日本学者针对渗透性漏失，提出三颗粒相接和四颗粒相接的架桥模型理论，模型中以 球代表颗粒(图 5—10、5—11)。 研究球形相接模型的目的， 是为了更好地选择堵漏材料粒径的配比， 特别是有效粒 径对堵漏的效果至关重要。研究表明，上述两种理论模型在实际中都是存在的，但三球 相接模型占多数。 三球相接架桥理论有效孔隙直径的计算公式：
状的封堵垫层，这种塞状的垫层在漏层中的移动十分困难，故能达到堵漏的目的。
桥接堵漏材料大部分属于木质纤维类物质，这些材料在水或水基泥浆的浸泡下， 具有一定的吸水膨胀性。因此，当桥接堵漏材料被挤进地层裂缝形成“桥堵垫层”后， 受到地层中液体的浸泡膨胀，可增加“桥堵垫层”的封堵能力。
桥接堵漏剂没有统—的规格，美国通常将颗粒状材料分为粗、中、细三级，粗粒介于 4～10 目之间，中粒介于 12～20 目之间，细粒小于 20 目。在我国一般分为 5 种规格： 4～5 目、5～7 目、7～9 目、9～12 目、小于 12 目。片状材料一般应通过 4 目筛，以防 堵塞钻头水眼，柔性片状材料的尺寸可达 25.4mm。片状材料要求具有一定的抗水性， 水泡 24h 后其强度不得降低一半， 在原处反复折叠不断裂。 柔性大者其厚度可为 0.25mm， 柔性差者厚度为 0.013～0.1mm。 5—1 列举了四川石油管理局所采用的云母片的筛析 表 结果。纤维状堵漏剂通常分为四种：4～7 目、7～12 目、12～40 目、40 目以下，表 5 —2、5—3、5—4 列举了四川石油管理局所采用的棉籽壳、甘蔗渣、锯末粉的筛析结果。 表 5—1
桥接堵漏材料在不同的流体环境中浸泡后，其性能变化差异较大(表 5—7)。列举 的是惰性材料分别在清水、普通泥浆、混油泥浆和柴油中浸泡 60 天的情况。 从表中可以看出，除锯末、花生壳、纸屑、棉籽壳、甘蔗渣等纤维物质在浸泡中略 有吸水或吸油变软外， 其它材料性能基本不变， 变化程度以油或油基泥浆比水或普通泥 浆要好。作为架桥材料的核桃壳、橡胶粒等，其性能受液体的影响极小，核桃壳经油浸 后，颜色光亮、韧性好，强度也略有增高。说明上述材料均适用于水基和油基泥浆。
上述“架桥”作用形成以后，仅仅形成了封堵漏失通道的基本骨架，漏失通道由大 变小，由小变微，但还没有彻底消除漏失通道的相互连通。这时，堵漏浆液中的纤维状 材料、片状材料和细颗粒材料，在压差的作用下对“桥架”中的微小孔道和地层中的原 有小裂缝进行嵌入和堵塞，从而完全消除井漏，达到堵漏的目的。
堵漏浆液中的桥接材料，具有增大浆液高压失水的作用，形成较厚的滤饼。这些滤 饼在压差的作用下，被挤入地层裂缝，形成楔塞，增强堵漏效果。
堵漏浆液在压差的作用下失水形成滤饼填塞时， 各类堵漏材料， 尤其是纤维状和片 状材料被夹在滤饼之中起到了强有力的 “拉筋” 作用， 同时大大加强了楔塞的机械强度。 这样，由基本 “桥架”和填塞物以及含“拉筋”材料的滤饼共同在漏失通道中形成塞
地层中存在有许多形状不一的裂缝、孔隙，它们互相交错、延伸。对一条漏失通道 来说，始终有其最窄小的部位，这就是“喉道” ，在此“架桥”就是我们所说的“卡喉” 作用。桥接堵漏材料就是针对这些“喉道”部位发挥架桥、填塞、嵌入等作用来形成机 械堵塞，从而达到消除井漏的目的。 从桥接堵漏材料的基本作用原理， 可以总结出对桥接堵漏材料的主要功能要求。 就 颗粒状材料而言， 它们必须有适当的几何尺寸和机械性能， 以便能承受作用于桥塞上的 压差。一般认为，若是流体中含有一定浓度的、其粒径为漏失通道宽度约三分之一的硬 颗粒，那么漏失通道便容易被堵住。换句话说，就是在堵漏过程中，颗粒状材料的最佳 尺寸是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。 在稳定的桥堵 形成过程中， 颗粒状材料必须具有足够的抗压、 抗张和抗剪切的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，以防止颗粒应力 形变而改变其几何形状而降低堵漏效果。 就纤维状和片状材料而言， 它们必须有能力在 堵桥上形成密封，以降低堵塞渗透率。也就是说，它们必须具有足够的强度，才能桥接 填塞住颗粒状材料中的间隙， 而且还必须具有足够的弹性和塑性， 才能变形封堵大部分 缝隙的有效流动面积。 对这一类材料功能的要求， 显然不同于对颗粒状材料功能的要求， 原因是几乎没有一种材料能完全同时具备上述两类材料的功能。 因此， 坚硬的颗粒状材 料与易弯曲的纤维状和片状材料的复合物才能提供最佳的裂缝封堵特性。
d孔=0.15d颗 式中 d孔——有效孔隙直径； d颗——颗粒(模型球)直径。
因此，对于三颗粒相接架桥理论来说，形成最佳桥堵的粒径比为 1：0.15。 四颗粒相接架桥理论模型的研究表明， 从第一颗粒到第四颗粒的粒径比是 1： 4： 0． 0.1：0.05，也就是说，按照上述粒径比组合复配而成的堵漏剂，能有效快速地封堵漏 层。
从生物显微镜的照片上可以清晰地看到各类桥接堵漏材料的结构特征(图 5—1～5— 6)。 核桃壳颗粒分明、棱角突出，是堵漏架桥的理想材料；云母片光滑明亮、片理清 楚；棉籽壳含有细长纤维，并夹有片状壳体；花生壳以片状为主，片状间以纤维相连， 兼有纤维状与片状材料的双重特征；甘蔗渣纤维致密、韧性良好；石棉材质松散，纤维
桥接堵漏材料按其形状可分为三大类，即颗粒状材料、纤维状材料和片状材料。 颗粒状材料：常用的有核桃壳、橡胶粒、焦炭粒、碎塑料粒、硅藻土、珍珠岩、生 贝壳、熟贝壳、生石灰、石灰石、沥青等，它们在堵漏过程中卡住漏失通道的“喉道” ， 起“架桥”作用，因此又被称为“架桥剂” 。 纤维状材料：来源于植物、动物、矿物，以及一系列合成纤维，如锯末、各种树木 粉末、棉纤维、皮革粉、亚麻纤维、花生壳、玉米心、纸纤维、甘蔗渣、棉籽壳、石棉 粉、废棕绳等，它们在堵漏浆液中起悬浮作用，在形成的堵塞中它们纵横交错，相互拉 扯，因此又被称为“悬浮拉筋剂” 。 片状材料：云母片、稻壳、赛璐珞、玻璃纸、鱼鳞等属于这类材料，它们在堵漏过 程中主要起填塞作用，因此又称作“填塞剂” 。 在堵漏过程中，上述任何一类材料单独使用，其作用都是有限的，只有将上述三类 材料以合理的比例和级配复合使用，才能收到应有的效果。
桥接堵漏材料在封堵漏失层的过程中属机械堵塞，其作用原理包括以下几个方面：
作为“架桥剂”的颗粒状桥接堵漏材料，在通过地层中漏失通道时，能在其凹凸不 平的粗糙表面及狭窄部位产生挂阻并 “架桥” 所谓 。 “架桥” 不仅仅指的是颗粒材料 ， “单 板”式的“架桥” ，多数情况下是多颗粒材料相互支撑、相互依托的堆砌式“架桥” 。由 于颗粒状材料材质硬、力臂短、应力分散，因此一旦“架桥” ，就具有相当强的抗压能 力，在其它材料的配合作用下，能有效地封堵漏层。 对于颗粒状桥接堵漏材料的架桥机理， 国外有关学者进行了更为深入的研究。 美国 桑迪拉实验室针对裂缝性漏失地层，建立了单颗粒材料和多颗粒材料的桥堵模式(图 5 —7～5—9)。 模式的研究表明， 宽广的颗粒尺寸分布， 有利于获得大量组合颗粒尺寸来桥堵大范 围的裂缝宽度， 但是只有一定尺寸的颗粒才能产生稳定的桥堵， 而且双颗粒稳定桥堵形 成的可能性会随颗粒尺寸的增加而降低， 形成桥堵的强度则增加。 颗粒状材料的浓度不 会明显影响桥堵的承压能力，但会增加桥堵形成的可能性。
过筛目数，目 ＞4 4～6 6～8 ＜8 注：大于 4 目均系表面缠有纤维的棉籽壳残渣
由于各种桥接堵漏材料的性能各异， 耐温程度也不同。 在泥浆中分别加入不同种类 的桥接堵漏材料，放在高温罐里，然后置于恒温箱中，在不同的温度下恒温 12 小时， 结果如表 5—6。 由此可见，绝大多数桥接堵漏材料在 120℃以下性能基本不变，120℃以上时部分 材料性能有所改变，当温度高达 180℃时，云母、蛭石、贝壳及石棉等材料性能基本不 变，而核桃壳、甘蔗渣、谷壳等强度有所下降，锯末、纸屑和棉籽壳等部分烧焦。说明 对于一般性质的井漏，上述材料均能适用，但对于超深井或高温井,上面的一些材料就 不合适了。
从表 5—5 中可以看出，核桃壳、贝壳、云母、蛭石等都是较理想的堵漏材料，而 石英砂由于材质过于坚硬，加工比较困难，因此一般不作为堵漏材料。
堵漏泥浆排量lmin堵住时间min裂缝截面347mm强度mpa膨润土基浆核桃壳57目5395膨润土基浆核桃壳712目550010膨润土基浆云母640目5695007裂缝截面3415mm膨润土基浆棉籽壳55700202膨润土基浆甘蔗渣547801513膨润土基浆核桃壳57目15核桃壳79目15核桃壳912目248801513膨润土基浆核桃壳57目1核桃壳79目1膨润土基浆核桃壳912目云母640目1膨润土基浆棉籽壳05甘蔗渣0547806017五复合桥接堵漏材料随着人们对桥接堵漏材料认识的深入在应用上早已完成了从单一材料向复配使用方向上的转化
前苏联采用的桥接堵漏材料的规格如下： 工业用毡碎块:30×30mm，40×40mm； 锯末：1.6mm，6mm； 干草(稻草、麦秸)：长 9.5mm，12.5mm； 树皮：长 19mm； 制革工业废料：长 100～150mm，宽 8～10mm，厚 l～9.5mm； 塑料制品工业废料；0.12～1.5mm，5～8mm； 玻璃纸屑：长 30～50mm，宽 5～8mm，也有的宽 12.5mm 和 19mm； 碎橡胶：胶粉 l～2mm，l～5mm 等，粗颗粒 5～8mm，8～10mm； 水散橡胶：橡胶渣经水分散处理，成为粒度 1～2mm 的颗粒； 橡皮：一般小于 30mm，特殊情况需要制成 75～80mm： 云母片：最大尺寸 7～10mm； 有孔粘土：小于 5mm； 核桃壳：0.75～1.5mm，1.5～3mm； 珍珠岩：1.5～3mm。
(二)机械性能 由于桥接堵漏材料品种较多，其机械性能也各有差异(表 5—5)。 表 5-5
筛网孔径，mm 3.5Байду номын сангаас4 2～3.5 0.9～2 重量百分比，% 9 80 11
桥接堵漏材料的来源相当广泛， 一般能满足以下四点要求的材料， 均可用作桥接堵 漏材料： (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，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的强度，棱角分明，且在水中和 碱液中浸泡一段时间，强度无明显降低； (3)材料便于加工和管理，不易腐烂变质； (4)来源广，价格便宜，便于大批量采购。
桥接堵漏材料对泥浆性能的影响如表 5—8 所示。在泥浆中加入核桃壳、云母等材 料，对泥浆性能影响不大。而锯末、棉籽壳、甘蔗渣、石棉等材料都对泥浆有着不同的 增粘作用，其中以棉籽壳、甘蔗渣、石棉等对泥浆的增粘尤为显著；多数材料的加入， 都使泥浆的失水有所增加，但影响不大。 总之，桥接堵漏材料对泥浆性能的影响不大，特别是在随钻堵漏时，加量较小，可 以保证正常钻井。
桥接堵漏材料，亦称隋性材料。在国外，早在 50 年代就开始使用桥接堵漏材料， 到 80 年代初，桥接堵漏材料已应用得十分广泛，在美国有 90％的漏失井都是用桥接堵 漏材料来处理的。 现在尽管化学堵剂和其它类型的堵漏材料发展很快， 但桥接堵漏材料 仍然占有十分重要的地位。在我国，早在 60 年代就使用谷壳、稻草、蛭石等材料对浅 井段和严重漏失的井进行过堵漏作业，收到一定的效果。但是，由于对桥接堵漏所涉及 到的许多技术问题没有作细致的研究，因此堵漏成功率一直不高。 80 年代初，四川石油管理局开展了桥接堵漏工艺技术的研究，取得一定成效。此 项技术很快在全国各油田推广应用， 不断完善， 现已发展成为井漏处理的主要手段之一。 在这个过程中，桥接堵漏材料也从非商品化、非规格化材料发展到具有合理级配、多规 格的商品化产品，并得到了广泛应用。
堵漏材料是钻井工程防漏堵漏过程中必不可少的物质基础。 国内外堵漏材料品种很 多，依据其作用机理可将常用堵漏材料分为六类，即桥接堵漏材料、高失水堵漏材料、 暂堵材料、化学堵漏材料、无机胶凝堵漏材料和软(硬)塞类堵漏材料。本章将详细阐述 各类堵漏材料的组分、性能和作用机理。半岛·BOB官方网站
