防漏堵漏理论与技术进展
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（“屏蔽暂堵剂优选的新方法 ”及“分形几何理论在屏蔽暂堵剂优选中的应用 ”）
继承粒径优选的“三分之二”架桥规则，利用“分形几何学”和“盒维数” 描述孔隙及颗粒粒度的分布分维数，以分维数相近作为优选暂堵剂的原则，优 选出不同粒子之间的最优组合配方
R LihuiLab○
For you superexcellent
（屏蔽式暂堵技术在储层保护中的应用研究以及“裂缝性储集层的屏蔽式暂堵技术）
暂堵颗粒粒径尺寸是平均孔喉直径 1/3 ～ 2/3 ，同时充填粒子的尺寸为平均 孔喉直径1/4～1/3，暂堵剂浓度达到5%时，可以实现快速有效的封堵漏失通道
R LihuiLab○
For you superexcellent
为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
一、普通聚合物钻井液体系自身动塑比较低，携带能力不足，清洁井眼靠表观粘度中 的塑性粘度，当量循环密度远远高于当量静态密度。特别是小环空间隙提高排量实现携带 目的，会加大当量循环密度与当量静态密度的差值，即增大漏失驱动压力，动态压漏地层 二、普通聚合物钻井液体系自身防漏能力不足。一是不能在地层漏失时实时封堵漏失 通道，二是不能有效地降低当量循环密度，无法满足低地层压力、低破裂压力下施工要求 三、发现漏失后挤桥堵浆，进入地层后的刚性颗粒在打开的裂缝中起支撑作用。如果 加入的充填粒子和柔性粒子不能合理配伍，导流能力很强。建立循环后，墙的井眼一侧颗 粒被冲走，漏失就难以避免。地层孔隙压力高时，破裂压力高，挤浆时可能不会诱导裂缝； 孔隙压力低时，破裂压力低，诱导裂缝大，漏失加剧。目前，见漏就桥堵，在思想上是盲 目的，理论上是错误的，行动上是有害的 因此，人们寻找降低压液柱压力的方法来防漏堵漏
高渗非胶结地层
诱导裂缝地层
大洞大缝地层
高渗非胶结地层
断层和天然裂缝地层
漏失带来的后果主要有六项
R LihuiLab○
For you superexcellent
漏失的后果
（1）液柱压力降低而井喷 （2）固相清除不及时而卡管柱 （3）水泥浆充填不足而无法有效封隔地层 （4）增长钻井周期，需要补救，增加成本 （5） 加剧储层伤害 （6） 严重者油井报废
为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
8、2000年，M.A.Dick等在理想充填理论的基础上 发展优选暂堵剂颗 粒方法-理想暂堵基线
（Optimizing the Selection of Bridging Particles for Reservoir Drilling Fluids ） 颗粒累积体积 与颗粒粒径的平方 根构建坐标图 ，孔 喉尺寸分布建立理 想暂堵基线 。认为 与该基线最接近且 稍靠左的累积曲线 的配方能够取得理 想的暂堵
封堵墙
地层压力（低）
这个挡水墙有时很好地挡住了受液柱压力驱动的流体，有的则不然
无工作流体 侵入带
架桥带
R LihuiLab○
For you superexcellent
这些理论和材料的根本目的是为建立 “挡水墙”
一、同一漏失层，漏失通道分布十分广泛，不可能全面封堵，因而封堵低效。 ①全面封堵架桥粒子的粒径大小选择困难，不可能实现全部封堵；②很有 可能是小颗粒先进入储层造成储层伤害后，合适的颗粒再架桥形成外滤饼 封堵；③地层在温度、压力条件下，漏失通道大小与室内测定的不一致 二、同一井眼，不同压力地层，窄安全密度窗口，选择合适钻井液密度困难。 ①稳定井壁需要较高的钻井液密度，但高密度会导致漏失地层漏失；② 要控制漏失，就要封堵地层，提高漏失地层承压能力。封堵地层就要遇 到封堵遇到的问题；不封堵地层就要漏失，不能完成钻探目的 三、封堵墙所需要的封堵材料无法达到承压要求。封堵材料，不管是封堵同 一漏失地层，还是封堵同一井眼的不同压力系统，由于封堵材料形成的 是一层隔墙，材料的承压能力无法承受钻井液液柱压力，使得封堵失败 四、不同作业环节，不同作业目的，不同技术措施对井壁强度要求不同，这 墙有时不总存在。作业方式变化，封堵方式变化，导致钻井不漏完井漏、 完井不漏修井漏的现象非常普遍。不同作业过程往往采取不同钻井液， 工作液之间的配伍性无法保证
R LihuiLab○
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漏失大漏失通道看，可以分为两大类
地层存在天然漏失通道
地层存在后天漏失通道
R LihuiLab○
For you superexcellent
漏失定义
漏失可以定义为，油气井作业 过程中，井筒内工作流体如钻井 液、水泥浆、修井液等进入地下 高渗透带、孔穴地层、天然或诱 导地层裂缝的现象。其原因是存 在高于地层压力的液柱压力和地 层中的渗流通道。这是漏失的两 个基本条件 井漏耗钱费时。作业过程中， 漏失既可以是流体在容器内液面 慢慢降低，也可能是流入井眼有 进无出 漏失流体滤失不一样。滤失更 多的时候与原生孔隙相关，而漏 失则与原生孔隙和次生孔隙相关
4 漏失后用桥堵浆堵漏后，同样的排量，漏失速度比封堵前还要大。这在大家看来没有堵 住，堵漏材料不行或工艺条件不行。实际上不是这么简单
R LihuiLab○
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有时建立这堵墙时 还会加剧漏失程度
实质是低孔隙压力降低后，不仅增加漏失驱动力，还降低地层破裂压力。 漏失是现象，是结果。地层破裂压力下降是本质，提高地层承压能力是根本
诸如橡胶、水泥、纤维、 塑料、聚合物、无机凝胶、 树脂、沥青、微粉纤维、固 相颗粒等等，一直应用于油 气井防漏堵漏。当然机械也 用于堵漏
遗憾的是，非常满意的很少
R LihuiLab○
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为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
1、1961年，Garl Gatlin提出了封堵层最大密度理论
10月13日 10月13日 10月14日 10月14日
下完套管循环
地质循环 地质循环 桥堵后循环 桥堵后循环
15
30 25 25 22
22.8
12 6 20 11.6
大排量造缝
大排量造缝 低排量闭合裂缝 桥堵粒子支撑裂缝 低排量裂缝不能闭合
1 总体看，漏失与排量正相 关。漏失发生之前，钻井 液静止、循环时没有任何 漏失现象。但漏失后，相 同地质条件下，排量越大， 漏失越严重 2 局部看，下套管后循环、 地质循环、桥堵后循环后 漏失，也存在排量与漏失 速度正相关的规律 3 理论分析，排量越大当量 循环密度越大，即动态漏 失压力越大漏失越严重。 无论总体还是局部，都符 合这个规律
拿 2003 年来说，全 球用于防漏堵漏的费用 高达 8 亿美元，还不包 括用于处理漏失引起的 井下事故费用。随着油 气田趋于衰竭，漏失越 来越严重
井漏是最常见现象而且是最烧 钱的井下复杂情况
R LihuiLab○
For you superexcellent 一般说来
漏失的后果
工作液中固相细度不足以封
当暂堵颗粒累积分数与粒径的平方根成正比时或在坐标图上呈直线时，可 实现颗粒在漏失通道的理想充填
R LihuiLab○
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为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
3、1977年，A. Abrams提出了“三分之一”架桥规则
（Mud Design To Minimize Rock Impairment Due To Particle Invasion）
R LihuiLab○
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防漏堵漏理论与技术进展
——与中国石油集团渤海钻探工程有限公司专家们探讨
郑力会
中国石油大学（北京） 20Βιβλιοθήκη Baidu1年11月 华北油田 · 任丘
R LihuiLab○
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郑力会简介
郑力会，中国石油大学（北京）教师，研究员，LihuiLab（力会
暂堵颗粒在 粒径累积分布曲 线上 90%的颗粒
粒径累积值对应
的粒径大小与储 层最大孔喉直径 或最大裂缝宽度 相等时，可取得 理想暂堵效果
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为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
7、2000年，崔迎春等从分形几何学角度提出复配暂堵剂的分形暂堵模型
（Some Effects of Size Distribution on Particle Bridging in Lost Circulation and Filtration Tests ）
从室内实验出发，探讨了不同粒径粒子有效充填的比例，分析漏失充填最 大惰性粒径粒子作用，并在室内封堵岩心和滤失实验的基础上，验证当充填层 的密度达到最大时可以有效封堵漏失或将滤失降低到最小值
澜博）创始人。1991年获江汉石油学院钻井工程学士学位、1999年获
华中理工大学西方经济学硕士学位、2005年获中国石油大学（北京） 油田化学工程博士学位 郑力会早先在中国石油集团公司塔里木油田从事钻井生产和项目 管理十一年。2002年起，一直从事油田化学工作，重点致力于钻井、 完井、修井、固井等油井作业过程中防漏堵漏和提高地层承压能力机 理研究和技术开发的绒囊工作流体。出版著作三部、文章30余篇，申 请专利10多项
R LihuiLab○
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有的建立这堵墙时 还会加剧漏失程度
某油田TX井钻井期间两次漏失排量与漏失速率统计
日期 作业内容 排量 L/S 22 17 漏失速度 方 /时 失返 40 结论
10月4日 10月5日
下完套管循环 下完套管循环
大排量造缝 大排量造缝
10月6日
R LihuiLab○
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这些理论和材料的根本目的是为建立 “挡水墙”
“墙”的一 边是高压，另一 边是低压。“墙” 的强度决定了防 漏堵漏的成败。 然而，“墙”有 孔隙和渗透性， 在流体中存在自 由水和压力的条 件下，防漏堵漏 有条件成功
小颗粒侵入带
钻井液
环空
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为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
6、1998年，Hands N.等人依据Kaeuffer M.提出的理想充填理论， 进一步提出了屏蔽暂堵D90规则
（Drilling in Fluid Reduces Formation Damage Increases Production Rates）
堵井壁表面，任何一种地层都可 能发生渗漏
部分漏失则发生在高渗透率
的破碎地层、天然裂缝或者是开 始造缝 大漏一般发生在大段破碎带 、 天然大裂缝、诱导宽裂缝或者溶 洞地层
所以，为作业顺利，为经济效益和社会影响，必须防漏堵漏
R LihuiLab○
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防漏堵漏好处
钻井液中包含的架桥材料的粒径大于或等于三分之一孔隙尺寸，并且架桥 粒子在钻井液中的浓度达到5%时，架桥粒子能够有效架桥封堵漏失通道
R LihuiLab○
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为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
4、1992年，罗向东等人通过室内实验进一步发展了“三分之一”架 桥规则，三分之二架桥理论
（1） 缩短作业周期 （2 ）避免经济损失 （3）控制储层伤害 （4）保证工作液携带信息返回地面 （5）便于补充维护工作液 （6）避免由于漏失引起的井下复杂状况
正是因此，防漏堵漏材料
和方法不断涌现
R LihuiLab○
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为防漏堵漏 人们几乎用上能找到的所有材料
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为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
2、1973年，Kaeuffer M.提出了理想暂堵式充填理论
（Optimum de Remplissage Granulometrique et Quelques Proprietes S’ y Rattachant）
5、1996年，Mei Wenrong等建立了优化暂堵剂颗粒的孔喉网络模型
（Pore and Throat Network Model and Its Application to The Optimal Selection of Temporary Plugging Particles）
认为暂堵剂堵塞的孔喉数目越多，钻井液侵入岩心的深度越浅，以此优选 具有保护储层的暂堵剂粒径
继承粒径优选的“三分之二”架桥规则，利用“分形几何学”和“盒维数” 描述孔隙及颗粒粒度的分布分维数，以分维数相近作为优选暂堵剂的原则，优 选出不同粒子之间的最优组合配方
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（屏蔽式暂堵技术在储层保护中的应用研究以及“裂缝性储集层的屏蔽式暂堵技术）
暂堵颗粒粒径尺寸是平均孔喉直径 1/3 ～ 2/3 ，同时充填粒子的尺寸为平均 孔喉直径1/4～1/3，暂堵剂浓度达到5%时，可以实现快速有效的封堵漏失通道
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为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
一、普通聚合物钻井液体系自身动塑比较低，携带能力不足，清洁井眼靠表观粘度中 的塑性粘度，当量循环密度远远高于当量静态密度。特别是小环空间隙提高排量实现携带 目的，会加大当量循环密度与当量静态密度的差值，即增大漏失驱动压力，动态压漏地层 二、普通聚合物钻井液体系自身防漏能力不足。一是不能在地层漏失时实时封堵漏失 通道，二是不能有效地降低当量循环密度，无法满足低地层压力、低破裂压力下施工要求 三、发现漏失后挤桥堵浆，进入地层后的刚性颗粒在打开的裂缝中起支撑作用。如果 加入的充填粒子和柔性粒子不能合理配伍，导流能力很强。建立循环后，墙的井眼一侧颗 粒被冲走，漏失就难以避免。地层孔隙压力高时，破裂压力高，挤浆时可能不会诱导裂缝； 孔隙压力低时，破裂压力低，诱导裂缝大，漏失加剧。目前，见漏就桥堵，在思想上是盲 目的，理论上是错误的，行动上是有害的 因此，人们寻找降低压液柱压力的方法来防漏堵漏
高渗非胶结地层
诱导裂缝地层
大洞大缝地层
高渗非胶结地层
断层和天然裂缝地层
漏失带来的后果主要有六项
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漏失的后果
（1）液柱压力降低而井喷 （2）固相清除不及时而卡管柱 （3）水泥浆充填不足而无法有效封隔地层 （4）增长钻井周期，需要补救，增加成本 （5） 加剧储层伤害 （6） 严重者油井报废
为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
8、2000年，M.A.Dick等在理想充填理论的基础上 发展优选暂堵剂颗 粒方法-理想暂堵基线
（Optimizing the Selection of Bridging Particles for Reservoir Drilling Fluids ） 颗粒累积体积 与颗粒粒径的平方 根构建坐标图 ，孔 喉尺寸分布建立理 想暂堵基线 。认为 与该基线最接近且 稍靠左的累积曲线 的配方能够取得理 想的暂堵
封堵墙
地层压力（低）
这个挡水墙有时很好地挡住了受液柱压力驱动的流体，有的则不然
无工作流体 侵入带
架桥带
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这些理论和材料的根本目的是为建立 “挡水墙”
一、同一漏失层，漏失通道分布十分广泛，不可能全面封堵，因而封堵低效。 ①全面封堵架桥粒子的粒径大小选择困难，不可能实现全部封堵；②很有 可能是小颗粒先进入储层造成储层伤害后，合适的颗粒再架桥形成外滤饼 封堵；③地层在温度、压力条件下，漏失通道大小与室内测定的不一致 二、同一井眼，不同压力地层，窄安全密度窗口，选择合适钻井液密度困难。 ①稳定井壁需要较高的钻井液密度，但高密度会导致漏失地层漏失；② 要控制漏失，就要封堵地层，提高漏失地层承压能力。封堵地层就要遇 到封堵遇到的问题；不封堵地层就要漏失，不能完成钻探目的 三、封堵墙所需要的封堵材料无法达到承压要求。封堵材料，不管是封堵同 一漏失地层，还是封堵同一井眼的不同压力系统，由于封堵材料形成的 是一层隔墙，材料的承压能力无法承受钻井液液柱压力，使得封堵失败 四、不同作业环节，不同作业目的，不同技术措施对井壁强度要求不同，这 墙有时不总存在。作业方式变化，封堵方式变化，导致钻井不漏完井漏、 完井不漏修井漏的现象非常普遍。不同作业过程往往采取不同钻井液， 工作液之间的配伍性无法保证
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漏失大漏失通道看，可以分为两大类
地层存在天然漏失通道
地层存在后天漏失通道
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漏失定义
漏失可以定义为，油气井作业 过程中，井筒内工作流体如钻井 液、水泥浆、修井液等进入地下 高渗透带、孔穴地层、天然或诱 导地层裂缝的现象。其原因是存 在高于地层压力的液柱压力和地 层中的渗流通道。这是漏失的两 个基本条件 井漏耗钱费时。作业过程中， 漏失既可以是流体在容器内液面 慢慢降低，也可能是流入井眼有 进无出 漏失流体滤失不一样。滤失更 多的时候与原生孔隙相关，而漏 失则与原生孔隙和次生孔隙相关
4 漏失后用桥堵浆堵漏后，同样的排量，漏失速度比封堵前还要大。这在大家看来没有堵 住，堵漏材料不行或工艺条件不行。实际上不是这么简单
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有时建立这堵墙时 还会加剧漏失程度
实质是低孔隙压力降低后，不仅增加漏失驱动力，还降低地层破裂压力。 漏失是现象，是结果。地层破裂压力下降是本质，提高地层承压能力是根本
诸如橡胶、水泥、纤维、 塑料、聚合物、无机凝胶、 树脂、沥青、微粉纤维、固 相颗粒等等，一直应用于油 气井防漏堵漏。当然机械也 用于堵漏
遗憾的是，非常满意的很少
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为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
1、1961年，Garl Gatlin提出了封堵层最大密度理论
10月13日 10月13日 10月14日 10月14日
下完套管循环
地质循环 地质循环 桥堵后循环 桥堵后循环
15
30 25 25 22
22.8
12 6 20 11.6
大排量造缝
大排量造缝 低排量闭合裂缝 桥堵粒子支撑裂缝 低排量裂缝不能闭合
1 总体看，漏失与排量正相 关。漏失发生之前，钻井 液静止、循环时没有任何 漏失现象。但漏失后，相 同地质条件下，排量越大， 漏失越严重 2 局部看，下套管后循环、 地质循环、桥堵后循环后 漏失，也存在排量与漏失 速度正相关的规律 3 理论分析，排量越大当量 循环密度越大，即动态漏 失压力越大漏失越严重。 无论总体还是局部，都符 合这个规律
拿 2003 年来说，全 球用于防漏堵漏的费用 高达 8 亿美元，还不包 括用于处理漏失引起的 井下事故费用。随着油 气田趋于衰竭，漏失越 来越严重
井漏是最常见现象而且是最烧 钱的井下复杂情况
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For you superexcellent 一般说来
漏失的后果
工作液中固相细度不足以封
当暂堵颗粒累积分数与粒径的平方根成正比时或在坐标图上呈直线时，可 实现颗粒在漏失通道的理想充填
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为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
3、1977年，A. Abrams提出了“三分之一”架桥规则
（Mud Design To Minimize Rock Impairment Due To Particle Invasion）
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防漏堵漏理论与技术进展
——与中国石油集团渤海钻探工程有限公司专家们探讨
郑力会
中国石油大学（北京） 20Βιβλιοθήκη Baidu1年11月 华北油田 · 任丘
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郑力会简介
郑力会，中国石油大学（北京）教师，研究员，LihuiLab（力会
暂堵颗粒在 粒径累积分布曲 线上 90%的颗粒
粒径累积值对应
的粒径大小与储 层最大孔喉直径 或最大裂缝宽度 相等时，可取得 理想暂堵效果
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为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
7、2000年，崔迎春等从分形几何学角度提出复配暂堵剂的分形暂堵模型
（Some Effects of Size Distribution on Particle Bridging in Lost Circulation and Filtration Tests ）
从室内实验出发，探讨了不同粒径粒子有效充填的比例，分析漏失充填最 大惰性粒径粒子作用，并在室内封堵岩心和滤失实验的基础上，验证当充填层 的密度达到最大时可以有效封堵漏失或将滤失降低到最小值
澜博）创始人。1991年获江汉石油学院钻井工程学士学位、1999年获
华中理工大学西方经济学硕士学位、2005年获中国石油大学（北京） 油田化学工程博士学位 郑力会早先在中国石油集团公司塔里木油田从事钻井生产和项目 管理十一年。2002年起，一直从事油田化学工作，重点致力于钻井、 完井、修井、固井等油井作业过程中防漏堵漏和提高地层承压能力机 理研究和技术开发的绒囊工作流体。出版著作三部、文章30余篇，申 请专利10多项
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有的建立这堵墙时 还会加剧漏失程度
某油田TX井钻井期间两次漏失排量与漏失速率统计
日期 作业内容 排量 L/S 22 17 漏失速度 方 /时 失返 40 结论
10月4日 10月5日
下完套管循环 下完套管循环
大排量造缝 大排量造缝
10月6日
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这些理论和材料的根本目的是为建立 “挡水墙”
“墙”的一 边是高压，另一 边是低压。“墙” 的强度决定了防 漏堵漏的成败。 然而，“墙”有 孔隙和渗透性， 在流体中存在自 由水和压力的条 件下，防漏堵漏 有条件成功
小颗粒侵入带
钻井液
环空
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为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
6、1998年，Hands N.等人依据Kaeuffer M.提出的理想充填理论， 进一步提出了屏蔽暂堵D90规则
（Drilling in Fluid Reduces Formation Damage Increases Production Rates）
堵井壁表面，任何一种地层都可 能发生渗漏
部分漏失则发生在高渗透率
的破碎地层、天然裂缝或者是开 始造缝 大漏一般发生在大段破碎带 、 天然大裂缝、诱导宽裂缝或者溶 洞地层
所以，为作业顺利，为经济效益和社会影响，必须防漏堵漏
R LihuiLab○
For you superexcellent
防漏堵漏好处
钻井液中包含的架桥材料的粒径大于或等于三分之一孔隙尺寸，并且架桥 粒子在钻井液中的浓度达到5%时，架桥粒子能够有效架桥封堵漏失通道
R LihuiLab○
For you superexcellent
为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
4、1992年，罗向东等人通过室内实验进一步发展了“三分之一”架 桥规则，三分之二架桥理论
（1） 缩短作业周期 （2 ）避免经济损失 （3）控制储层伤害 （4）保证工作液携带信息返回地面 （5）便于补充维护工作液 （6）避免由于漏失引起的井下复杂状况
正是因此，防漏堵漏材料
和方法不断涌现
R LihuiLab○
For you superexcellent
为防漏堵漏 人们几乎用上能找到的所有材料
R LihuiLab○
For you superexcellent
为防漏堵漏成功提出很多理论 建立很多数学模型
2、1973年，Kaeuffer M.提出了理想暂堵式充填理论
（Optimum de Remplissage Granulometrique et Quelques Proprietes S’ y Rattachant）
5、1996年，Mei Wenrong等建立了优化暂堵剂颗粒的孔喉网络模型
（Pore and Throat Network Model and Its Application to The Optimal Selection of Temporary Plugging Particles）
认为暂堵剂堵塞的孔喉数目越多，钻井液侵入岩心的深度越浅，以此优选 具有保护储层的暂堵剂粒径