肖沛瑤

（西安石油大學(xué)，陜西西安 710065）

目前，暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)油田進(jìn)行高含水老油井重復(fù)改造、水平井儲(chǔ)層改造、低滲透油田及蘊(yùn)含非常規(guī)油氣資源的復(fù)雜地層的有效開發(fā)[1-6]。

作為油藏增產(chǎn)技術(shù)的一種，暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)的主要目標(biāo)就是通過(guò)增加注入流體的流動(dòng)阻力實(shí)現(xiàn)流體轉(zhuǎn)向，提高水力裂縫的復(fù)雜程度，在目的層形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)方式：由攜帶液攜帶至目的層的暫堵劑遵循流體沿流動(dòng)阻力最小方向運(yùn)移原則優(yōu)先進(jìn)入目的層內(nèi)已有的高導(dǎo)流能力通道（這些通道可能是天然裂縫、人工裂縫或射孔孔眼），通過(guò)形成架橋或充填堵塞對(duì)這些通道實(shí)現(xiàn)封堵，迫使目的層裂縫內(nèi)由于流體不斷注入而持續(xù)升高的裂縫凈壓力通過(guò)延伸、擴(kuò)展已有微裂縫或新壓開的裂縫得到釋放。由于封堵住高滲通道而獲得了更多的潛在起裂點(diǎn)，暫堵轉(zhuǎn)向壓裂能夠獲得更大的裂縫改造體積，從而更好地溝通尚未動(dòng)用的泄油區(qū)[3，5，7，8，9]。經(jīng)過(guò)可控的一定時(shí)間后，注入地層的暫堵劑主要通過(guò)被酸基、油基、水基流體溶解和依靠材料自身特性在地層條件下降解成水溶性物質(zhì)溶解到水基流體中兩種方式由返排液攜帶返出至地面，解除對(duì)目的層高導(dǎo)流能力通道的封堵，恢復(fù)目的層滲透率[10，11]。

在該技術(shù)中發(fā)揮重要作用的壓裂暫堵劑可按照多種不同的依據(jù)進(jìn)行分類，如按照暫堵劑的表觀形態(tài)、制作材料、作用機(jī)理、解堵方式進(jìn)行分類。其中，按照暫堵劑的表觀形態(tài)進(jìn)行分類時(shí)，普遍將壓裂暫堵劑分為顆粒類、膠塞類、纖維類、泡沫類等[1，6，10，12]，本文在此基礎(chǔ)上提出：可從固體、液體、氣體這三種不同的物質(zhì)狀態(tài)出發(fā)，根據(jù)壓裂暫堵劑在地面條件下表觀形態(tài)的不同將其分為固體暫堵劑、液體暫堵劑和泡沫暫堵劑，其中固體暫堵劑可分為油溶性樹脂類、纖維類、顆粒型暫堵劑等三個(gè)小類，并綜述了上述各類暫堵劑的研究進(jìn)展、分析了它們的暫堵機(jī)理、性能特點(diǎn)和適用范圍。

1 固體暫堵劑

1.1 油溶性樹脂類暫堵劑

目前在現(xiàn)場(chǎng)普遍使用的油溶性樹脂類壓裂暫堵劑主要是聚氨酯、油溶性酚醛樹脂、松香和松香改性物等具有較高熔點(diǎn)的樹脂類產(chǎn)品[13]。

油溶性樹脂材料承壓強(qiáng)度較高，使用時(shí)，不同粒徑的暫堵劑顆粒被攜帶至目的層進(jìn)入裂縫后通過(guò)架橋作用進(jìn)行初步封堵，隨后在地層溫度、壓力條件下軟化、塑性變形，進(jìn)行二次封堵[13]，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些高導(dǎo)流能力通道的封堵形成暫堵帶，有效阻止注入液體流入。同時(shí)，油溶性樹脂材料易溶于原油，壓裂結(jié)束暫堵劑遇油后溶于原油并隨原油排出，目的層滲透率得到恢復(fù)[14，15]。

由于固體顆粒間存在一定間隙，單一將同種材料的固體顆粒作為暫堵劑時(shí)封堵效果并不好，因此可將硬度不同的油溶性樹脂材料按一定比例混合復(fù)配使用并將其加工成粒徑不同的固體顆粒，不僅可以提高產(chǎn)品的耐溫性能，也可以取得更好的暫堵轉(zhuǎn)向效果。

Zhao X 等[16]以石油樹脂和烴類樹脂為原料研發(fā)了一種新型壓裂暫堵劑ZX-1，其耐溫性能良好，通過(guò)優(yōu)化樹脂顆粒的粒徑組合可取得較好的暫堵轉(zhuǎn)向效果，應(yīng)用華北油田取得了良好的增產(chǎn)效果。王盛鵬等[17]以類型不同的石油樹脂A 和烴類樹脂B 為主要原料，研發(fā)了一種新型均勻球狀顆粒轉(zhuǎn)向暫堵劑ZD-150，其耐溫性能得到顯著提高，通過(guò)顆粒優(yōu)化并與支撐劑結(jié)合利用，其封堵率極高，可取得明顯的轉(zhuǎn)向效果。

油溶性樹脂類暫堵劑在油中具有良好的溶解性，因此解堵方便，降低了對(duì)目的層的傷害；樹脂材料強(qiáng)度大，封堵性能良好，但其生產(chǎn)成本較高，且油溶性樹脂材料水溶性較差，易對(duì)地層造成污染。受限于溶解性的特點(diǎn)，油溶性樹脂類暫堵劑一般只適用于油井。此外，在制備油溶性樹脂類暫堵劑時(shí)可在油溶性樹脂材料中加入一定量同樣具有油溶性的石蠟類物質(zhì)、瀝青，以獲得更好的暫堵性能[18-20]。

油溶性樹脂類暫堵劑常用于縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂，即新裂縫從老裂縫內(nèi)部起裂[13]。

1.2 纖維類暫堵劑

使用時(shí)在攜帶液中加入一定濃度、尺寸的纖維，當(dāng)暫堵纖維與攜帶液充分混合形成轉(zhuǎn)向液被注入目的層暫堵裂縫或高滲透帶時(shí)，纖維材料沿高滲裂縫縫面濾失并最終在裂縫內(nèi)形成濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)封堵主裂縫或高滲層，在封堵處產(chǎn)生一附加壓差，同時(shí)，纖維進(jìn)入裂縫后，可以對(duì)裂縫中的已有裂縫暫堵而使壓裂液轉(zhuǎn)向其他方向形成裂縫或使其他方向已有裂縫擴(kuò)張延伸，實(shí)現(xiàn)在縫內(nèi)壓開新縫或溝通天然裂縫網(wǎng)絡(luò)[21-23]。汪道兵等[22]對(duì)影響上述附加壓差進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)較低排量、較小裂縫寬度和較高黏度有利于增大附加壓差，加強(qiáng)纖維封堵裂縫的效果。纖維材料可在地溫條件下自動(dòng)降解，易返排，對(duì)儲(chǔ)層造成的傷害較小，適用于非常規(guī)低滲透儲(chǔ)層的改造和老井的重復(fù)壓裂[24，25]。但在地層條件下纖維類材料仍然存在一些缺點(diǎn)，如承壓能力有限；力學(xué)性能較差，不適用于大開度裂縫的封堵；密度較低，纖維在施工現(xiàn)場(chǎng)的飄散會(huì)給施工過(guò)程造成影響；熱變性和化學(xué)穩(wěn)定性也較差等[1，16，21]。此外，該類暫堵劑容易聚集成團(tuán)導(dǎo)致管道堵塞。

影響纖維材料封堵效果的因素主要包括纖維長(zhǎng)度和纖維度[24，26，27]。

在裂縫開度較小的情況下，纖維材料能取得較好的封堵效果，但對(duì)于大開度的裂縫，僅靠纖維很難形成有效封堵，因此，有學(xué)者提出將顆粒和纖維相結(jié)合復(fù)合使用，既能充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，又能互相彌補(bǔ)缺點(diǎn)。通過(guò)纖維材料發(fā)揮的輔助架橋作用、嵌入和阻塞作用等，由復(fù)合暫堵劑體系形成的暫堵層的封堵強(qiáng)度、承壓能力、穩(wěn)定性等性能顯著提高，固體顆粒的加入也縮短了暫堵層的形成時(shí)間。

薛世杰等[28]制成了一種由纖維狀暫堵劑和顆粒狀暫堵劑組成的復(fù)合暫堵劑，暫堵時(shí)首先利用纖維狀暫堵劑在裂縫縫口或縫內(nèi)架橋，再利用顆粒狀暫堵劑的可自身膨脹性形成有效封堵，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種復(fù)合暫堵劑能夠在減少暫堵劑用量的同時(shí)大大提高封堵效率、施工成功率，應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)后增產(chǎn)效果良好。

劉豇瑜等[29]制備出一種由暫堵纖維和暫堵球組成的復(fù)合暫堵劑作為暫堵轉(zhuǎn)向材料，該暫堵劑與地層流體、巖石配伍性好，暫堵轉(zhuǎn)向效果明顯，并且可在一定的地層條件下完全降解。

1.3 顆粒型暫堵劑

顆粒型暫堵劑主要包括顆粒型交聯(lián)暫堵劑和顆粒型無(wú)機(jī)鹽暫堵劑。

顆粒型交聯(lián)暫堵劑是在地面交聯(lián)不同材料得到高黏的交聯(lián)液體后再經(jīng)過(guò)烘干、剪切、造粒等一系列工藝后制得的顆粒狀暫堵劑[1，10，30]，暫堵劑顆粒吸水膨脹后形成膠凝物，在炮眼、高滲層等位置產(chǎn)生濾餅橋堵實(shí)現(xiàn)封堵。該類暫堵劑不溶于水，壓裂完成后需要加入破膠劑破膠溶解實(shí)現(xiàn)返排[30，31]。其黏度大、強(qiáng)度大，承壓能力強(qiáng)，但不易形成濾餅因而封堵效果略差。

李欣儒等[32]基于微流體與乳液聚合技術(shù)，制備得到各向同性良好的P（AA-AM）復(fù)合石墨烯凝膠暫堵劑顆粒。該類暫堵劑顆粒的形狀、尺寸較為統(tǒng)一，且得益于納米材料的引入，暫堵劑顆粒的吸水倍率、耐鹽性能、承壓強(qiáng)度等性能顯著提升，顆粒溶解后黏度和殘留率較低，具有良好的返排性能，應(yīng)用前景良好。

顆粒型無(wú)機(jī)鹽暫堵劑一般由抗壓能力較強(qiáng)的無(wú)機(jī)鹽顆粒制得，通過(guò)覆膜降低無(wú)機(jī)鹽溶解速率起到暫堵作用。無(wú)機(jī)鹽顆粒暫堵劑具有顆粒粒徑可調(diào)、破碎率低、封堵強(qiáng)度大、易解堵、對(duì)地層傷害小和原料易得成本低的優(yōu)點(diǎn)，但由于粒徑較小，在適合不同縫寬裂縫儲(chǔ)層的暫堵作業(yè)的同時(shí)不能起到很好的封堵裂縫和炮眼的作用[6，33，34]。

陳清等[34]以氯化鈉為主要原料，將返析出的氯化鈉晶體作為暫堵劑，制備得到轉(zhuǎn)向能力、封堵性能和解堵性能均較好的水溶性氯化鈉暫堵劑。

此外，隨著壓裂暫堵劑產(chǎn)品不斷發(fā)展，油田現(xiàn)場(chǎng)越來(lái)越重視施工時(shí)所選用的壓裂暫堵劑的解堵返排性能以更好地使地層滲透率得到恢復(fù)，在此環(huán)境下，生物可降解聚合物具有易降解、強(qiáng)度高、對(duì)地層無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)而成為暫堵劑材料新的選擇方向[35]。

He CM 等[8]研發(fā)出一種以生物可降解材料、聚合物、膨脹劑和固化劑為原料制得的水溶性暫堵劑，可將其加工成任何直徑的固體顆粒以滿足不同尺寸的裂縫、炮眼的封堵要求。該堵劑水溶性良好，易與常規(guī)壓裂液配伍，封堵效率高，承壓能力強(qiáng)，返排較為徹底，對(duì)目的層造成的傷害小。

就顆粒型暫堵劑而言，封堵裂縫的固體顆粒暫堵劑通常是不同尺寸顆粒暫堵劑的組合，多種粒徑組合可以提高暫堵劑封堵效果，同時(shí)堆密度越高，封堵效果越好[35]。同時(shí)顆粒類暫堵劑材料溶解性較好，壓裂施工結(jié)束后，可在高溫下降解或溶解于地層水、原油或殘酸等介質(zhì)中，不會(huì)對(duì)地層造成二次傷害[6]。

2 液體暫堵劑

液體暫堵劑主要指液體凝膠型交聯(lián)暫堵劑，即通過(guò)交聯(lián)的方法形成高黏流體，注入目的層后以膠塞形態(tài)進(jìn)行暫堵。上述高黏流體即液體膠塞基液，是一種黏稠度相對(duì)較低的高分子溶液，在向目的層輸送的過(guò)程中隨地層溫度逐漸升高通過(guò)交聯(lián)作用形成黏度、強(qiáng)度更大的膠塞逐漸起到暫堵目的層的作用。壓裂施工結(jié)束后膠塞在破膠劑和地層溫度的雙重作用之下破膠成水，通過(guò)返排液攜帶至地面，但破膠工藝現(xiàn)場(chǎng)不易控制，容易造成提前破膠或無(wú)法及時(shí)破膠[36]。

目前所研究的聚合物凝膠暫堵劑以聚丙烯酰胺類為主[2，37]，交聯(lián)劑與聚合物的活性基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物凝膠。由于該體系的交聯(lián)反應(yīng)是在地下不穩(wěn)定進(jìn)行，因而難以均勻交聯(lián)，所形成凝膠的強(qiáng)度不高達(dá)不到強(qiáng)度要求。

李子甲等[38]針對(duì)縫洞型油藏區(qū)塊油水同出的問題，采用自由基聚合方法制備出一種聚合物凝膠暫堵劑，該暫堵劑溶脹性能良好，有利于對(duì)地層進(jìn)行封堵，同時(shí)也具有良好的熱穩(wěn)定性能。

該類暫堵劑在使用時(shí)存在的其他問題有：對(duì)注入量精確度要求高，注入量小將達(dá)不到所需壓力，反之則會(huì)對(duì)地層造成傷害；無(wú)法形成穩(wěn)定的濾餅，封堵效果差。

此外，也可將其他液態(tài)流體用作暫堵轉(zhuǎn)向用壓裂暫堵劑，如周拿云[39]提出的應(yīng)用于煤層氣儲(chǔ)層、借助液氮實(shí)現(xiàn)的“冰晶暫堵”壓裂的工藝。

Yang Ruiyue 等[4]進(jìn)行了關(guān)于將液氮（LN）用作暫堵劑應(yīng)用于煤層氣儲(chǔ)層水力壓裂改造的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明可以對(duì)煤層氣儲(chǔ)層起到暫堵作用，具有在煤層氣儲(chǔ)層水力壓裂改造中成為一種有效且環(huán)境友好的暫堵劑的潛力。

3 泡沫暫堵劑

泡沫材料具有低摩阻、低密度、濾失量小、“選擇性”封堵、攜帶固體顆粒能力強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于如驅(qū)油、調(diào)剖、酸化、分流酸化等油田生產(chǎn)涉及到的多項(xiàng)作業(yè)[40-44]。

考慮到固體暫堵劑難以完全清除、地層傷害大，液體暫堵劑存在濾失，科研工作者們開始考慮將泡沫應(yīng)用于暫堵轉(zhuǎn)向壓裂作業(yè)，即利用泡沫的賈敏效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)高滲層的封堵[1]。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，相較于應(yīng)用在其他幾項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，泡沫暫堵劑尚未在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用于暫堵轉(zhuǎn)向壓裂作業(yè)中，原因可能是暫堵轉(zhuǎn)向壓裂施工壓力高，而普通泡沫無(wú)法滿足其承壓要求[13]。

此外，在泡沫暫堵劑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的絨囊暫堵劑目前也得到了越來(lái)越多的研究[45-48]。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，絨囊暫堵劑具有良好的暫堵性能，返排能力較強(qiáng)，絨囊暫堵流體暫堵后可以實(shí)現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)向，且原縫仍然能夠生產(chǎn)，但絨囊暫堵流體在現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)、轉(zhuǎn)向角度及長(zhǎng)度預(yù)測(cè)等很多問題上還有待進(jìn)一步研究[49-51]，且絨囊暫堵劑存在著適用溫度、壓力條件范圍較窄、適用的孔隙裂縫尺寸范圍較小等缺點(diǎn)[52]。目前，絨囊暫堵劑主要應(yīng)用于砂巖地層的增產(chǎn)改造。

在化學(xué)暫堵轉(zhuǎn)向壓裂中用作壓裂暫堵劑的材料還有苯甲酸薄片、碳酸鈣等，這其中的每一種都會(huì)進(jìn)入射孔孔眼和近井裂縫，從而產(chǎn)生橋接作用。這些材料的缺點(diǎn)是使用壽命短、在壓裂處理完成之前就會(huì)降解，且難以實(shí)現(xiàn)完全解堵[53]。其中，以碳酸鈣為主要成分制成的酸溶性壓裂暫堵劑由于可以利用酸化壓裂結(jié)束后返排的殘酸完成解堵，在現(xiàn)場(chǎng)仍有應(yīng)用，其他材料目前應(yīng)用較少。

4 結(jié)論及建議

固體暫堵劑中的油溶性樹脂材料承壓能力強(qiáng)，可適用溫度范圍廣，但由于受溶解性上的特殊要求在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用上也受到一定限制，只能應(yīng)用于油井的壓裂施工；纖維類暫堵材料可隨地層溫度升高逐漸降解返排，不會(huì)污染儲(chǔ)層和地下流體，但其承壓能力有限，力學(xué)性能較差，不適用于封堵大開度的裂縫；顆粒型交聯(lián)暫堵材料黏度大，自身強(qiáng)度大，承壓能力強(qiáng)，但封堵效果差，可能殘留較多殘?jiān)鼘?duì)地層造成傷害；顆粒型無(wú)機(jī)鹽暫堵材料破碎率低，封堵強(qiáng)度大，易解堵，對(duì)地層傷害小，其粒徑較小，因而適用于不同縫寬裂縫儲(chǔ)層的暫堵作業(yè)但對(duì)裂縫和炮眼的封堵效果較差；可降解壓裂暫堵材料易降解，對(duì)地層傷害小，已得到越來(lái)越多的關(guān)注，是壓裂用暫堵材料在未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向；液體凝膠型交聯(lián)暫堵材料易返排，對(duì)地層傷害較小，但自身強(qiáng)度較低，承壓能力差，破膠工藝難以控制；絨囊暫堵材料具有良好的暫堵性能，返排能力較強(qiáng)，但存在著適用溫度、壓力條件范圍較窄、適用的孔隙裂縫尺寸范圍較小等缺點(diǎn)。

壓裂用暫堵材料未來(lái)發(fā)展時(shí)，應(yīng)著重考慮對(duì)兼具地層適應(yīng)性、環(huán)境友好性和經(jīng)濟(jì)適用性的暫堵材料的研發(fā)，同時(shí)也要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有暫堵材料在暫堵、解堵等作用機(jī)理方面的理論研究，為進(jìn)一步研發(fā)、應(yīng)用壓裂暫堵劑提供理論基礎(chǔ)。