井下手术——堵漏技术

江河出现洪峰时，倘若大坝上有动物活动的洞穴，或修建堤坝时留下的孔隙和裂缝，都易发生渗水、坍塌、溃堤等事故，故有千里之堤毁于蚁穴的警句。在钻井施工过程中，由于井下地层的岩石存在孔隙、裂缝或溶洞等漏失通道，使得钻井液可在井下地层流动。当钻井液的液柱压力大于地层孔隙压力或地层破裂压力时，在压差的作用下钻井液进入地层发生漏失。地层漏失是一种常见的井下复杂情况，是影响施工安全和钻探效率的主要因素。

一、为什么会发生漏失？

钻井过程中发生漏失的原因包括地质因素：裂缝、溶洞、破碎带等天然“伤口”；人为因素：钻井施工操作不当或压力失衡，如钻井液密度过高、下钻过快等诱因或压裂裂缝等人工“伤口”。根据漏失地层通道的基本形态，主要分为孔隙型漏失、裂缝型漏失和溶洞型漏失三类。

图1 裂缝型地层井漏示意图

二、井漏的危害

井漏的危害不容小觑。例如，钻井液漏失导致循环中断，钻屑无法携带至地面，发生卡钻问题；缺少钻井液的液柱压力对井壁的支撑作用，地层失稳引发井壁坍塌；若漏层与油气层连通，还可能污染地下水或引发井喷。因此，如何快速有效封堵地层漏失，成为钻井工程中一项关乎安全与效益的核心技术。

三、堵漏技术：精准“微创手术”

堵漏如同为地层实施“微创手术”，根据不同类型的漏失“对症下药”。目前，国内外已研发了一系列堵漏技术，主要包括：随钻堵漏技术，在钻井液中加入随钻堵漏剂；桥塞堵漏技术，专门配制堵漏浆液，加入核桃壳、玉米芯等桥接堵漏材料和高失水堵漏剂等；化学固结堵漏技术，由脲醛树脂、酚醛树脂或水泥等堵漏材料配制而成的化学固结堵漏浆液；聚合物凝胶堵漏技术，如采用植物胶类交联凝胶、聚丙烯酰胺交联凝胶等类型凝胶；复合堵漏技术，如桥塞堵漏技术与水泥固结堵漏技术、聚合物凝胶堵漏技术与水泥固结堵漏技术等多种堵漏技术复合堵漏；波纹管或套管堵漏技术。不同堵漏技术的优缺点详见表1。

表1 不同堵漏技术优缺点表

采用随钻堵漏技术和桥塞堵漏技术封堵漏层，类似快速“止血”，适用于中小型漏失，操作简单、成本低。采用水泥化学固结堵漏技术封堵漏层，类似刚性“骨板固定”，封堵漏层后能形成具有高强度、高承压能力的固结体。采用可自降解的聚合物凝胶堵漏技术封堵漏层，类似柔性“创可贴”，聚合物凝胶能在漏失地层通道中驻留形成柔性屏障，稳定一段时间后，聚合物凝胶自降解，漏层通道得到恢复，适用于油气储层、地热储层堵漏。基于此，中国地质调查局北京探矿工程研究所成功研发了绿色自降解交联凝胶堵漏技术和抗高温聚合物凝胶堵漏技术。

1.绿色自降解交联凝胶堵漏技术

该技术选用瓜尔胶衍生物等绿色环保材料，利用瓜尔胶衍生物分子链支链上顺式邻羟基基团与锆酸酯类交联剂发生配位交联反应形成一种绿色自降解交联凝胶。该凝胶可自动降解（见图2和图3），具有无毒、生物降解性好、自降解时间可调、抗水稀释性强和凝胶强度高等特点，已在西宁地热DR2024井发生失返性漏失的非目标热储层开展堵漏试验，初步验证了绿色自降解交联凝胶堵漏的效果。

（a：第1天；b：第15天；c：第22天）

图2 室温下不同时间下凝胶的状态图

图3 室温下已自动破胶的凝胶状态

2.抗高温聚合物凝胶堵漏技术

该技术采用铝镁硅酸盐作为触变剂，降解原理为：聚合物凝胶存在以多种烯丙基单体共聚合成的分子结构，分子链中通过共聚引入了丙烯酸酯单体，形成了潜在的水解破胶链接，从而实现自破胶。具有抗温150℃、抗污染能力强等特点，加入强制破胶剂后48h破胶降解（见图4），岩心渗透率恢复值达85%以上。已在乍得BC1-16井失返性漏失地层成功应用，有效封隔储层井段。

图4 聚合物凝胶降解前后状态图

钻井堵漏是资源开发与地层保护之间的平衡艺术。每一次成功堵漏，都是地质认知、材料科学和工程智慧的结晶。未来，随着技术迭代发展，这项“地下微创手术”将更加精准高效地为能源安全筑牢防线。