馬如然 劉 音 常 青

中國石油集團渤海鉆探工程技術研究院，天津 300280

0 前言

我國低滲透油田石油地質儲量豐富，其資源量約占全國石油總資源量的30%，在已探明儲量中，低滲透油藏的比例約占全國儲量的2/3以上，開發(fā)潛力巨大［1］。大多數(shù)低滲透儲層在壓裂改造后雖增產幅度較大，但產量仍然不高。近些年，各大油田均在壓裂施工中采用段內多裂縫技術或是裂縫轉向技術，加大對低滲儲層的改造力度，將儲層產量最大化。此項技術中起決定性作用的一類試劑即為暫堵劑。

暫堵劑，又稱轉向劑（divertingagent），是一種廣泛應用于油田生產中的處理劑，現(xiàn)已成熟應用于現(xiàn)場施工作業(yè)中，包括：鉆井［2］、增產措施、固井［3］、修井［4］、洗井［5］等。早在1936年就有學者提出了將水溶/油溶性的CaCl2鹽作為暫堵劑應用于油田作業(yè)中［6］的方法，解決了早期壓裂中傳統(tǒng)分段轉向技術設備量大、生產費用高、作業(yè)效率低等缺陷［7］。近年研究的適用于油田壓裂的暫堵劑為：惰性有機樹脂、固體有機酸（如美國使用的安息香酸）、遇酸溶脹的聚合物、惰性固體（硅粉、碳酸鈣粉、巖鹽、油溶性樹脂、封堵小球）等［8］,其中使用最廣泛的為聚合物和封堵小球。聚合物型暫堵劑得益于其牢固的化學交聯(lián)網(wǎng)絡結構，封堵效果良好。它分為地下交聯(lián)型和地面一次交聯(lián)型。地下交聯(lián)型暫堵劑存在的問題有：小劑量達不到所需壓力，大劑量對地層造成新的傷害；雖可形成濾餅，但地下反應不穩(wěn)定，達不到所需強度。地面一次交聯(lián)的暫堵劑存在的問題有：黏度大、強度大，在地下很難形成濾餅，封堵效果不好，壓裂液濾失量大。封堵小球的優(yōu)點是封堵強度高，不易變形；但缺點是易脫落，如果嵌在炮眼處形成堵塞，還會因其不能自溶而難以解除。

1 新型暫堵劑類型

1.1 壓裂酸化

壓裂酸化是提高低滲透油田勘探開發(fā)水平的重要措施之一。目前，壓裂酸化目的層日益復雜，因此對所需的暫堵劑要求越來越高。在壓裂酸化施工中所使用的暫堵劑不但需要具有一定的抗壓強度、韌性，還需具有一定的酸溶性和水溶性，使其最終可以返排出地層。

臧海宏［9］等制備了一種水溶性壓裂酸化暫堵劑，它由骨膠、磺化瀝青、胍膠組成，在含水50%以上的油水混合溶液中溶解度大于90%，抗壓能力達到22MPa。此類暫堵劑不僅擁有優(yōu)良的水溶性，對儲層不造成污染，還對同層封堵也有著其它封堵技術不可替代的作用。相比較原有的發(fā)明專利，如CN1053631A，這種水溶性壓裂酸化暫堵劑的封堵強度更高，且溶解速度更快，既可用于油井又可用于水井的壓裂酸化施工。

王穩(wěn)桃［10］等制備了一種酸化壓裂暫堵劑，著重應用于油田深層長井段、跨度大的儲層壓裂與酸化作業(yè)。這種暫堵劑由樹脂、地蠟、碳酸鈣等組成，封堵率在96%以上，酸溶率98%以上，暫堵強度達50MPa，可有效滿足碳酸鹽儲層長井段壓裂酸化暫堵分流，提高長井段的壓裂酸化成功率。

張軍［11］等通過對原有專利產品的研究及改進，制備了一種油氣儲層裂縫暫堵劑。此類暫堵劑由超細碳酸鈣、植物纖維、氧化瀝青組成，對裂縫的暫堵率達99%以上，壓裂和酸化反排率達80%以上，暫堵范圍寬，且在暫堵結束后，用射孔和酸化可將其解除，彌補了原有暫堵劑存在的壓裂酸化后不能自動解堵的缺陷。

李國鋒［12］等對ZD-10暫堵劑進行了研究，這類暫堵劑主要應用于深層、高溫、長井段氣層。它是在沸騰式制粒干燥機中，通過霧化噴涂作用，制備一種類似于微膠囊類型的微細固體顆粒，其外包裹材料是石油樹脂和地蠟的復合物，而內部材料是酸溶性組分碳酸鈣和水溶性組分無機鹽組成的固體顆粒。該暫堵劑已經(jīng)成功應用于普光氣田，封堵率達到99%。此項研究同樣還解決了暫堵劑不能解堵的缺陷，在地層溫度下依靠返排液中的殘酸對暫堵劑進行溶解的效率能達到99%。

1.2 自清潔

能夠產生物理阻礙的暫堵劑一般分為可降解類和不可降解類，許多商業(yè)上廣泛使用的球型封堵小球或是實心固體材料或是擁有一層堅固的固體外殼。射孔球密封材料為組成封堵小球的不可降解材料，它在使用中還存在一定的條件限制，只適用于有套管、且有射孔井眼的措施井，對于裸眼完井或用割縫襯管完井后的措施井并不適用［3］?？山到獠牧戏舛滦∏蛟趬毫咽┕ず螅蓮木诨厥栈蛟谔幚黹g隙排出井口，減少了施工難度、時間和資金。

Fulton［3］等合成了一種可降解的暫堵劑。其暫堵材料是一種混合物，原料有脂肪醇、酯、蛋白質等。在配制暫堵劑時，還需加入增塑劑和脫水混合物來保證整體材料的性能。此類暫堵劑不僅具有良好的封堵性能，還具有一定的降濾失性能。

Surjaatmadja［6］合成了一種包含可降解材料的暫堵劑，并研究了壓裂液體系以及使用方法。此類壓裂液的配方為：可降解的暫堵劑、基液、增稠劑、其他添加劑等。

Fu Diankui［13］合成了一種自清潔的壓井液，此壓井液體系的使用方法和工作原理同樣適用于壓裂施工，在未來的工作中可將其引入到壓裂施工中。采用VES壓裂液體系作為基液、聚乳酸顆粒作為主要暫堵材料，在需要封堵的地層形成段塞來降低封堵層的滲透率。當施工結束后，聚乳酸顆粒降解釋放酸液使VES破膠排出地層，此過程較為環(huán)保。

清潔類暫堵劑對其自清理能力要求較高，Reddy［14］等對于聚乳酸類暫堵劑自清理能力進行了深入的研究。聚乳酸暫堵劑在使用時需要添加降解加速劑縮短降解時間，常用的加速劑分為四類：乙二胺類、乙醇胺類、多胺類和聚胺類。乙醇胺類加速劑對其降解速率能起到一定的作用，研究表明，無結晶態(tài)的聚乳酸降解速度是最快的。

Allison［15］等研制了一種可以對儲層進行重復增產的可生物降解暫堵劑，將其與常用的暫堵劑進行對比，通過對所選類型暫堵劑的溫度穩(wěn)定性、對環(huán)境的影響、自清理性等性能的考察，得出可生物降解暫堵劑性能優(yōu)良。本暫堵劑所用的攜帶液體系為具有一定黏度的滑溜水壓裂液體系，能封堵幾何結構不清的地層，降解時間12 h以上，當粒徑減小10%～15%時，可完全排出。對比前面所述的自清潔暫堵劑，可生物降解暫堵劑對地層的傷害最小，不用添加任何助劑，在施工結束后的一段時間內，暫堵劑就可生物降解并最終順利排出地層，這是未來對暫堵劑研究的一個重要方向。

1.3 交聯(lián)破膠

該類暫堵劑分為顆粒型和膠塞型，通過交聯(lián)的方法，得到高黏度的流體后，進行烘干、剪切、造粒形成可用于暫堵的顆粒。也可通過交聯(lián)的方法形成高黏性流體，注入地層后形成暫堵膠塞。但無論是固體或液體的暫堵劑體系，由于其自身不能降解溶解于水中，都需要加入破膠劑使其破膠，進而使體系順利返排出地層。

薛小佳［16］等研制了一種可控破膠的水平井分段壓裂用暫堵劑。組成材料包括二元醇、無機氧化增強劑、硼酸鹽、碳酸氫鈉、緩釋微膠囊破膠劑。將該暫堵劑注入地層，在一定溫度下發(fā)生交聯(lián)固化，降低了泵注難度。此暫堵劑體系可承受30MPa的壓力，在施工結束后，其破膠液黏度小于10mPa·s，最終可以全部返排出地層，具有優(yōu)良的返排能力，對地層無傷害。

尹曉宏［8］等研制了一種水平井分段壓裂用的暫堵劑。主要成分為：胍膠、三氧化鋁、氧化鎂、微膠囊破膠劑等。在一定溫度下，經(jīng)候凝后，形成耐壓強度超過30MPa的膠塞。此類暫堵劑在80℃時開始交聯(lián)，降低了泵注壓力和施工難度。

周法元［17］等研究了一類轉向重復壓裂暫堵劑ZFJ，主要配方為聚合物A、交聯(lián)劑鉻離子、二交聯(lián)劑和破膠劑X。該暫堵劑有效暫堵率達98.7%，強度大，由于其具有較好的耐堿、抗鹽性和一定的耐酸性，可用于酸化后的地層和一系列已經(jīng)受嚴重污染的地層。

邱玲［18］等人對低壓氣井液體膠塞暫堵技術進行了研究，此類暫堵劑是一類已成功應用于修井作業(yè)的暫堵劑，適用于致密低孔低滲、分均質性強、縱向含氣井段長、多層疊置等中淺層氣藏。其所使用的暫堵膠塞是一種隔離液，它由高分子稠化劑、交聯(lián)劑、氧化破膠劑等組成。在現(xiàn)場試驗中，其抗壓達到11MPa，破膠后對地層的傷害率僅為18.9%。將此類暫堵劑應用于壓裂施工中時，需向體系中加入一定材料以提高其抗壓能力。

李長忠［19］等制備了一種適用于低滲透油田縫內轉向壓裂暫堵劑，這是一類耐溫穩(wěn)定性優(yōu)良、具有黏彈性的小顆粒，原料組成為：骨膠粉、苯甲酸、改性淀粉、羥乙基纖維素、含F(xiàn)表面活性劑、交聯(lián)劑等。經(jīng)過烘干、剪切、造粒后，具有良好的溫度穩(wěn)定性、黏附穩(wěn)定性和承壓能力（30MPa）。施工結束后，暫堵劑溶解在壓裂液中完全返排出地層。

1.4 吸水膨脹

吸水膨脹型的暫堵劑在早期已成熟應用于油井堵水及儲層保護。將吸水膨脹類的暫堵劑注入地層后，地層中存在著地層水使得暫堵材料吸水膨脹，在裂縫周圍形成有彈性的濾餅，對裂縫進行良好封堵。

賴南君［20］等人對新型重復壓裂暫堵劑CLS-1進行了實驗研究。該暫堵劑由丙烯酰胺、尿素、引發(fā)劑、催化劑通過自由基共聚的方法合成。在一定條件下，暫堵劑與壁面的黏附能力好，能夠承受1.5MPa的突破壓裂，施工結束后能溶解于返排液中。此類暫堵劑對比國外優(yōu)秀暫堵劑存在諸多優(yōu)點，如承壓能力高且可調、抗剪切穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性強等，但是其返排能力仍有待提高。

1.5 油溶性顆粒

油溶性顆粒暫堵劑一般只適用油井，暫堵過程結束后，不需要加入其他試劑，暫堵顆粒可以溶解于儲層流體中，然后返排出地層，不會對地層造成污染。

姜必武［21］等對壓裂蠟球暫堵劑進行了研究。此類暫堵劑適用于原有多方向裂縫十分發(fā)育的低滲、低壓、低產油層。基本原料為松香、全煉石蠟、瀝青、氯化鉀、粉陶、EVA及石英砂。該封堵蠟球是油溶性的，抗壓能力達4.5 MPa。

王忍峰［22］等對多裂縫壓裂工藝中使用的暫堵劑進行研究，其中包括了三種型號的暫堵劑：CQZ-1、CQZ-2、CQZ-3，均為油溶性顆粒。這三種暫堵劑按照一定比例針對不同的油井和地層搭配使用。通過現(xiàn)場試驗的監(jiān)測結果表明，此類暫堵劑達到了創(chuàng)造出多裂縫并擴大油井泄流面積的目的，提高了油井的產量。油溶性顆粒在使用上具有一定局限性，考慮到其返排，只能應用于油井的壓裂施工中，在今后的研究中將向暫堵劑中添加一定表面活性劑來增加體系的水溶性，使其能擁有廣泛的使用空間。

2 結論

國內越來越多的油田通過加入暫堵劑達到裂縫轉向以及段內多裂縫的效果，最大限度地提高儲層采出率，節(jié)省施工成本。

a）酸壓類暫堵劑不但適用于酸化壓裂施工，還適用于單純的壓裂施工，由于其中一般都含有不溶于水的碳酸鈣，而常規(guī)的壓裂施工所使用的壓裂液呈堿性，所以后期處理可通過射孔等方法排出。

b）自清潔類暫堵劑雖具有優(yōu)良的返排性能以及良好的環(huán)境相容性能，但是它的抗壓性能有待提高。不但如此，目前所提出的暫堵顆粒，如聚乳酸、聚乙醇酸、聚酯，其現(xiàn)成的合成產物比較稀缺、合成工藝較復雜，并且這類暫堵劑在使用上還需配合相應的攜帶液。

c）交聯(lián)破膠型的暫堵劑適用性較廣，有固態(tài)和液態(tài)兩種不同存在形式，可應用于不同類型的地層。其組成與壓裂液的成分類似，在壓裂施工中與壓裂液配伍良好。

d）吸水膨脹型的暫堵劑應用在出水的地層中更能發(fā)揮其良好性能。此類暫堵劑應用較為成熟，在堵住地層的同時能夠吸收地層多余的水分，有效降低地層濾失。

e）油溶顆粒暫堵劑目前在使用上更適用于油井，在未來的應用中可向處理液中添加一系列的表面活性劑，使顆粒溶解在后續(xù)注入地層的清理液中排出地層，將其優(yōu)良的暫堵性能發(fā)揮在氣井的壓裂施工中。

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