摘要
在新一轮战略找矿行动中，为了更好地完成大量的钻探工作，减少冲洗液的漏失，降低钻探施工成本，应加强膨胀堵漏材料的研究和应用。本文综述了吸水膨胀材料、吸油膨胀材料、形状记忆形变堵漏材料的合成方法；为适应钻孔堵漏的需求，提高膨胀材料的强度、抗盐性以及延迟膨胀技术；采用膨胀堵漏材料进行堵漏时的施工工艺。为膨胀堵漏材料的推广应用提供指导。
矿产资源是经济社会发展的重要物质基础，面对日益复杂的国际环境，为了提升国内能源资源保障能力，我国十四五规划了《新一轮找矿突破战略行动》；2023年全国自然资源工作会议全面启动了新一轮战略性矿产国内找矿行动。要围绕加强重要能源矿产资源国内勘探开发和增储上产，突出紧缺和大宗战略性矿产，以重要含油气盆地和重点成矿区带为重点，根据地质工作程度分类施策实施勘查找矿。钻探工作必将大量布置，在实施过程中钻孔漏失问题始终是地质勘探开发需要解决的一个主要技术难点，若不及时发现和处理，大量泥浆材料不仅被漏失，而且占用钻探施工时间，降低钻探效率，还可能引发井塌、井喷和卡钻等恶性事故，甚至导致整个钻孔报废，造成不可挽回的重大经济损失。
近年来通过广大钻探科技人员的不懈努力，在堵漏技术方面取得了众多科研成果，堵漏材料的品种也不断增多，解决了许多钻孔漏失的实际问题。膨胀类堵漏材料具有吸水或吸油后体积膨胀和变形性等优点，通过自动调节体积膨胀的程度适应不同形状、多种尺寸的漏失通道，不受漏失通道形状和尺寸的影响，可以解决桥接类堵漏材料和高失水类堵漏材料无法解决的自适应堵漏问题，在钻探施工中得到了大量应用。
膨胀堵漏材料由于自身分子结构的特点，含有较多的亲水或亲油基团，同时具有一定的交联度，既不溶于水、也不溶于有机溶剂。通过亲水或亲油基团吸水或吸油后体积发生膨胀，而记忆功能恢复材料是通过温度或其他外力刺激恢复原来的形状，当它们进入到漏失通道后就能根据其所需形状、尺寸进行调节来适应漏失通道，从而达到智能封堵漏失的目标。
吸水膨胀材料是一种新型高分子材料，利用高吸水树脂进行性能改进后与其它材料配合用于钻孔堵漏，根据聚合采用的单体和添加材料类别不同主要分为：吸水膨胀类聚合物、矿物复合类吸水膨胀材料、天然产物改性膨胀材料等；高聚物可以采用本体聚合、溶液聚合、反相悬浮聚合、反相乳液聚合，也可以通过辐射交联聚合、辉光放电等离子聚合、超声波法等方法制
吸水膨胀材料的性能主要取决于在制备时单体的中和度，选取的交联剂、引发剂、添加剂，聚合反应时对温度、时间的控制。翟科军
利用安全、高效、操作简单的微波和超声波也可引发吸水材料的聚合反应。葛华才
由于高吸水树脂吸水后的强度显著降低，难以满足堵漏实际需求，必须通过一些技术方法提高其强度来满足应用需求。研究发现：交联密度越大，高吸水性树脂的凝胶强度越高，可以通过添加无机物、改变颗粒表面结构、与弹性体接枝等方法提高膨胀材料吸水后的强度。自然界蕴含丰富的粘土矿物（膨润土、高岭土、坡缕石、海泡石、伊利石、硅藻土、蛭石、滑石等）是一种很好的添加剂，因为在其表面有大量活性基团-OH存在，片层之间有大量阳离子可供交换，能够改善吸水材料的网络结构、提高综合性能。通过在高聚物中添加粘土矿物既可提高膨胀材料吸水后的强度；也可降低生产成本，有利于膨胀材料的推广应用，其中使用最多的是膨润土和高岭土。
膨润土中主要成分是蒙脱石，它具有较好的物理、化学稳定性，作为多官能团的无机材料其性能主要受蒙脱石品质的影响，能与有机物单体（丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈、顺丁烯二酸酐等）或多元共聚物进行接枝聚合，在一定程度上也起到了交联剂的作用，能够和聚合反应中的交联剂一起对膨胀材料的交联密度产生影响，增大空间阻碍性从而提高合成材料吸水膨胀后的强度，但过多膨润土会使膨胀材料的吸水性能显著下降，加入膨润土的质量份数一般控制在10%~30%。探矿工艺所严君凤早在1997年就开展膨胀堵漏材料研究，通过添加非金属材料膨润土提高膨胀堵漏材料的强度，小型化生产了膨胀堵漏材料用于贵州地质勘探孔堵漏。余丽秀
高岭土主要由层状硅酸盐矿物高岭石组成，高岭石是1∶1层型硅铝结构，既为硅氧四面体和铝氧八面体之间层层交替排列而成，层与层之间用氢氧键连接，晶层之间连接紧密、粘附能较大，水分不易进入晶层中间，但其表面存在羟基，亲水性较
两种矿物原料复合同时加入到高聚物中形成共聚，可以发挥两者间的协同作用。梁瑞婷
吸水膨胀材料受盐的影响吸水能力会下降，一价盐和多价盐对吸水膨胀材料的吸水能力影响是不同的。一价盐如钾盐、钠盐、铵盐，该类盐的存在，使聚合物链同性斥力减弱，也使离子浓度梯度减少，线型聚合物粘度降低，而交联聚合物膨胀倍率降低，造成吸水倍率显著下降。多价盐的影响比较复杂，当多价金属盐存在时不仅产生上述一价盐同样的影响外，而且形成新的交联体，甚至线型聚合物变成非线型、多价交联聚合物，造成该类材料膨胀率降低，吸水能力显著下
为了吸水膨胀材料更好地适应钻井液环境，需要提高该类材料的耐盐性，通过采取在聚合时引入非离子型亲水单体改善其耐盐性。胡鹏
吸油膨胀材料主要是利用亲油性的单体作为聚合物的基本单元，经过适度交联后，得到具有三维网络交联结构或者微孔结构的低交联度聚合物。由于聚合物的单体具有很强的亲油性，使得聚合物分子中存在着大量的亲油基团，这些基团与油品分子之间的相互作用力推动了聚合物对油品的吸收作用。王建华
油基钻井液由于成本和环境保护的问题，在实际应用较为有限，但随着高温深井、海上钻井、页岩气水平井段、大斜度定向井等各种复杂、高难度钻探任务的出现，近年油基钻井液不断受到关注。油基钻井液几乎不与水敏性地层矿物发生反应，具有非常强的页岩抑制性、润滑性好、热稳定性好等优点，有利于保持井壁稳定，对于高温深井和水敏性地层具有明显的优势，然而油基钻井液成本很高，一旦出现漏失对施工费用造成的损失难以估量，但油基钻井液条件下堵漏材料研究甚少。页岩地层裂隙较多，遇水易膨胀，在钻井施工中容易发生裂缝型井漏，且大多采用昂贵的油基钻井液，针对该类地层刘
形状记忆聚合物是由固定相和高分子链段组成的弹性聚合物网络，聚合物网络的永久形状由固定相决定，高分子链段是形状记忆聚合物的控制开关，属于可逆
由于常见类吸水膨胀材料吸水速度太快，导致堵漏材料还未进入漏失通道前就发生膨胀，在漏层表面形成堆积，不能在漏失通道中形成致密承压封堵层。通过对膨胀材料表面进行包覆处理；大分子改性设计、物理掺杂、引入温度敏感官能团、控制交联密度等方法，可赋予膨胀堵漏材料新的特性来满足钻探堵漏施工现场的需求。
利用疏水聚合物材料，通过喷涂、凝封或包衣等方式对高吸水树脂进行处理，可以制备一种可控膨胀堵漏材料。在泵送至漏层前几乎不膨胀，当其到达漏层时在温度作用下包衣膜融化，膨胀材料被释放、迅速膨胀，达到定位堵漏的目的，可以有效地封堵漏失地层，提高漏失地层的承压能力。薛玉志
通过在聚合反应中控制交联密度及引入填充材料，使其在常温下具有较低的膨胀速度，更易进入漏失通道；在井底高温下或特定条件下（碱性）可加快膨胀速度，有利于快速形成封堵层，降低钻井液漏失量。臧晓宇
膨胀材料在结构上是含有大量亲水性基团、具有一定交联度的空间网络结构，它是由化学交联与树脂分子链间的相互缠绕物理交联构成的，依靠树脂内部的三维网络空间的作用，吸收大量的自由水贮存于聚合物内实现体积膨胀。膨胀材料吸水过程是非常复杂的，未吸水时，高分子长链相互靠拢、缠绕在一起形成网状结构，从而达到整体上的紧固程度；当膨胀材料与水相遇时，存在亲水基与水分子的水合作用、高分子电负性强的氧原子形成氢键作用、疏水基团与水的相互作
膨胀材料产品大多为颗粒型，对于裂缝型、缝洞型漏失较为适合。堵漏施工时，膨胀堵漏材料在漏失压差作用下不断进入漏失通道，在水基钻井液或油基钻井液中浸泡后吸液发生体积膨胀，在孔隙喉道处、裂缝变小或弯曲处通过架桥、捕集、沉积作用等产生封堵。由于产生漏失的裂缝的开度、深度具有不确定性，膨胀堵漏颗粒进入钻孔的漏层后，由于自身具有较强的变形性，使其能够自适应不同形状的裂缝或孔洞，可以满足不同裂缝尺寸的需求，解决了裂缝或孔洞对堵漏材料的选择效应，弥补了传统堵漏材料级配很难合理的缺陷；由于膨胀颗粒本身吸液（水或油）使得体积不断膨胀，在漏层内具有一定的扩张填充和内部挤紧、压实作用，且封堵强度随着时间增加而逐渐增大，膨胀堵漏材料颗粒发生弹性变形使封堵层的渗透性进一步降低，从而达到封堵漏失的目的，如果匹配刚性材料、纤维材料将会形成坚实的封堵层。
钻孔大部分漏失通常是由裂缝引起的，自然裂缝和孔洞漏失约占70%，诱导裂缝漏失约占20%，其他漏失约占10%，裂缝性地层漏失造成的损失占漏失花费的90
长庆西峰油田侏罗系洛河组下部地层埋深在700~1100 m，垂直和水平裂缝发育。钻孔存在垂直长裂缝，由裂缝型地层造成的严重漏失引起井漏，并且漏速大，钻井液有进无出。采用水泥堵漏效果不理想，有些井用水泥堵漏10多次均失败。左凤江
伊拉克Halfaya油田区块地质结构复杂，多个层位裂缝发育，地层承压能力差，钻进过程中极易发生间断性、持续性漏失。由于孔隙尺寸、裂缝宽度分布广，在同一段漏失地层中各种尺寸的孔隙、裂缝同时存在。以前在Halfaya油田使用的桥接堵漏材料（果壳、云母、单封、碳酸钙颗粒等）只能封堵某些特定宽度范围的裂缝或孔隙，对其它尺寸的孔隙、裂缝难以形成有效的封堵层。黄峥
为了防止膨胀材料堵漏未进入漏失地层前就发生膨胀，关键是如何控制好膨胀时间，采用专用投送工具把膨胀堵漏材料输送到确定的漏失地层是一种较好的方法。探矿工艺所宋军
王海涛
（1）本文对吸水、吸油膨胀堵漏材料近年的研究和堵漏应用情况进行了总结，通过广大科技人员大量的不断研究，提高了高吸水树脂吸水后强度和改进了材料的耐盐性，使得该类堵漏材料在钻探堵漏方面得到了较好的应用，但很多研究工作停留在实验室阶段，仍需加强钻探现场应用研究。
（2）在生产方面工业化速度进展极其缓慢，需要继续加强这方面的研究工作；包覆法用于堵漏材料延迟膨胀还存在包衣材料选择范围小、包覆不均匀、包覆工序复杂等缺陷需要进一步改进才能得到更好的推广应用。
（3）在堵漏工艺方面，钻探施工时难以准确获取漏失通道开口尺寸，为了提高堵漏成功率，如何保障膨胀堵漏材料在进入裂隙前不膨胀，使其进入裂缝后更好地发挥膨胀堵漏功能，仍需加强这方面的研究工作。
（4）由于油基钻井液成本太高，吸油膨胀材料研究较少，近年由于页岩气水平孔钻进的需求，需要加大这方面的研究工作，才能更好地促进页岩气的开发利用和满足一些特殊钻孔的需求。
（5）复杂地层井漏对堵漏材料的综合性能提出了更高的要求，形状记忆材料展现出良好的膨胀行为可控性，能够感知并响应外界环境变化进行形状恢复，可以弥补传统惰性材料和吸水树脂颗粒膨胀材料的不足，应该加强该类材料的研究，根据钻孔漏失层的情况，准确制备形状记忆材料以满足钻探堵漏的需求，实现智能化堵漏是广大钻探科技人员不断努力的方向。
参考文献（References）
马妍春，李辉云，张伟娜，等.高吸水树脂制备方法的研究进展［J］.吉林省教育学院学报，2014，30（6）：146-148. [百度学术]
孙宾宾，杨博.高吸水性树脂超声波法制备研究进展及趋势［J］.化学工程师，2014，223（4）：30-32. [百度学术]
严君凤.新型堵漏材料的合成［J］.钻井液与完井液，1998，15（1）：42-44. [百度学术]
赖小林，王中华，郭建华，等.吸水材料在石油钻井堵漏中的应用［J］.精细石油化工进展，2010，11（2）：17-21. [百度学术]
翟科军，范胜，方俊伟，等.吸水膨胀树脂复合堵漏剂的研发与性能评价［J］.油田化学，2021，38（2）：196-203. [百度学术]
欧阳传湘，刘骜烜.钻井液用耐温微球堵漏剂的研制及性能评价［J］.科学技术与工程，2014，14（32）：201-205. [百度学术]
葛华才，黄国荣，文庆柄.无引发剂下微波辐射法制备壳聚糖-丙烯酸高吸水材料［J］.材料导报，2007，21（11A）：85-87. [百度学术]
王艳丽，谭德新，魏广超.AM/AMPS高吸水性树脂的超声制备与性能研究［J］.化工新型材料，2008，36（6）：61-63. [百度学术]
程艳玲，徐祖顺，易昌凤.超声引发聚合反应的研究［J］.胶体与聚合物，2008，26（1）：37-39. [百度学术]
余丽秀，张然，孙亚光，等.丙烯酸盐/膨润土/淀粉共聚复合高吸水材料制备研究［J］.非金属矿，2005，28（6）：18-20. [百度学术]
吴哲超，祝宝东，王鉴，等.粘土矿物/聚合物复合高吸水材料研究进展［J］，硅酸盐通报，2015，34（9）：2557-2561. [百度学术]
沈上越，夏开胜，范力仁，等.煅烧高岭土/PAA-AM高吸水保水复合材料的合成与性能研究［J］.功能材料，2007，（1）：154-156. [百度学术]
梁瑞婷，李锦凤，周新华，等.凹凸棒/膨润土聚丙烯酸钠复合吸水树脂的合成及其吸水速率［J］.化工新型材料，2008，36（3）：36-38. [百度学术]
Hutadilok N， Mochimasu T， Hisamori H，et a1. Carbohydr Res， 1995，268：143-149． [百度学术]
李云开，许廷武，周春发等.金属离子对聚丙烯酸钾-丙烯酰胺共聚型SAP交替吸水吸盐特征的影响［J］.高分子材料科学与工程，2010，26（3）：39-42. [百度学术]
胡鹏，范莹，贺龙强.玉米芯/膨润土复合高吸水性树脂的制备及降解研究［J］.焦作大学学报，2022，（3）：78-82. [百度学术]
崔英德，郭建维，刘卅，等.静态溶液聚合法合成SA-IP-SPS型高吸水树脂［J］.化工学报，2003，54（5）：665-669. [百度学术]
王建华，王玺，柳丙善，等.油基钻井液用改性树脂类抗高温防漏堵漏剂研究［J］.当代化工研究，2021，（3）：150-152. [百度学术]
张凡，许明标，刘卫红，等.一种油基膨胀堵漏剂的合成及其性能评价［J］.长江大学学报（自然科学版），2010，7（3）：507-509. [百度学术]
刘政，李茂森，蒋学光.川渝页岩气井油膨胀随钻防漏治漏技术及应用［J］.天然气勘探与开发，2021，44（1）：118-124. [百度学术]
李红梅，申峰，吴金桥，等.新型油基钻井液堵漏剂性能［J］.钻井液与完井液，2016，33（2）：41-44. [百度学术]
王敏生，光新军，孔令军.形状记忆聚合物在石油工程中的应用前景［J］.石油钻探技术，2018，46（5）：14-20. [百度学术]
王照辉，崔凯潇，蒋官澄，等.基于形状记忆环氧树脂聚合物的温敏可膨胀型堵漏剂研制及性能评价［J］.钻井液与完井液，2020，37（4）：412-420. [百度学术]
暴丹，邱正松，叶链，等.热致形状记忆“智能”型堵漏剂的制备与特性实验［J］.石油学报，2020，41（1）：106-115. [百度学术]
杨倩云，王宝田，杨华，等.形状记忆聚合物型温控膨胀堵漏剂的制备及应用［J］.钻井液与完井液，2021，38（2）：189-195. [百度学术]
薛玉志，唐代绪，刘振东，等.可控膨胀堵漏剂包覆工艺技术研究［J］.钻井液与完井液，2008，25（5）：23-25. [百度学术]
张歧安，徐先国，董维，等.延迟膨胀颗粒堵漏剂的研究与应用［J］.钻井液与完井液，2006，23（2）：21-24. [百度学术]
臧晓宇，邱正松，暴丹，等.新型延迟膨胀堵漏剂特性实验研究［J］.钻井液与完井液，2020，37（5）：602-607. [百度学术]
史野，左洪国，夏景刚，等.新型可延迟膨胀类堵漏剂的合成与性能评价［J］.钻井液与完井液，2018，35（4）：62-65. [百度学术]
刘廷栋，刘京.高吸水性树脂的吸水机理［J］.高分子通报，1994，（3）：181-185. [百度学术]
徐同台，刘玉杰，申威，等.钻井工程防漏堵漏技术［M］.北京：石油工业出版社，1997. [百度学术]
左凤江，丁玉兴，虞海法，等.水化膨胀复合堵漏工艺技术［J］.钻井液与完井液，2006，23（5）：56-58. [百度学术]
黄峥，董殿彬，宁军明，等.水化膨胀型凝胶堵漏技术在伊拉克油田的应用［J］.钻采工艺，2014，37（3）：95-97. [百度学术]
宋军，严君凤.高膨胀材料堵漏技术及工艺［J］.西部探矿工程，2000，（1）：89-90. [百度学术]
李志宏，陈鹏伟，高果成.适用于鄂尔多斯盆地天环塌陷西翼的体膨胀堵漏工艺［J］.钻井液与完井液，2018，35（1）：61-65. [百度学术]
王海涛，张远丰，李魁广，等.吸水膨胀树脂的堵漏应用效果［J］.中国煤炭地质，2012，24（8）：95-97. [百度学术]
