摘要
提高钻井液封堵能力是有效解决硬脆性页岩、煤层等复杂地层井壁失稳的主要技术手段。本文以在一定温度、压力条件下30 min的滤失量为评价标准，对几种封堵材料的封堵特性进行了实验研究。结果表明：除超细碳酸钙外，其他材料随着加量的增加，封堵效果越来越好；乳化沥青、乳化石蜡和油溶性酚醛树脂随着温度的升高，封堵效果变差，而聚乙二醇和聚酯先变差然后又有一定程度的恢复；聚酯和超细碳酸钙能够快速封堵微裂缝；几种封堵剂均对钻井液的流变性能有较明显的影响。对各封堵材料的封堵机理分析表明：不同的封堵材料具有不同的封堵特性，分别适应不同的温度、压力条件。只有根据井下实际情况，有针对性地选择与之相适应的封堵材料，才能有效提高水基钻井液的封堵能力。
随着能源勘探与开采的步伐加快，深井、超深井、复杂结构井等数量日益增多，深部复杂地层井壁失稳问题显得更加突
目前，评价钻井液封堵材料的封堵性能的方法很多，包括高温高压静/动滤失量评价方法、流动装置岩心评价方法、高温高压砂床滤失量、高温高压砂床渗透失水等评价方
实验准备了7个配方。1号：钻井液基浆，配方为水+4%膨润土+0.3%Na2CO3+0.5%LV-CMC；2号：基浆+乳化沥青；3号：基浆+聚乙二醇；4号：基浆+聚酯；5号：基浆+乳化石蜡；6号：基浆+油溶性酚醛树脂；7号：基浆+超细碳酸钙（800目与400目的超细碳酸钙按照质量比3∶2充分混合）。
向钻井液基浆中分别加入1%、3%、5%的封堵材料，充分搅拌，利用高温高压封堵评价仪（裂缝宽度设置为30 μm，下同）测试在120 ℃、3.5 MPa的条件下30 min内的滤失量，根据测试结果，分析加量对封堵特性的影响，实验结果见
图1 封堵材料加量对封堵特性的影响
Fig.1 Effect of the adding amount of plugging materials on plugging characteristics
滤失量越低，表明封堵材料对微裂缝的封堵效果更好。由
为便于横向比较，结合2.1节的实验结果，向钻井液基浆中分别加入3%的各封堵材料，充分搅拌后，分别在温度为100、120、150 ℃，压差为3.5 MPa的条件下测定30 min的高温高压滤失量，结果见
图2 温度对封堵材料封堵特性的影响
Fig.2 Effect of the temperature on plugging characteristics of plugging materials
从
钻井液基浆中加入3%的各封堵材料，充分搅拌后，在120 ℃、3.5 MPa条件下，测定在30 min内不同时间点的高温高压滤失量，分析各封堵材料的封堵特性随时间的变化规律，实验结果见
图3 封堵材料的封堵特性随时间变化规律
Fig.3 Plugging performance of plugging materials vs time
高温高压滤失量的稳定时间越早，表明封堵材料对微裂缝的封堵越快速，十分有利于微裂缝发育的硬脆性页岩、煤岩等地层的井壁稳定。从
在钻井液基浆中加入3%的各封堵材料，充分搅拌后，测定钻井液的表观粘度（AV）、塑性粘度（PV）和动切力（YP），实验结果见
封堵材料对钻井液流变性能影响越小，越有利于其在实际工程中的应用。从
总体上讲，封堵材料随钻井液循环的过程中，在存在压力差的条件下，通过地层的滤出效应、颗粒运动的惯性作用、颗粒的扩散作用以及沉淀作用等而被地层捕获，从而在地层微裂隙或孔隙形成封堵层，阻断地层通道，阻止钻井液液相向地层渗透，达到稳定井壁的目
（1）乳化沥青是最常用的水基钻井液封堵材料之一，在一定温度条件下，沥青能够变软变形，能够较好地进入地层微裂缝，形成致密的封堵层；同时，沥青具有疏水能力，其吸附于井壁上，形成疏水层，延缓了水进入地层，从而起到防塌作用。也就是说，乳化沥青不仅具有表面堆积、架桥填充作用，还具有憎水阻隔效应。
（2）超细碳酸钙则是在井筒压力差作用下，进入地层微裂缝，在合适的粒度分布范围内，通过上一级颗粒架桥，次一级颗粒逐级填充，在裂缝内形成致密封堵层。其封堵效果跟粒径分布范围与地层微裂缝宽度分布的匹配关系密切相关，匹配越好，封堵能力越强。与其他材料相比，超细碳酸钙对温度不太敏感，由本文实验结果也印证了这一点。
（3）聚乙二醇具有浊点效应，即在一定温度条件下，聚乙二醇能够从溶液中析出胶体微粒，在微裂缝中聚集变大，逐步形成封堵层。但要形成有效封堵，需要的聚乙二醇浓度较高，且其封堵效果与温度密切相关，达不到其浊点温度，便不具有封堵能力。
（4）乳化石蜡成乳液状态分散于水基钻井液中，随钻井液滤液进入地层微裂缝，并在裂缝壁面吸附形成“膜”，使裂缝具有“贾敏效应”，从而阻止钻井液滤液进入微裂缝，达到稳定井壁的目的。
（5）聚酯封堵微裂缝的机理与乳化沥青类似，在温度和压力的作用下软化变形，进入微裂缝架桥、填充，在裂缝前段形成致密封堵
（6）油溶性酚醛树脂能完全溶于油，但不溶于水。在水基钻井液中依然保持微粒状态，与乳化沥青类似，油溶性酚醛树脂也具有一定的软化点，当温度达到软化点时，可以变软变形，在压差作用下，挤入地层微裂缝，并堆积形成致密封堵层，阻止水进入地层，防止地层坍塌。
本文采用高温高压封堵评价仪，对乳化沥青、聚乙二醇、聚酯、乳化石蜡、油溶性酚醛树脂及超细碳酸钙等水基钻井液封堵材料的封堵特性进行了实验研究，得到以下几点结论：
（1）在评价的加量范围内，除了超细碳酸钙的封堵效果受加量影响较小外，其他几种封堵材料对微裂缝的封堵效果受加量的影响均较大，加量越多，封堵效果越好。
（2）在评价的温度范围内，乳化沥青、乳化石蜡和油溶性酚醛树脂对微裂缝的封堵效果随温度升高而变差；而聚乙二醇和聚酯对微裂缝的封堵效果随温度的升高先变差，然后又有一定程度的恢复；超细碳酸钙对微裂缝的封堵效果受温度影响不明显。
（3）在30 min内，聚酯和超细碳酸钙能快速实现对微裂缝的封堵，聚乙二醇、乳化石蜡和油溶性酚醛树脂对微裂缝的封堵速度则相对较慢，而乳化沥青在30 min内的滤失量一直在增加，只是在3 min后的增加幅度比前3 min要小。
（4）几种封堵材料均对钻井液流变性能有较大的影响。在加量相同的情况下，钻井液表观粘度相差不大；对钻井液塑性粘度影响最明显的是聚乙二醇，而对动切力影响最大的是油溶性酚醛树脂，最小的是乳化沥青。
（5）现场应用时，要根据井下温度条件、地层裂缝宽度范围等，有针对性地选择与地层条件相匹配的钻井液封堵材料，才能取得理想的封堵效果，达到防止井壁坍塌的目的。
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