王紀(jì)偉，康玉柱，張殿偉，馮動(dòng)軍，陳 剛，田玲鈺

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 102206)

0 引 言

隨著非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)節(jié)奏的加快，非常規(guī)油氣資源已成為國內(nèi)外石油行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)[1-4]。壓裂技術(shù)是頁巖油氣經(jīng)濟(jì)開發(fā)的有效手段，其中，壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)、提高裂縫復(fù)雜程度是頁巖儲(chǔ)層獲得工業(yè)油氣流的關(guān)鍵[5-9]。美國90%、中國95%以上的頁巖氣儲(chǔ)層采用精細(xì)分段壓裂改造工藝。但微地震監(jiān)測技術(shù)、產(chǎn)液剖面測試技術(shù)、示蹤劑測試技術(shù)等表明，約1/3的射孔簇因應(yīng)力差異、套管變形等因素，沒有得到充分改造，嚴(yán)重影響單井產(chǎn)量。四川盆地長寧-威遠(yuǎn)地區(qū)頁巖氣井壓裂施工中，大約有1/3的井均發(fā)生了不同程度的套管變形現(xiàn)象。頁巖氣井壓裂一般采用泵送橋塞分段壓裂技術(shù)，若遇套管變形，橋塞將無法泵送至設(shè)計(jì)位置，導(dǎo)致套管變形段以下層段改造困難，造成頁巖氣井控制儲(chǔ)量無法充分動(dòng)用，同時(shí)也對(duì)壓裂施工效果產(chǎn)生較大影響[10-12]。Barnett盆地某頁巖氣井產(chǎn)氣剖面顯示，20%的壓裂改造段貢獻(xiàn)了70%的產(chǎn)量，低效改造段占比大于50%[13]。暫堵是提高裂縫復(fù)雜程度、儲(chǔ)層滲透率和油氣井產(chǎn)量的有效方法之一，可以解決因水平應(yīng)力差大或套管變形，而難以形成復(fù)雜裂縫的難題[14-15]。該文系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外頁巖等非常規(guī)儲(chǔ)層壓裂過程中各類型暫堵劑的應(yīng)用狀況以及相關(guān)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究成果，闡述了各類型暫堵劑的配方、適用條件、優(yōu)缺點(diǎn)等，并分析了暫堵劑的未來發(fā)展方向，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考。

1 暫堵劑作用機(jī)理

暫堵劑是一種暫時(shí)降低儲(chǔ)層滲透率或暫時(shí)封堵高滲透層的物質(zhì)，可與水溶性物質(zhì)混合后注入儲(chǔ)層，在壓差的作用下迅速形成薄而致密的暫堵帶，一段時(shí)間后又可自行或人工解堵。暫堵劑作用機(jī)理[16]為：壓裂施工時(shí)，在壓裂液中加入根據(jù)橋堵原理而研發(fā)的暫堵材料，即暫堵劑，其顆粒直徑一般是裂縫縫寬的1.3～1.6倍。當(dāng)暫堵劑隨壓裂液進(jìn)入裂縫后，可在裂縫中形成橋堵，并有效阻止后續(xù)暫堵劑的繼續(xù)進(jìn)入，進(jìn)而在該位置逐漸堆積。隨著后續(xù)暫堵劑的不斷注入，越來越多的暫堵劑堆積、橋堵在該位置，在裂縫中形成具有一定強(qiáng)度的橋堵帶，進(jìn)而阻止裂縫繼續(xù)向遠(yuǎn)處伸展，迫使壓裂液轉(zhuǎn)向，如圖1所示。隨著后續(xù)壓裂液的不斷注入，裂縫內(nèi)部的凈壓力不斷升高，當(dāng)裂縫內(nèi)部的凈壓力達(dá)到儲(chǔ)層微裂縫開啟壓力或新裂縫破裂壓力時(shí)，微裂縫或新裂縫開啟。隨著后續(xù)壓裂液不斷注入，微裂縫或新裂縫不斷伸展成為新的分支縫，最終提高壓裂裂縫的復(fù)雜程度。一般情況下，暫堵劑在可控的時(shí)間內(nèi)會(huì)溶于水相或烴中，不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生傷害，滿足壓裂后的生產(chǎn)需求。

圖1 暫堵球(劑)橋堵示意圖

2 暫堵劑應(yīng)用分析

非常規(guī)儲(chǔ)層復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂改造常用的暫堵劑包括以暫堵炮眼為主的暫堵球、以暫堵裂縫通道為主的常規(guī)類暫堵劑和纖維類暫堵劑、其他新型合成暫堵劑等。各類型暫堵劑性能如表1所示。

表1 各類型暫堵劑性能Table 1 The performance of various temporary plugging agents

2.1 暫堵球

壓裂施工過程中，暫堵球可暫堵射孔孔眼和高滲透層[17]。暫堵球在以上部位可以產(chǎn)生濾餅橋堵，濾餅橋堵能力高于裂縫破裂壓力，迫使后續(xù)壓裂液不能繼續(xù)進(jìn)入，從而轉(zhuǎn)向新的裂縫，建立新的流動(dòng)通道，擴(kuò)大儲(chǔ)層改造體積。其適用于直井多層、水平井多段壓裂改造不均勻的情況。暫堵球的暫堵效果受其自身密度、射孔孔眼尺寸和數(shù)量影響較大，原則上射孔孔眼數(shù)量越少、暫堵球密度越低，暫堵效果越好[18]。

東方寶麟公司開發(fā)研制生產(chǎn)的可降解聚合物暫堵球GX-200，外觀呈圓球粒狀，粒徑為5.00～50.00 mm，密度為1.23～1.90 g/cm3，圓度或球度不小于0.9；在90 ℃清水中可溶解，溶解時(shí)間為15 h，殘?jiān)坎淮笥?.00%，耐壓為40.0～70.0 MPa[19]。威遠(yuǎn)構(gòu)造南翼某頁巖氣井，地層傾角為8 °，儲(chǔ)層埋深為2 220～2 889 m，生產(chǎn)層位為龍馬溪組，儲(chǔ)層壓力系數(shù)為1.4。在壓裂施工過程中，投放了48個(gè)粒徑為9.00 mm和29個(gè)粒徑為11.00 mm的可降解聚合物暫堵球，暫堵直徑為8.90 mm的射孔孔眼，總投球數(shù)量是射孔孔眼的1.6倍，當(dāng)暫堵球泵送到位后，施工壓力升高了3.3～3.7 MPa，暫堵效果明顯[20]。針對(duì)威榮頁巖氣田套管變形嚴(yán)重，影響壓裂改造效果的問題，使用可降解聚合物暫堵球?qū)崿F(xiàn)壓裂液轉(zhuǎn)向，該可降解聚合物暫堵球耐壓為50.0 MPa，粒徑為5.00～18.00 mm，施工中，孔眼數(shù)量與投球數(shù)之比為1.0∶1.2～1.0∶1.6，施工壓力上升2.0～18.0 MPa，微地震監(jiān)測結(jié)果表明，暫堵效果顯著，儲(chǔ)層得到了充分改造[21]。Allison等[22]研制了一種可降解聚合物暫堵球，密度為1.25～1.36 g/cm3，需要用低黏度或者交聯(lián)體系攜砂液攜帶，該暫堵球在Barnett頁巖儲(chǔ)層壓裂施工過程中暫堵效果明顯，另外，該暫堵球還具有儲(chǔ)層傷害小、環(huán)境友好無污染等優(yōu)點(diǎn)。

針對(duì)新疆油田礫巖儲(chǔ)層壓裂，采用一種水溶性無機(jī)暫堵球，暫堵球粒徑為3.50～7.50 mm，含水低于0.45%，耐壓為45.0～52.0 MPa，殘?jiān)啃∮?.50%，密度為1.32 g/cm3，具有用量少、壓裂后完全溶解、無污染的特點(diǎn)。礦場試驗(yàn)顯示，使用該水溶性無機(jī)暫堵球改變了裂縫的起裂方位，開啟了新裂縫，而不是對(duì)原裂縫再充填和延伸，進(jìn)而改變了儲(chǔ)層滲流規(guī)律，增加了泄油氣面積，取得了較好的壓裂增產(chǎn)效果，但該方法無法控制裂縫轉(zhuǎn)向角度和方位[23]。廖仕孟等[24]將可溶性無機(jī)暫堵球應(yīng)用于四川盆地長寧-威遠(yuǎn)區(qū)塊龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層壓裂中，該暫堵球密度為1.74～1.84 g/cm3，耐溫為90 ℃，耐壓為60.0 MPa，室溫下在清水中的降解時(shí)間為3～5 d。壓裂過程中井下微地震監(jiān)測、鄰井壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)均表明，注入暫堵球后，改造井段附近有新事件點(diǎn)出現(xiàn)，暫堵球?qū)崿F(xiàn)了提高壓裂改造體積的目的；針對(duì)四川盆地某頁巖氣井，采用耐壓為70.0 MPa，粒徑分別為5.50、13.50 mm的可溶性無機(jī)暫堵球進(jìn)行壓裂施工，其中，粒徑為13.5 mm的暫堵球與孔眼數(shù)之比為1.0∶1.0，粒徑為5.50 mm暫堵球與孔眼數(shù)之比為0.5∶1.0。壓裂施工工程中，壓力升高了2.0～9.0 MPa，暫堵效果明顯[25]。

暫堵球一般選用活性可溶耐壓小球，易溶于地層水或壓裂液，對(duì)儲(chǔ)層污染小。具備施工操作方便、配套工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。適用于套管變形位置深度為300～500 m的非常規(guī)儲(chǔ)層壓裂改造。缺點(diǎn)是若套管變形長度較長，暫堵球用量多，難以確保均勻造縫。暫堵球一般密度較大，施工停泵后部分球會(huì)掉落，有沉降問題，易導(dǎo)致暫堵失效。

2.2 常規(guī)類暫堵劑

常規(guī)類暫堵劑主要暫堵裂縫通道，強(qiáng)制人工裂縫轉(zhuǎn)向，迫使產(chǎn)生分支縫，壓裂液進(jìn)入新的裂縫，實(shí)現(xiàn)縫內(nèi)轉(zhuǎn)向。同時(shí)，也可以部分暫堵射孔孔眼，實(shí)現(xiàn)層間轉(zhuǎn)向，從而提高壓裂改造縫網(wǎng)的復(fù)雜程度。一般常規(guī)類暫堵劑具有耐高溫、耐高壓和封堵裂縫效果好的特點(diǎn)，并且在儲(chǔ)層溫度下可以自動(dòng)徹底降解，對(duì)儲(chǔ)層無損害[26]。

在涪陵頁巖氣田焦石壩西南區(qū)塊焦頁某井壓裂施工中，采用常規(guī)類凝膠暫堵劑Z，暫堵劑Z是縫內(nèi)暫堵劑，粒徑為0.18～0.25 mm。該井加入凝膠暫堵劑Z后，施工壓力升高1.0～3.0 MPa，迫使液流轉(zhuǎn)向，開啟了新的裂縫，最終，該井前1/2壓裂改造段的試氣產(chǎn)量，超過了焦石壩西南區(qū)塊的平均日產(chǎn)氣水平，取得了較好的壓裂改造效果[27]。針對(duì)涪陵頁巖氣田焦頁某井構(gòu)造縫較發(fā)育的問題，采用常規(guī)類聚合物暫堵劑GC-ZX1、GC-ZX2進(jìn)行裂縫暫堵，其中，暫堵劑GC-ZX1粒徑為0.30～0.75 mm，暫堵劑GC-ZX2粒徑為0.25～0.50 mm。在壓裂施工過程中，排量不變，施工壓力升高了5.0～19.0 MPa；壓裂施工后G函數(shù)曲線的初期趨勢快速上升，初期濾失量大，整體波動(dòng)頻率及幅度增加，說明裂縫復(fù)雜程度增加[28]。

為提高頁巖儲(chǔ)層裂縫復(fù)雜性，擴(kuò)大儲(chǔ)層改造體積，在四川長寧-威遠(yuǎn)某口頁巖氣井開展常規(guī)類暫堵劑壓裂試驗(yàn)，現(xiàn)場注暫堵劑前后微地震事件顯示：使用暫堵劑前，井筒左側(cè)幾乎沒有微地震事件，但使用暫堵劑進(jìn)行縫內(nèi)暫堵后，該位置出現(xiàn)較多微地震事件，說明此處開始有裂縫產(chǎn)生，暫堵效果明顯[29]。威遠(yuǎn)龍馬溪組頁巖最大孔喉半徑為23.53 μm，劉敏等[30]選擇粒徑為10.00、30.00、50.00 μm的常規(guī)類凝膠暫堵劑，其耐壓能力大于70.0 MPa，且溶解性好，按數(shù)量比3.0∶1.0∶1.0組合，對(duì)裂縫進(jìn)行暫堵，暫堵率大于98%；秦旭等[31]研制了G-120型(粒徑為0.15～0.25 mm、0.25～0.85 mm)常規(guī)類聚合物暫堵劑，G-120暫堵劑耐壓為40.0 MPa，可完全溶解，暫堵性能好，在四川地區(qū)某頁巖氣井進(jìn)行礦場試驗(yàn)，縫內(nèi)暫堵效果明顯，壓裂改造體積提高27%。

在Haynesville某頁巖氣井采用耐壓為70.0 MPa、粒徑為1.40～3.35 mm的常規(guī)類高分子暫堵劑進(jìn)行壓裂施工改造，微地震監(jiān)測事件顯示，裂縫復(fù)雜程度有所提高，裂縫改造體積提高了42%，暫堵作用顯著，保證了儲(chǔ)層均勻改造效果，為提高單井產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)[32]。吳國濤等[33]研制了一種常規(guī)類高分子暫堵劑，包括粗(0.85～1.70 mm)、中(0.60～1.18 mm)、細(xì)(0.43～0.85 mm)3種粒徑，該類型暫堵劑耐溫為40～150 ℃，耐壓為40.0 MPa，降解時(shí)間為2～120 h。暫堵方案為：近井端以縫口暫堵為主，粗、中、細(xì)粒徑暫堵劑的用量分別為40%、25%、35%，遠(yuǎn)井端以裂縫暫堵為主，中、細(xì)粒徑暫堵劑的用量分別為35%、65%。施工過程中排量保持不變，施工壓力上升7.0 MPa，暫堵效果顯著。

常規(guī)類暫堵劑具有停泵不影響暫堵效果、施工配套工藝簡單、可以實(shí)現(xiàn)多次投放等優(yōu)點(diǎn)。但該類型暫堵劑投放要求高，到位響應(yīng)不明顯，尤其是在裂縫遠(yuǎn)端時(shí)，施工泵壓一般上升不明顯，因此，最好將常規(guī)類暫堵劑與暫堵球配合使用。另外，壓裂液攜帶該類型暫堵劑的集中程度往往不夠，影響暫堵劑的作用效果。

2.3 纖維類暫堵劑

纖維類暫堵劑是一種新型暫堵劑，其柔韌性好，易彎曲變形，易進(jìn)入裂縫的微孔道，或填充在小孔隙中，增強(qiáng)暫堵層的致密程度，大幅降低壓裂液的漏失。另外，纖維長徑比大，密度小，進(jìn)入縫隙后易被粗糙的裂縫壁面捕獲而形成暫堵層，相對(duì)于暫堵球和常規(guī)類暫堵劑，纖維形成的濾餅孔隙更小，穩(wěn)定性和防漏性能也更好。因此，纖維類暫堵劑可暫堵裂縫通道，強(qiáng)制裂縫轉(zhuǎn)向，迫使產(chǎn)生分支縫，實(shí)現(xiàn)縫內(nèi)轉(zhuǎn)向。同時(shí)，也可以暫堵射孔孔眼，實(shí)現(xiàn)層間轉(zhuǎn)向，從而提高壓裂改造縫網(wǎng)的復(fù)雜程度[34]。

StimMORE壓裂技術(shù)采用纖維暫堵劑進(jìn)行壓裂，纖維材料采用惰性聚酯材料，密度低，固相含量低，暫堵效果好，可完全降解，不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成損害。將纖維暫堵劑RDF注入頁巖儲(chǔ)層的復(fù)雜裂縫中，可提升縫內(nèi)壓力，使裂縫向新方向延伸。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，纖維暫堵劑RDF注入后，施工壓力最大增幅達(dá)30.0 MPa，轉(zhuǎn)向性能良好[35-36]。Marcellus頁巖氣田采用StimMORE壓裂技術(shù)重復(fù)壓裂后，單井水平段壓裂長度增加25%，日產(chǎn)氣量從1.4×104m3/d提高至3.4×104m3/d[37]。Barnett頁巖氣田將一種可降解纖維暫堵劑FDS應(yīng)用于水平井重復(fù)壓裂改造中，該可降解纖維暫堵劑對(duì)已形成的裂縫形成了暫堵，施工壓力提高2.0～10.0 MPa[38]。汪道兵等[39]研制了纖維暫堵劑DCF，直徑為10.00～20.00 μm，纖維長度為5.00～6.00 mm，密度為1.00～1.02 g/cm3，5 h后降解率大于85%。將該纖維暫堵劑應(yīng)用于重慶地區(qū)致密儲(chǔ)層壓裂施工中，結(jié)果顯示，DCF注入后裂縫的進(jìn)液阻力明顯增大。

Ghommem等[40]將自動(dòng)可降解纖維暫堵劑應(yīng)用于碳酸鹽巖油氣藏的現(xiàn)場壓裂施工中，增加了溝通縫洞體的機(jī)率，可有效暫堵裂縫，迫使裂縫轉(zhuǎn)向，施工壓力增加5.0 MPa以上。該纖維暫堵劑體系中，可降解纖維長度為3.00～5.00 mm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)效果最佳。Dashti等[41]使用可降解纖維暫堵劑，提高了碳酸鹽巖儲(chǔ)層壓裂改造效果，降低了壓裂液濾失，減少了進(jìn)入天然裂縫系統(tǒng)、高滲區(qū)域、蚓孔等區(qū)域的壓裂液量，有利于壓裂液深穿透，提高了儲(chǔ)層縱向動(dòng)用率。汪道兵[42]研制了一種纖維暫堵劑，配方為0.3%普通瓜膠+1.0%纖維+蒸餾水，在碳酸鹽巖儲(chǔ)層壓裂中，該纖維暫堵劑可使濾失系數(shù)降低50%～75%，暫堵后自身可依靠儲(chǔ)層溫度自動(dòng)降解。

纖維類暫堵劑具有適應(yīng)高溫地層、耐壓能力強(qiáng)、易形成橋堵、暫堵效果好、儲(chǔ)層條件下自動(dòng)降解、對(duì)儲(chǔ)層無污染等優(yōu)點(diǎn)。在壓裂施工后期的排液階段，纖維還可以與支撐劑產(chǎn)生協(xié)同作用，形成較為穩(wěn)定的復(fù)合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，充分有效地阻止支撐劑回流，避免因支撐劑等堆積導(dǎo)致的射孔孔眼和油嘴堵塞。目前，纖維類暫堵劑已成功進(jìn)行先導(dǎo)性礦場試驗(yàn)。但是，纖維類暫堵劑措施成本高、施工操作性差，纖維在隨壓裂液注入射孔孔眼時(shí)，易因纖維纏繞分散不均勻或因表面快速水化作用而聚結(jié)成團(tuán)(圖2)，導(dǎo)致施工泵壓升高。纖維類暫堵劑作為一種新型裂縫暫堵劑，其在不同裂縫尺度下的暫堵規(guī)律與機(jī)理、強(qiáng)制裂縫轉(zhuǎn)向的條件與因素、最佳的纖維用量、儲(chǔ)層條件下纖維的降解過程與規(guī)律等，均需要作進(jìn)一步的深入分析與研究，以便更充分發(fā)揮其暫堵效果。

圖2 纖維纏繞聚團(tuán)示意圖Fig.2 The schematic diagram of fibre entanglement agglomerate

2.4 其他新型合成暫堵劑

近幾年，國內(nèi)外學(xué)者合成的新型暫堵劑種類較多，如脂族聚酯類、聚酸酐類、聚酰胺類等聚合物型暫堵劑，凍膠類、鉻離子凝膠類等交聯(lián)型暫堵劑，改性淀粉類暫堵劑以及利用PLA、PGA、PCL等制備的樹脂納米類暫堵劑等[43-44]。

董志剛[45]研制了溫控型可降解暫堵劑，成分包括聚乙烯醇纖維、萘類衍生物、分散劑、密度調(diào)節(jié)劑等，粒徑為1.00～4.00 mm，密度為1.00～1.05 g/cm3，軟化溫度為80.5 ℃，不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%；該暫堵劑分散性能較好，利于泵送，在頁巖儲(chǔ)層壓裂施工中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.00%的溫控型可降解暫堵劑，導(dǎo)流能力提高4.5%。另一種研究思路是基于物理暫堵、吸附作用原理，在壓裂施工過程中形成絮狀物，迫使裂縫轉(zhuǎn)向，形成復(fù)雜縫網(wǎng)，壓裂后再利用藥劑將絮狀物溶解。Camellia等[46]以聚丙烯酰胺、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、糠醇樹脂等為材料，研制了一種新型暫堵劑，該暫堵劑中絮狀物的形成存在不確定性，且成本較高，現(xiàn)場應(yīng)用較少。Martin等[47]使用新型無聚合物纖維暫堵劑，強(qiáng)化碳酸鹽巖儲(chǔ)層壓裂暫堵效果，該新型無聚合物纖維暫堵劑隨時(shí)間的推移易降解，對(duì)儲(chǔ)層損害較小。Gamarra等[48]研究了微生物類暫堵劑，如葡萄糖13球菌型暫堵劑、硫酸鹽還原菌型暫堵劑等，該方法需要在壓裂施工前在井下種菌，使細(xì)菌在儲(chǔ)層中繁殖生長，壓裂過程中以微生物暫堵高滲裂縫，實(shí)現(xiàn)裂縫均勻延伸。薛亞斐等[49]將絨囊暫堵劑應(yīng)用于致密儲(chǔ)層的壓裂改造中，用于臨時(shí)暫堵原裂縫。其配方為：2.0%囊層劑+0.5%絨毛劑+0.1%囊核劑+0.4%囊膜劑。該絨囊暫堵劑耐壓為25.0 MPa，暫堵能力強(qiáng)，對(duì)儲(chǔ)層傷害小，暫堵后儲(chǔ)層滲透率恢復(fù)85%以上，能夠滿足壓裂改造暫堵的要求，但絨囊暫堵劑的絨囊暫堵機(jī)理尚不明確，裂縫的延伸形態(tài)也難以預(yù)測。

3 暫堵劑未來研究方向

優(yōu)質(zhì)的暫堵劑密度為1.00 g/cm3左右，與壓裂液易混溶，不沉淀易分散易攜帶，攜帶暫堵劑的壓裂液可以長時(shí)間保持穩(wěn)定狀態(tài)；暫堵劑要便于現(xiàn)場實(shí)時(shí)加入，要能夠橋結(jié)形成致密充填帶，暫堵射孔孔眼或者裂縫，并且具有一定的抗壓能力；暫堵完成后，要求暫堵劑能夠在水相或烴中完全溶解，保證降解徹底，解除暫堵不影響生產(chǎn)，并且與儲(chǔ)層和壓裂液配伍，對(duì)儲(chǔ)層無傷害；最后，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，還要求暫堵劑的價(jià)格不能過高[50]。

近幾年，眾多學(xué)者在裂縫暫堵規(guī)律、裂縫轉(zhuǎn)向力學(xué)機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，分析控制裂縫轉(zhuǎn)向的影響因素，暫堵劑的研究逐漸開始從單一型向組合型、從籠統(tǒng)型向定向型、從低效型向高效型轉(zhuǎn)變。

3.1 組合型暫堵劑

目前，常用的組合型暫堵劑，主要是暫堵球、常規(guī)類暫堵劑、纖維類暫堵劑三者互相組合(圖3)。

圖3 常用組合型暫堵劑組合Fig.3 The combination of common combined temporary plugging agents

針對(duì)涪陵頁巖氣田焦石壩區(qū)塊西南區(qū)壓裂改造困難等問題，焦頁某井采用常規(guī)凝膠暫堵劑A+聚合物暫堵球B+常規(guī)凝膠暫堵劑A的施工模式：縫內(nèi)暫堵劑A，粒徑為0.08～0.15 mm，對(duì)儲(chǔ)層裂縫進(jìn)行橋堵；簇間暫堵劑B，粒徑為0.08～2.36 mm，主體粒徑為0.60～0.85 mm，暫堵射孔孔眼。施工結(jié)果顯示：排量保持不變，施工壓力升高20.0～30.0 MPa，成功暫堵射孔孔眼，暫堵成功率為100%。同時(shí)，微地震監(jiān)測結(jié)果表明，裂縫的延伸有明顯的轉(zhuǎn)向現(xiàn)象[27]。針對(duì)威榮頁巖氣田套管變形嚴(yán)重的問題，采用“高分子暫堵球+暫堵劑”組合暫堵技術(shù)，提高壓裂改造效果，施工過程中，保持排量不變，壓力上升5.0～16.0 MPa[51]。針對(duì)Utica某頁巖氣井，采用耐壓為60.0 MPa、粒徑為11.00 mm暫堵球+暫堵劑組合進(jìn)行壓裂施工改造，其中，暫堵球與孔眼數(shù)之比為1.2∶1.0。壓裂施工過程中，低應(yīng)力區(qū)域被暫堵后，施工凈壓力升高6.0 MPa[52]。方裕燕等[53]采用可降解暫堵球+可降解纖維暫堵劑組合體系，開展了壓裂改造暫堵室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，組合體系中可降解暫堵球粒徑為1.00～10.00 mm，可降解纖維長度為6.00 mm，組合體系耐壓大于30.0 MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：暫堵球主要暫堵射孔孔眼，直徑需大于射孔孔眼直徑，纖維有助于聚集、架橋，形成耐壓暫堵，施工排量越大，暫堵現(xiàn)象形成越快，組合體系用量越少。

3.2 定向型暫堵劑

非常規(guī)儲(chǔ)層的物性差異大，尤其是頁巖儲(chǔ)層，不同井、不同區(qū)域需要差異化設(shè)計(jì)。針對(duì)微裂縫較發(fā)育的儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂改造，壓裂施工過程中，施工壓力波動(dòng)較大，較難改造形成復(fù)雜縫網(wǎng)。可以利用高分子聚合物的架橋作用、堆砌作用以及水膨體的吸水膨脹作用，以及高溫降解性能，通過對(duì)暫堵材料進(jìn)行分散，研制定向型暫堵劑。該類型暫堵劑暫堵效果好，在水基壓裂液中易溶解、易分散，耐高溫。熊穎等[54]以直鏈型多羥基聚合物ZJ為主劑，再加入改性聚丙烯酸類交聯(lián)樹脂F(xiàn)J進(jìn)行復(fù)配，研制了一種新型定向暫堵劑：ZJ粒徑為0.60～1.20 mm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30.00%～45.00%，70 ℃以上可完全溶解；FJ粒徑為0.30～0.60 mm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.00%～12.00%；兩者以亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑。該暫堵劑在標(biāo)準(zhǔn)鹽水中吸水倍數(shù)大于15倍，且高溫條件下可降解。將該暫堵劑應(yīng)用于四川盆地某頁巖氣井，該井套管變形嚴(yán)重致橋塞無法坐封。壓裂施工過程中，盡管排量略有降低，但施工壓力仍上升了5.0～20.0 MPa，暫堵效果較好，壓裂施工結(jié)束后排液正常。

定向型暫堵劑主要包括以下幾種類型：抗高溫、高鹽定向型暫堵劑，主要用于高溫、高鹽儲(chǔ)層壓裂改造；抗油定向型暫堵劑，主要用于頁巖油、致密油等儲(chǔ)層壓裂改造；易分散低密度、溶解時(shí)間可調(diào)的定向型暫堵劑，主要用于套管變形嚴(yán)重井或者壓裂分段間距較大的井；還有能夠適用于儲(chǔ)層裂縫較為發(fā)育、地應(yīng)力較大的儲(chǔ)層壓裂改造的定向型暫堵劑等。

3.3 高效型暫堵劑

重復(fù)壓裂是頁巖氣儲(chǔ)層進(jìn)一步挖潛的重要手段。美國多口頁巖氣井重復(fù)壓裂試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，重復(fù)壓裂的裂縫方位與初次裂縫的方位有較大偏差，這也說明重復(fù)壓裂在一定程度上可以形成新的裂縫[55-56]。但重復(fù)壓裂井儲(chǔ)層的非均質(zhì)性往往更強(qiáng)，壓裂改造體積偏小，裂縫擴(kuò)展延伸偏單一，井下情況更復(fù)雜，套管更易變形[57-58]。因此，結(jié)合國外致密油氣、頁巖氣的壓裂經(jīng)驗(yàn)，需要研制一種高效高強(qiáng)度水溶性暫堵劑，并形成一種自然選擇“甜點(diǎn)”的高效暫堵壓裂技術(shù)。在第1條裂縫壓裂完成后，向縫內(nèi)注入高效高強(qiáng)度水溶性暫堵劑，對(duì)主裂縫暫堵，迫使其他位置壓開新的裂縫。該技術(shù)可適用于套管變形異常嚴(yán)重的頁巖儲(chǔ)層體積壓裂改造，使其具有分段壓裂改造的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是難以確保儲(chǔ)層均勻改造。

4 結(jié) 論

(1) 頁巖儲(chǔ)層復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂改造，常用的暫堵劑包括暫堵球、常規(guī)類暫堵劑、纖維類暫堵劑以及其他新型合成暫堵劑。其中，暫堵球以暫堵射孔孔眼為主，常規(guī)類暫堵劑和纖維類暫堵劑以暫堵裂縫為主。

(2) 暫堵球施工操作方便、成本低，有沉降問題；常規(guī)類暫堵劑停泵不影響暫堵效果，可多次投放，但有壓力響應(yīng)不明顯的問題；纖維類暫堵劑耐壓耐溫能力強(qiáng)，暫堵裂縫能力好，但成本高。

(3) 在裂縫暫堵規(guī)律、裂縫轉(zhuǎn)向力學(xué)機(jī)理、控制裂縫轉(zhuǎn)向影響因素的理論研究基礎(chǔ)上，合成組合型暫堵劑、定向型暫堵劑、高效型暫堵劑是未來的主要研究方向。