂缝中可以划分为三个不同的区域，在裂缝最宽的部分，即离井筒较近的位置，裂缝被滤失后剩余的钻井液固相填充。可封堵的裂缝宽度取决于钻井液类型，对于滤失性较好的钻井液，可以封堵更大的裂缝宽度，在失水区和裂缝尖端之间存在钻井液未侵入的区域，如图5（a）所示。

图5（a）所示的二维图例实际上过于简单，因为裂缝是在三维空间内进行延伸的，以井底为坐标原点绘制三维模型，如图5（b）所示，裂缝前缘将在最薄弱的部位向前延伸，因此裂缝前缘不一定保持直线。真实的裂缝面是粗糙的，而粗糙程度取决于岩石的类型，这些因素的存在将导致裂缝在某些特定的位置延伸，而不是简单地沿着整个裂缝前缘延伸。

2. 堵漏材料研究进展

堵漏材料是一种由颗粒状、纤维状或者凝胶复合物组成且能够通过泵机注入到井下，达到架桥和封堵裂缝目的的材料。颗粒（包括粒状和片状）材料、纤维材料以及复合凝胶材料已经被广泛应用于钻井堵漏之中，同时颗粒材料与纤维材料的配合堵漏在钻井堵漏中也是比较常见的。根据堵漏材料的物理性阻碍和化学反应堵漏方式可将堵漏材料分为可固化堵漏材料、常规化堵漏材料以及可固化和LCMs混合堵漏材料三大类。物理性障碍堵漏是指通过填充漏洞或裂缝的方式形成物理性障碍，当堵漏材料进入漏洞或裂缝时，它们会占据空间并填充其中，从而缩小或完全阻断流体的通道，以达到堵漏目的；化学反应堵漏是指堵漏材料通过化学反应发生固化，产生坚硬的固化产物，形成密实且具有一定强度的封堵体。现行的堵漏材料可以细分为以下几种，如图6所示。

堵漏材料封堵裂缝的过程大致可以分为以下4个阶段：分散、架桥、封堵、支撑。架桥和封堵的区别在于架桥可以提供力学强度，但架桥都是由相对粗糙的颗粒形成，间隙较大，导致渗透率过高，不能形成有效的封堵带。因此，想要彻底控制漏失，架桥颗粒之间的空隙必须要用较小的颗粒进行填充，从而达到彻底封堵漏失通道的目的，架桥和封堵机理如图7所示。

2.1 可固化堵漏材料

可固化堵漏材料是一种在液态下被泵入井下并在井下固结封堵漏层的材料。可固化堵漏材料可以是水泥、黏性物质、膨润土、油基钻井液体系、交联体系等材料，固化前为了便于泵注，可固化堵漏材料应有足够低的表观黏度。在固化过程中，选用的材料要有足够的强度去承受井眼的压力波动，如果选用的可固化堵漏材料还能产生一定的膨胀，就能增强它的封堵能力，同时还能提高封堵带的强度。可固化堵漏材料的一个重要特性就是屈服应力，屈服应力的大小决定了封堵带在承受井筒压差时的稳定性，屈服应力数学表达式见公式（2）。

式中

∇P—屈服应力，Pa/m；

w_h—裂缝水力学宽度，m；

τ_Y—堵漏材料的屈服应力，Pa。

根据公式（2）可知，可固化堵漏材料承受压力波动的能力由其在固化后的屈服应力决定。

2.1.1 水泥堵漏材料

水泥堵漏的原理是通过水泥浆的扩散、填充和凝固，形成一个坚固的封堵体，如图8所示。在其它材料都无法发挥堵漏作用的情况下，水泥可能是一种有效的封堵材料，其抗压能力相比其他材料强，能够提升封堵效果，所以水泥常被用来处理高渗透性砂岩地层严重漏失问题。水泥被认为是为数不多的几种可以有效应对溶洞型储层漏失的处理剂之一。膨润土、颗粒堵漏材料（碳酸钙）以及纤维类堵漏材料都能够作为水泥体系的添加剂来配合使用，Han等提出了一种水性环氧树脂与超细普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥共混的新型复合材料，可以快速填充井眼漏失部位，常用于渗透性低的井漏，如固体漏失和泥层裂缝漏失等。王胜等研制了一种深孔纳米复合水泥基护壁堵漏新材料，在温度100℃时，该材料的初始流动度可达28cm，初始阶段的衰退相对平缓，表现出很好的稳定性。刘政等为解决新疆油田准噶尔盆地南缘地区低压地层和断层裂缝等复杂地层漏失难题，自主研发了油基膨胀型堵漏剂DHF系列，其具备卓越的抗压强度和回弹性能，抗压能力可达到30 MPa，回弹率为12.2％-15.5％，该系列的堵漏剂还表现出良好的抗高温性能，能够抵御160℃的高温环境。鲜明等为解决托普台地区的砂岩渗透漏失、界面胶结不整合等漏失问题，选用纤维和水泥进行混合堵漏，取得较好的堵漏效果。Mata等为解决严重漏失问题，利用氧化镁交联水泥封堵破碎带，能够做到固井作业时没有发生漏失，其氧化镁交联水泥的加注量为0.5-1.0 L/m，但水泥在完全未固化前，在漏失通道中的流动能力也可能会变成制约封堵效果的一个不利因素。

2.1.2 交联体系类堵漏材料

交联体系类堵漏材料是由时间和温度触发或通过钻头处的剪切作用触发，实现液体的凝胶化反应，从而形成稳定且抗渗透的封堵体，具有快速固化、耐高温、耐酸碱、抗压强度高等特点，其封堵原理如图9所示。

通常交联体系类堵漏材料与水发生反应生成固化物，Ali等研发了一种名为BLCM的复合堵漏材料，其主要由特殊纤维颗粒、植物纤维和聚合物组成，当BLCM堵漏材料泵入到漏失区域，BLCM材料在吸水后膨胀，形成一种网状结构，具有一定的强度和黏弹性，再通过形变能力进入到不同尺寸和形状的孔隙与裂缝中，起到堵漏效果，如图10（a）所示。吸油树脂堵漏材料是一种多孔性材料，具有高度吸油能力和大表面积，能够迅速吸收油污并固定在材料表面，其特点包括高效清除油污、可重复使用、环保友好和适用于多种油污类型和场景，如图10（b）所示。王中华利用聚合物凝胶堵漏剂与其他材料配合使用，很好地解决了钻井过程中的恶性漏失，对碳酸盐岩、裂缝发育地层及孔洞漏失特别有效，交联聚合物图样如图10（c）所示。

也有学者研究出具有独特排水能力的交联聚合物。罗兴树等选择使用聚丙烯酰胺作为成胶剂，采用三价铬和酚醛作为交联剂形成一种聚合物凝胶，在油气井钻井过程中具有奇特的排水堵漏能力。Zhou等研制了一种聚合物凝胶，该凝胶以三乙醇胺、二异丙醇钛（TE）和聚乙烯醇（PVA）溶液化学交联制备而得，PVA分子链上的—OH通过络合反应与TE交联剂中的Ti⁴⁺离子发生化学交联，交联链段可以抑制链运动，形成稳定的“蟹状结构”型凝胶。考虑到凝胶强度和凝胶时间，TE交联剂的浓度选取为2.2%时，凝胶性能最佳。汪建军等研制了一种有机/无机复合凝胶封堵材料，主要由功能型聚合物、交联剂和刚性无机材料组成，这种复合凝胶在不同裂缝中的堵漏性能见表3。

常见的交联体系类堵漏材料包括M-I公司推出的FORM-A-PLUG、FORM-A-SET、FORM-A-SETAKX等凝胶堵漏材料系列，罗平亚院士团队研发的ZNT特种凝胶以及孙金声院士团队研发的抗高温凝胶堵漏剂和剪切响应型凝胶堵漏剂等。