堵漏剂是天然气勘探以及构筑物抗渗防水等工程中起到重要作用

封堵剂是工程中一种必不可少的材料，在隧道建设，石油、天然气勘探以及构筑物抗渗防水等工程中起到重要作用[1, 2]。

国内外封堵剂品种繁多，根据其作用机理，可将常用封堵剂分为桥接封堵剂、高失水封堵剂、暂堵材料、化学封堵剂和无机胶凝封堵剂[3, 4]等五种。

本文主要论述这五种封堵剂的研究进展，希望成为相关研究、生产和应用者重要的参考资料。

1 桥接封堵剂

在国外，早在上世纪50年代就开始使用桥接封堵剂，到上世纪80年代初，桥接封堵剂已得到广泛应用。美国约90％的漏失井问题都是通过采用桥接封堵剂来处理。我国从上世纪60年代就开始使用谷壳、稻草和蛭石等材料对浅井段和严重漏失的井进行堵漏作业，并取得一定效果[3, 5]。

1.1 桥接封堵剂的种类及作用机理

桥接封堵剂按其形状可分为颗粒状材料、纤维状材料和片状材料，其作用机理主要有挂阻“架桥”作用、堵塞嵌入作用、渗滤作用、“拉筋”作用、膨胀堵塞作用及“卡喉”作用等。桥接封堵剂的分类及其作用机理见表1。

1.2 桥接封堵剂的主要性能要求

桥接封堵剂的来源相当广泛，一般能满足以下四点要求的材料，均可用作桥接封堵剂：

(1) 与携带液(泥浆)无明显的化学作用，对泥浆性能无破坏性影响，且具有一定的抗温能力；

(2) 起“架桥”作用的硬果壳类材料必须具有一定强度，棱角分明，且在水中和碱液中浸泡后强度无明显降低；

(3) 便于加工和贮存，不易腐烂变质；

(4) 来源广，价格便宜，便于大批量采购。

就颗粒状材料而言，其必须具有合适的几何尺寸和机械性能，以便能承受桥塞两侧的压差作用。通常来说，颗粒状材料的更佳尺寸应为地层中漏失通道开口尺寸的三分之一，此时方能形成稳定的桥堵。在桥堵的形成过程中，颗粒状材料必须具有足够的抗压、抗张和抗剪切强度才能承受由压差引起的弯曲应力和纵向应力。同时，颗粒状材料还必须具有足够的硬度，以防止颗粒在应力作用下发生变形从而降低堵漏效果。颗粒状材料可以很好地减少渗漏，但仍然会有微小的渗漏通道存在，而纤维状和片状材料可以很好地解决这一问题。纤维状和片状材料通常具有很好的弹性和塑性，可以产生一定的形变，挤入微小的孔隙中，桥接并填塞微小的渗漏通道。显然，弹性和塑性是纤维状材料和片状材料更重要的性能。

因此，将坚硬的颗粒状材料与易弯曲的纤维状或片状材料合理地复合使用可达到更佳封堵效果。

2 高失水封堵剂

高失水封堵剂是近几年发展起来的新型封堵剂，种类较多，其中较为常用的两种堵漏剂为DTR堵漏剂和DCM堵漏剂。高失水堵漏剂以其使用方便、见效快、成功率高以及适用范围广等特点深受各种工程的欢迎[3, 5]。

2.1 高失水封堵剂的作用机理

通常情况下，高失水封堵剂要配成浆液来使用。堵剂配成的浆液进入漏失井段后，在泥浆液柱压力和地层压力产生的压差作用下迅速失水，浆液中的固相组分聚集、变稠，形成滤饼，继而压实，填塞漏失通道，达到减缓漏失的效果。同时，由于所形成的堵塞具有高渗透性的微孔结构及整体充填特性，能透气透水，但不能透过泥浆，导致泥浆在所形成的塞面上迅速失水，形成光滑平整的泥饼，从而进一步封堵漏失通道。堵剂的滤失量越大，滤失速度越快，堵塞的形成也就越迅速。在堵剂中混配一定量的颗粒状惰性材料，便可以用来封堵较大的漏失通道，这是因为颗粒材料的桥接作用，使得原有漏失通道的横截面积相对变小，有利于建立压差，形成堵塞。

2.2 DTR堵漏剂

DTR堵漏剂是由渗滤性良好的材料、纤维状材料及聚凝剂复合而成的粉剂。根据施工现场要求，其可配制成DTR-1型(软塞)和DTR-2型(硬塞)两种高失水堵剂。DTR堵漏剂的特点及使用方法如下。

(1)该堵剂可直接与清水或泥浆混合配制成高失水堵漏浆液。根据井内情况，可添加加重剂来调节泥浆密度，有利于安全钻井。

(2)该堵剂可部分酸溶，酸溶率约为35％，可酸化解堵，有利于油气开发。

(3)该堵剂既可单独配成浆液使用，也可与惰性材料复配进行堵漏。渗透性漏失地层处宜单独使用，裂缝性漏失地层处应与惰性材料复配使用。

2.3 DCM堵漏剂

DCM堵漏剂由桥堵剂、充填剂、支撑剂、增强剂和固化剂组成[7]。

桥堵剂是一种易变性的惰性材料，其尺寸与地层漏失裂缝尺寸相近。桥堵剂的主要作用是在漏失的孔隙中构成骨架，形成初级桥塞。桥堵剂的粒度分布、强度等特性是堵漏剂质量的关键，其更佳用量为5％-7％。

充填剂是一种多孔性惰性材料，其粒度为(0.1-0.4) mm，具有良好的滤失效果和分散特性。充填剂的主要作用是充填孔隙，迅速形成致密的泥饼，形成桥塞，也可以起到悬浮加重材料的作用，其更佳用量为70％-75％。

支撑剂由坚硬的颗粒状物构成，如果壳粒和贝壳粉等。支撑剂主要用作孔隙中的支撑材料，防止孔隙变形以及桥塞在孔道或裂缝中滑动。它可以和桥堵剂一起形成初级桥塞，其用量视现场实际情况而定。

增强剂由长度为毫米级的植物纤维构成。增强剂可在桥堵剂形成的骨架上二次架桥，使泥饼更加致密，并在泥饼中形成网状结构，使泥饼的强度增加，其更佳用量为15％。

固化剂是二价金属氧化物，它可以使泥饼变硬。

3 暂堵材料

在石油和天然气的勘探开发中，如果在油、气层中发生渗漏，大量泥浆或堵漏浆液的进入会对油、气层造成损害。水泥浆、桥接封堵剂和一般的化学堵漏剂在一定条件下都具有较好的堵漏效果，但不易解堵，不适宜油气层堵漏。将生石灰和泥浆按一定比例配成的石灰乳在堵漏后可通过酸化解堵，但施工现场配制较为困难。因而有必要开发既有较好的堵漏效果，又能在投产过程中解堵，并且成本低廉、使用方便的堵漏剂。目前，国内外已相继开发出了几种适用于油、气层堵漏的堵漏剂，并已广泛应用于现场，取得了良好的效果[3, 5, 8-11]。

常用的暂堵材料有单向压力封闭剂、OP-1防漏堵漏剂、PCC暂堵剂和超细碳酸钙等

当井筒中泥浆柱压力大于地层压力时，泥浆中的胶体颗粒和单向压力封闭剂进入地层，封堵地层中孔喉或微裂缝，阻止泥浆向地层漏失；

当进行测试或采油时，降低井筒内液柱压力，形成负压差，地层中流体将单向压力封闭剂和胶体粒子推出孔喉和微裂缝，自动解堵，失去封堵作用

OP-1防漏堵漏剂

软化点为160℃，颗粒为不规则体，粒度在(60-200)目范围内的颗粒占90％，不溶于水，但能很好地分散在水中

对于砂砾岩渗透性漏层，由于OP-1颗粒在软化点以下有一定的强度，小于漏失通道尺寸的颗粒可进入漏失通道，在喉道口形成桥接骨架，进而形成垫层和泥饼，起到充填和桥堵漏层的作用；

对于泥页岩等裂缝性漏层，由于OP-1颗粒具有一定的可塑性，因而在压差下能被挤入小于颗粒尺寸的裂缝，起到堵塞漏层的作用；

当井下温度接近软化点时，颗粒变形，可起到涂敷漏层井壁的作用

PCC暂堵剂

由75％-84％的酸溶性主体材料、10％-15％悬浮拉筋剂和6％-10％的助滤剂组成

将其和清水按一定比例配成浆液后，用钻具泵入井内，在漏层和井筒间的压差作用下，浆液产生快速滤失，在漏失通道中形成坚韧致密的滤饼，从而堵塞通道；

由于PCC暂堵剂中含有90％左右的酸溶材料，生成的滤饼酸溶率达80％以上，故易于酸化解堵，适合产层堵漏，具有保护油、气层的功能

超细碳酸钙

其粒度分布在(3-10) μm范围内，峰值位于8 μm左右

在流动或搅动状态下，超细碳酸钙在泥浆中有较强的分散性，很容易随泥浆渗入漏失通道，对渗透性和微裂缝性地层中各种尺寸的漏失通道有较强的适应性

4 化学封堵剂

化学封堵剂是指以聚合物和聚合物-无机胶凝物质为基础的堵漏处理剂，分为三种类型：一是高分子化合物堵漏剂，如PMN化学胶凝堵漏剂；二是无机胶凝物质和高分子化合物混合而成的堵漏剂，如SYZ膨胀性堵漏剂；三是以泥浆为基础加入各种固化剂所形成的堵漏体系，如聚丙烯酰胺堵漏剂[3, 8-11]。

5 无机胶凝堵剂

无机胶凝堵剂包括水泥、石膏和石灰等混合浆液，其中以水泥为主，是钻井工程更常用的封堵剂之一。水泥具有原料来源广、价格便宜以及灌注工艺简单等优点，深受各种工程的欢迎。值得注意的是，使用水泥封堵漏层后，漏层会具有很高的承压能力，这是其它封堵剂所无法比拟的。

水泥是无机胶凝堵剂的主剂，它可在水中直接配成堵漏浆液，亦可用烃基液体(柴油、原油等)配制。为了满足不同井下条件堵漏施工的需要，可加入各种水泥外加剂来调整其稠化时间、流变性、密度和其它性能；为了提高堵漏效果，还可用水泥与各种惰性填料和化学剂配制成各种堵漏浆液[9-11]。无机胶凝堵剂的分类及其特点见表3。

将一定比例的膨润土、水泥和定量的柴油混合搅拌，使其形成比较稳定的悬浮液，由钻杆内注入到漏层，并和管外同时注入的泥浆相混合，泥浆中所含的水可逐步替换出油浆中所含的油从而实现堵漏