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井筒中的漏失和地层出水是油气井工程中典型的复杂情况,严重影响着安全优质的钻完井设计和施工,要解决这些问题就必须在理论上寻求新的方法进行深入研究,同时研制新型的堵剂,形成新的技术。针对井漏这一钻井液侵入地层的极端形式,以达西定律为依据,结合流体力学动量守恒定律,在对抑制钻井液侵入地层机理分析的基础上,建立了一维、二维钻井液侵入地层模型;并结合井漏的力学分析,建立了堵漏模型。从模型中可以得出:降低地层渗透率和孔隙度,并最终在井壁上形成致密的泥饼是堵漏作业成功的关键;颗粒类堵漏材料密度和体积太大会冲击地层,不利于堵漏作业;符合颗粒级配原理的颗粒类材料在堵漏中会起到较好的效果;在微裂缝中形成渗透率非常低的隔层是阻止裂缝扩展,成功封堵该类漏层的关键;触变性水泥浆为孔洞缝存在的恶性漏失层的封堵提供了有效手段;油溶性水泥浆为储层漏失的封堵提供了有效手段。在对地层出水原因进行分析的基础上,结合流体动力学理论建立了地层出水模型;并结合对地层阻力的分析,建立了地层堵水模型。物模实验研究结果进一步表明:堵水剂进入水层的距离越远,堵水剂最终的粘度越大,地层与堵水剂之间的最大阻力也会越大,也就越有利于对水层的封堵;初始粘度较低,成胶后粘度较大的冻胶材料可以作为有效的堵水剂。在分析常规聚合物冻胶机理和缺陷的基础上,结合交联反应基本原理,研制出了成胶强度更大、成胶时间较短且可控的新型堵剂,并利用红外分析对其机理进行了验证。针对冻胶类堵剂力学性能评价设备方面的不足,设计并建立了冻胶力学性能评价装置。大量的实验研究结果表明:新型堵剂具有较好的耐高温、耐酸碱、耐高矿化度特性;与常规聚合物冻胶相比,新型堵剂具有良好的直角稠化特性,稠度可以超过100Bc,在成胶过程中,静液柱压力基本不变,而且成胶时间相对较短、可控;该堵剂与管壁剪切力梯度非常低,因此即使在钻杆中已经成胶,也容易被压出来,从而可以避免造成井下事故;随着温度的升高,该堵剂的阻压系数逐渐增大,有利于在地层中起到良好的封隔作用;该堵剂可以在裂缝中承受较大的压力,可以用来配合触变性水泥浆对恶性漏失层进行封堵;其堵水能力高于堵油能力,可以用作储层漏失的堵漏剂;该冻胶具有良好的抑制性,可有效地防止页岩膨胀。综合研究表明:新型堵剂具备了良好的堵漏剂和堵水剂性能。