摘 要

井漏是当下钻井过程中常见和相对难以治理的一种井下复杂事故，已成为影响钻井进度的主要因素之一，甚至会引发程度不等的安全事故。本文通过综合分析漏失成因类型和机制、国内外新型堵漏材料在不同环境和条件下的表现以及它们与井筒和地层等因素之间的相互作用，阐述了水泥堵漏材料、交联体系堵漏材料、金属类堵漏材料、颗粒LCMs堵漏材料、纤维类堵漏材料以及可固化和LCMs混合体堵漏材料的特点和堵漏机理，总结了不同种类的堵漏材料在不同地层漏失中的应用效果及优缺点。结果表明：结合堵漏成功率和经济实用因素，在处理高渗透孔隙型地层漏失中选择水泥堵漏材料，堵漏成功率达到91%；在处理溶洞型地层漏失中选择可固化和LCMs混合堵漏材料，堵漏成功率达到89%；在处理天然裂缝型地层漏失中选择纤维类堵漏材料，堵漏成功率达到75%；在处理诱导裂缝型地层漏失中选择颗粒LCMs堵漏材料，堵漏成功率达到92%。研究成果对提升钻井液堵漏效果、推动堵漏技术的发展具有重要的理论和技术借鉴意义。

井漏是制约安全高效钻井的重要工程问题之一。昂贵的钻井液漏入地层以及重新建立循环所花费的大量非生产时间会大幅度增加钻井的成本。如果井漏不加以治理还可能引起井控、井眼净化不良、阻塞和卡钻等复杂事故的发生。在钻井设计阶段选择合理的预防措施可以显著减少井漏的问题，如果通过预防措施无法避免漏失的发生，那么就需要有效措施来控制井漏。针对不同类型的钻井液漏失问题，国内外的学者已研发出一系列堵漏材料。根据堵漏机理大体上可以划分为可固化堵漏材料（如水泥、聚合物凝胶等）、常规化堵漏材料（Lost Circulation Materials，简称LCMs）（如颗粒、矿物纤维等）以及可固化和LCMs混合体堵漏材料（如凝胶和LCMs复合体等）三大类。尽管上述堵漏材料的研发为应对钻井液漏失提供了有效的措施，但对于复杂的地层漏失仍存在一定的盲目性和不可预见性。现行的堵漏手段缺乏科学性和针对性，导致同一种堵漏材料在不同地层显现出堵漏效果差异大、抗温性能不稳定、承压能力和驻留能力不足等问题，这些问题导致井筒堵漏成功率不高，堵漏技术难以推广，因此井漏事故仍未能有效控制和消除。

针对目前复杂地层漏失的堵漏难题，包括一次性堵漏成功率低和堵漏技术难以复制的问题，本文通过综合分析近十年来国内外文献，详细阐述了可固化堵漏材料、常规化堵漏材料（LCMs）以及可固化和LCMs混合体堵漏材料的特点和堵漏机理，深入探讨了不同堵漏材料在面对不同地层漏失时的应用效果，对提升钻井液堵漏效果以及促进堵漏技术的进一步发展具有重要的理论和技术启示。

1. 钻井液漏失机理及诊断

研究漏失机理有助于深入了解井漏产生的原因，从而为选择合适的堵漏剂提供指导。不同类型的堵漏剂在成分、颗粒大小、流动性等方面存在差异，因此对钻井液漏失机理的分析有助于精准选择合适的堵漏剂，提高封堵效果。Nelson等根据钻井液漏失程度将漏失分为如下类型：渗漏（漏失速率小于1.6m³/h）、部分漏失（漏失速率在1.6-16 m³/h之间）、严重漏失（漏失速率超过16m³/h）和失返性漏失（没有钻井液返回井口）。仅根据钻井液漏失程度来分类相对简单，没有考虑到漏失机理或者漏失发生条件，不同的漏失机理可能在不同的地层中发挥的作用不同，因此可根据漏失通道的类型，将漏失归为如下类型：高渗透性基质型漏失、溶洞型漏失、天然裂缝型漏失和钻井诱导裂缝型漏失，诊断方法见表1。

1.1 高渗透性基质型漏失

高渗透性基质型漏失是指在钻井作业中，井下地层中存在高度渗透性的基质，使得钻井液在这些基质中渗透、渗漏，最终导致钻井液流失到地层中。这种漏失通常发生在地层中存在高度渗透性岩石或土壤中，钻井液相对容易进入岩石或土壤的孔隙和裂缝，易导致高渗透性基质型漏失的发生。该漏失特征是起初漏失非常缓慢，但随着后续钻井的钻进，导致更多的高渗透性岩石与钻井液接触，钻井液漏失的速率则会逐渐增大。随着时间的推移，钻井液在井壁上形成滤饼，导致漏失速率逐渐减小，但漏失并不会完全停止，直到钻到高渗透性地层为止，漏失特征如图1所示。在破碎地层中，钻井液漏失也被视为高渗透性基质型漏失，例如当钻遇盐膏层时会出现这种情况。

1.2 溶洞型漏失

溶洞型漏失是指在钻井过程中，钻井液通过地层中的洞穴或溶隧道等溶洞型结构时漏失到地层中。当钻头钻遇溶洞时，漏失就会立即发生，特别是当几个溶洞连通时，漏失的钻井液体积可能非常大，甚至可能造成失返性漏失（没有钻井液返回井口），从而导致井眼卡钻、坍塌、井喷失控等事故。其钻井液漏失特征如图2所示。

1.3 天然裂缝型漏失

天然裂缝引起的钻井液漏失是指在钻井过程中，由于地层中存在天然裂缝或裂隙，导致钻井液从井筒中渗漏到地层中。该类型的漏失通常发生在地下岩层中存在天然裂缝、裂隙或断层的区域，约76%的漏失是由天然裂缝造成的。天然裂缝是否会导致钻井液漏失取决于以下3个因素：井筒液柱压力大小、裂缝水力学宽度和钻井液流变性。对于天然裂缝型漏失而言，两个主要的控制因素分别是裂缝水力学宽度W_h和井底压力（BHP），而井底压力又是其中的关键因素。基于这两个因素对天然裂缝型漏失情况的进一步说明，见表2。

天然裂缝需要足够宽且具有足够的渗透性，才会引起天然裂缝型漏失，但不是所有的天然裂缝都能引起钻井液漏失，因为大部分的天然裂缝是闭合的或被矿物填充的，裂缝变得很窄或不可被渗透。如果天然裂缝互相连通，那么引起的漏失则是严重漏失或失返性漏失。Sanfillippo等通过对现场的数据进行分析后认为，钻井液漏失事件后期可近似表示为

式中

V_cum—从漏失开始直到时间t时漏失到裂缝中的钻井液累计体积，L；

V₀—瞬时漏失量，L/min；

t—漏失时长，min；

C—经验系数。

钻井液漏失速率与时间曲线表现出漏失速率突然增大和逐渐减小，具体漏失特征如图3所示。