魏 遼

（1.中國石化石油工程技術(shù)研究院，頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206；2.北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京 00029）

0 前言

石油天然氣作為一種極其重要的一次性能源被大量開采，在油氣資源被不斷開采的過程中，水力壓裂產(chǎn)生的裂縫逐漸失效，導(dǎo)致采油量逐漸降低[1]。為了提高采油量、增大泄油面積，需要對(duì)油井進(jìn)行重復(fù)壓裂。傳統(tǒng)的重復(fù)壓裂是將原有裂縫壓開或延伸，只能部分恢復(fù)老縫導(dǎo)流能力，存在不能壓開新縫等缺點(diǎn)，而壓裂暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)重復(fù)壓裂的缺點(diǎn)[2]。壓裂暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)由壓裂液攜帶暫堵劑，使得暫堵劑沿流體流動(dòng)阻力最小的方向進(jìn)入裂縫或者炮眼，通過填充堵塞或形成架橋?qū)崿F(xiàn)封堵，由于流體的持續(xù)流動(dòng)而產(chǎn)生高壓使得被封堵的裂縫重新開啟或轉(zhuǎn)向，加大裂縫的復(fù)雜程度，增加泄油面積，從而實(shí)現(xiàn)油氣藏的增產(chǎn)[3]。根據(jù)暫堵位置和目標(biāo)不同，暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)可分為縫內(nèi)暫堵和縫口暫堵2大類型，縫內(nèi)暫堵是在主裂縫的兩側(cè)轉(zhuǎn)向形成新縫，提高壓裂效果[4]；縫口暫堵是為了防止壓裂縫口閉合或產(chǎn)生新縫，從而實(shí)現(xiàn)增加注入量、延長壓裂有效期目的。

暫堵劑是實(shí)現(xiàn)壓裂暫堵的關(guān)鍵技術(shù)之一，因此選擇合適的暫堵劑對(duì)石油的增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有積極意義[5，6]。根據(jù)溶解方式不同，暫堵劑可分為酸溶性、油溶性和水溶性暫堵劑。酸溶性暫堵劑雖成本低廉、不易變形，但難以溶解或降解而返排，對(duì)地層傷害較大；油溶性暫堵劑適用溫度范圍廣、解堵性好且方便，對(duì)地層傷害較小，但其成本較高，現(xiàn)場應(yīng)用受到限制；水溶性暫堵劑不僅有良好的封堵性能，而且在封堵結(jié)束后能及時(shí)溶解或降解返排，對(duì)地層的污染程度低[7]。對(duì)于我國老油田開發(fā)后期高含水的特征，水溶性暫堵劑更具適用性和發(fā)展前景[8]。水溶性暫堵劑按暫堵位置不同可分為縫口暫堵和縫內(nèi)暫堵暫堵劑。本文圍繞水溶性高分子材料，根據(jù)暫堵位置和目標(biāo)的不同，針對(duì)縫口和縫內(nèi)用不同形態(tài)的暫堵劑進(jìn)行了綜述，分別闡述了暫堵球和顆粒類、纖維類、粉末類暫堵劑的暫堵機(jī)理及現(xiàn)場應(yīng)用情況，為本行業(yè)工作者對(duì)油田用暫堵劑的研究提供參考。

1 縫口暫堵

縫口暫堵轉(zhuǎn)向主要是針對(duì)縱向改造強(qiáng)度小、裂縫主向剩余油不富集而側(cè)向剩余油富集的高含水井，在前置液中加入暫堵劑，使其封堵原裂縫的孔眼或縫口，使得裂縫在非最大主應(yīng)力方向上形成新的裂縫并延伸[9]。縫口暫堵是在壓裂施工中通過一次或多次投放高強(qiáng)度水溶性暫堵球或暫堵顆粒，在高滲透區(qū)域的炮眼和裂縫縫口形成臨時(shí)封堵，進(jìn)一步提高井筒壓力，促使其他層段裂縫開啟，最終形成多條新裂縫（圖1），而達(dá)到對(duì)儲(chǔ)層精細(xì)改造的目的，有效增加單井改造體積?？p口暫堵主要適用的地質(zhì)條件包括目的層段跨度較大的地層，無法或不適宜下入過多封隔器的地層，縱向上應(yīng)力差異較大、有多個(gè)明顯隔層的地層[10]?？p口暫堵轉(zhuǎn)向技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：不受完井方式限制；暫堵劑使用量較少，對(duì)儲(chǔ)層傷害較低；暫堵轉(zhuǎn)向成功率高；可實(shí)現(xiàn)機(jī)械分段不能實(shí)現(xiàn)的分段改造[9]。常見的用于縫口暫堵的暫堵劑類型有暫堵球和暫堵顆粒，對(duì)于不同的暫堵工藝有不同的應(yīng)用范疇。

圖1 縫口暫堵原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of temporary plugging

1.1 壓裂暫堵球

暫堵球的暫堵機(jī)理為，由于裂縫的吸液量大，將暫堵球通過壓裂液攜帶至裂縫的孔眼，在孔眼處形成橋堵，使得壓裂液不再進(jìn)入該裂縫，因此裂縫的凈壓力升高，在破裂壓力更高的孔眼處產(chǎn)生新的水力裂縫[11]。高學(xué)生[12]采用樹脂、催化劑和防老劑制成一種水溶性暫堵球，可承壓20 MPa，在50℃下8 h可完全溶解。金智榮等[13]也采用水溶性合成樹脂暫堵劑模擬射孔炮眼暫堵，選用直徑為18 mm的暫堵球，其在45℃下可承壓30 MPa，36 h內(nèi)可全部溶于水中；該暫堵球既有剛性特點(diǎn)，又滿足承壓、水溶的要求，是良好的封堵材料。劉多容等[14]制備了一種殼核結(jié)構(gòu)的暫堵球，其殼為聚乙烯醇（PVA）或聚己內(nèi)酯（聚己內(nèi)酯不溶于水），核為聚乙醇酸（PGA）、PVA、聚乳酸（PLA）和聚乙丙酯中的任一種；選用直徑為13 mm的暫堵劑可在60℃下承壓70 MPa，且封堵效果良好；在60℃水中3 d內(nèi)暫堵劑分解為碎片，20 d內(nèi)全部溶解。曾斌等[15]以天然乳酸、丙烯酸等為原料，制得一種全可溶高強(qiáng)度暫堵球，其承壓最高可達(dá)80 MPa，可在48 h內(nèi)降解，適用于150℃以上油氣井。國外DRILL FRAC公司的水溶性暫堵球（圖2）在封堵射孔孔眼時(shí)，其最大封堵壓力達(dá)到50 MPa。

圖2 DRILL FRAC公司暫堵球承壓試驗(yàn)與現(xiàn)場應(yīng)用Fig.2 Pressure test and field application of temporary plugging ball of made by DRILL FRAC

在美國專利等[16-21]文獻(xiàn)中，提出了一種主要由水溶性高分子材料經(jīng)紡絲、編織而成的暫堵球，如圖3所示。這種纖維編織式暫堵球采用PVA、聚乙酸乙烯酯（PVAc）、聚甲基丙烯酸（一般作纖維紡織過程中的保護(hù)用膠粘劑）等水溶性高分子材料進(jìn)行紡絲、編織、膠粘、纏繞成繩結(jié)形結(jié)構(gòu)制得；該暫堵球可以實(shí)現(xiàn)井下定向作業(yè)，壓裂出新的裂縫，且暫堵壓力較高；這種水溶性暫堵球配合PLA、PGA顆粒使用可達(dá)到很好的暫堵效果。

圖3 纖維編織式暫堵球Fig.3 Fiber braided temporary plugging ball

暫堵球在應(yīng)用過程中，要考慮暫堵球能否坐落于炮眼或縫口上，還要保證球在施工過程中不脫落。單一類型的大顆粒聚合物直徑在6～18 mm甚至以上，可以有效對(duì)炮眼進(jìn)行封堵，但對(duì)縫口的封堵能力較弱，在一定程度上對(duì)暫堵轉(zhuǎn)向效果有影響。因此，選用不同粒徑的復(fù)合直徑暫堵球?qū)ε谘奂敖芽p縫口有更好的暫堵轉(zhuǎn)向效果[22]。

就暫堵球水溶特性而言，主要在于其材料溶解性能。其中，PLA材料在暴露于水分后，PLA主鏈的酯基被裂解，PLA分子量降低，可溶性低聚物和單體被釋放；PLA在水解過程中產(chǎn)生的酸可以降低pH值從而促進(jìn)水解反應(yīng)進(jìn)行[23]，如圖4（a）所示。PGA水解也是由于其主鏈中酯鍵的存在，其在降解過程中主要存在2個(gè)步驟：水先擴(kuò)散到聚合物母體的非晶體區(qū)，使酯鍵裂解；在非晶區(qū)侵蝕后結(jié)晶區(qū)開始裂解[24]。PVA材料具有水解和生物降解2種屬性，首先PVA溶于水形成膠液滲入土壤中，再被土壤中的細(xì)菌分解，最終可降解為CO2和H2O[25]。PVAc中存在側(cè)基乙酰氧基的單元結(jié)構(gòu)，由其化學(xué)結(jié)構(gòu)分析可知它們可能的降解機(jī)理應(yīng)該為2步：第一階段，低溫區(qū)的側(cè)基乙酰氧基降解；第二階段，高溫區(qū)的主鏈乙烯降解[26]，如圖4（b）所示。

圖4 水溶性高分子材料水解過程Fig.4 Hydrolysis process of water soluble polymer materials

1.2 壓裂暫堵顆粒

顆粒類暫堵劑主要通過顆粒在縫口或孔眼處橋堵堆積形成暫堵層，提升井底凈壓力之后促使裂縫轉(zhuǎn)向，從而對(duì)新的剩余油富集區(qū)進(jìn)行溝通，提高產(chǎn)量。顆粒類暫堵劑承壓能力強(qiáng)、儲(chǔ)層傷害低、溶解時(shí)間可控、價(jià)格較低且施工方便。姜偉等[27]采用丙烯酸和丙烯酰胺類單體，在堿性條件下，通過氧化還原多級(jí)聚合反應(yīng)合成了一種耐高溫、水溶時(shí)間可控、粒徑可定制的水溶性暫堵顆粒；通過不同大小粒徑顆粒的組合可以有效封堵炮眼和縫口[圖5（a）]，單顆顆粒的粒徑不大于5 mm；該暫堵劑可承壓40 MPa，在80℃下4 h完全溶解，水溶性良好；其中丙烯酸可以與水混溶，而聚丙烯酰胺在堿性條件下可以產(chǎn)生水解，使酰胺基（—CONH2）變成羧基（—COOH），在NaOH存在的條件下進(jìn)一步中和成羧鈉基（—COONa），生成聚丙烯酸鹽。對(duì)于顆粒類縫口或炮眼暫堵劑，不同顆粒粒徑組合可以顯著提高暫堵層穩(wěn)定性，為壓裂轉(zhuǎn)向提供有利條件。例如，國外Baker Hughes公司REAL Divert系統(tǒng)采用粒度分布較廣的顆粒組合作為暫堵劑[圖5（b）]，其中較大的顆粒在暫堵處形成架橋，較小的顆粒來填充其中的孔隙，從而降低滲透性。

圖5 組合粒徑暫堵劑Fig.5 Combined particle size temporary plugging agent

為了提高縫口暫堵劑封堵性能，常采用顆粒+纖維的封堵模式。例如，斯倫貝謝采用多級(jí)顆粒和可降解纖維的組合來封堵孔眼（圖6），其最大封堵壓力可達(dá)31 MPa，根據(jù)井下環(huán)境不同，其降解需幾小時(shí)到幾天。

圖6 顆粒+纖維型復(fù)合暫堵劑Fig.6 Particle and fiber composite temporary plugging agent

目前，國內(nèi)縫口暫堵工藝主要應(yīng)用于針對(duì)頁巖氣水平井發(fā)生套變后，其他分段壓裂工藝無法實(shí)施的工況。威遠(yuǎn)、涪陵等川渝地區(qū)頁巖氣田應(yīng)用量約每年120余口壓裂施工井，壓裂施工地面壓力普遍高于80 MPa，縫口處暫堵點(diǎn)承受壓差也大于50 MPa。壓裂結(jié)束后，縫口暫堵球或暫堵顆粒在井筒內(nèi)地層水或壓裂液中快速溶解，不影響后續(xù)排水采氣。肖勇軍[10]等提出裂縫暫堵—控藏體積壓裂技術(shù)，針對(duì)頁巖氣水平井進(jìn)行分段分簇體積壓裂，采用縫口暫堵技術(shù)提高射孔孔眼進(jìn)液有效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)射孔孔眼的均勻體積壓裂改造。劉明明[28]等通過研究暫堵球在井筒與炮眼附近的受力情況及封堵前后壓力變化情況，建立了暫堵球運(yùn)動(dòng)方程，分析了頁巖氣水平井壓裂施工中暫堵球的封堵效果。李奎東[29]等研究了頁巖氣水平井段內(nèi)投球暫堵壓裂后水力裂縫的擴(kuò)展規(guī)律，建立了投球暫堵壓裂二維裂縫延伸模型，分析、總結(jié)了投球暫堵壓裂過程中的裂縫延伸特征及不同工程參數(shù)對(duì)裂縫擴(kuò)展的影響規(guī)律。上述研究者把水溶性暫堵球應(yīng)用于中石油西南威遠(yuǎn)、長寧和中石化涪陵、威榮等地區(qū)龍馬溪組頁巖氣藏水平井的套變井，實(shí)現(xiàn)了對(duì)套變影響段的有效改造，實(shí)現(xiàn)了頁巖氣井控儲(chǔ)量的有效動(dòng)用，確保了壓裂效果。

2 縫內(nèi)暫堵

縫內(nèi)暫堵是指在儲(chǔ)層水力壓裂過程中加入粉末型或者顆粒型暫堵劑，使主裂縫通道內(nèi)形成橋堵，待壓力升高后，壓開新的支裂縫或更多微裂縫（圖7），大大增加裂縫網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度，從而提高壓裂改造效率、增加氣藏改造體積?？p內(nèi)轉(zhuǎn)向是在壓裂時(shí)主裂縫延伸過程中，采取粉末暫堵劑封堵主縫，此后裂縫在長度上停止延伸，裂縫中凈壓力持續(xù)增加，迫使裂縫壁面應(yīng)力薄弱處發(fā)生破裂，產(chǎn)生新的裂縫，促使和加劇次生裂縫網(wǎng)絡(luò)形成?？p內(nèi)暫堵劑主要適用的地質(zhì)條件為目的層段跨度不大或縱向上應(yīng)力差異較小、無明顯隔層的地層。縫內(nèi)暫堵主要針對(duì)老縫縫內(nèi)進(jìn)行改造，通過大量的暫堵劑封堵裂縫端部，因此而升高裂縫的凈壓力，主要達(dá)到2個(gè)效果：（1）開啟原來的裂縫。（2）形成新的支裂縫。在主裂縫周邊產(chǎn)生大量的微裂縫和分支縫，從而形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)裂縫，實(shí)現(xiàn)改造[30]。根據(jù)形態(tài)不同，縫內(nèi)暫堵劑常用類型有顆粒類、纖維類和粉末類3種形態(tài)。

圖7 縫內(nèi)暫堵原理示意圖Fig.7 Schematic diagram of temporary plugging in joint

2.1 顆粒類暫堵劑

顆粒類暫堵劑工作原理是，當(dāng)單個(gè)或者多個(gè)顆粒當(dāng)量直徑大于裂縫內(nèi)某處的直徑時(shí)，顆粒就會(huì)在該處形成橋堵及濾餅，因此而增加工作液阻力且減少濾失，從而實(shí)現(xiàn)暫堵轉(zhuǎn)向[31]。根據(jù)Kaeuffer提出的d1/2架橋原則，當(dāng)顆粒累積的體積分?jǐn)?shù)與粒徑的1/2次方呈線性相關(guān)時(shí)，形成的暫堵層最為穩(wěn)定。羅平亞等[32]提出了鉆井過程中的屏蔽暫堵理論，認(rèn)為當(dāng)顆粒粒徑與儲(chǔ)層平均孔徑比例介于1/3～2/3時(shí)，形成的架橋最穩(wěn)定。

20世紀(jì)80年代，以丙烯酰胺為單體合成的水溶性暫堵劑開始在油氣藏開發(fā)中得到應(yīng)用。賴南君等[33]、覃孝平等[34]通過丙烯酸、丙烯酰胺為主要材料，通過自由基溶液聚合制備了一種水溶性暫堵劑[圖8（a）]，該暫堵劑封堵強(qiáng)度最高可達(dá)47 MPa，后者制備的暫堵劑突破壓力高達(dá)16 MPa，120℃下可在2.2 h內(nèi)降解，與美國哈里伯頓公司的同類產(chǎn)品[圖8（b）]相比具有更好的承壓能力、膨脹性及溶解性。對(duì)于水膨性類暫堵劑，熊穎等[35]以聚丙烯酸為主要材料，用N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑改性，制得一種粒徑在0.3～0.6 mm的水膨體聚合物顆粒，復(fù)配以粒徑在0.6～1.2 mm的顆粒使用；水膨體可以通過吸水膨脹來填補(bǔ)顆粒間空隙，解決了水溶性顆粒類暫堵劑因水化而形成的“魚眼”問題，該復(fù)合類暫堵劑承壓能力可達(dá)60 MPa，在80℃以上可完全溶解。吳彥飛[36]采用微流體技術(shù)與傳統(tǒng)聚合方法相結(jié)合，以丙烯酰胺和丙烯酸為原料制備出具有低溫疏水膜的小粒徑聚合物顆粒，可以延遲膨脹，防止其在到達(dá)暫堵位置前失效。

圖8 顆粒型縫內(nèi)暫堵劑Fig.8 Granular temporary plugging agent in fracture

上述水溶性暫堵顆粒雖然污染小、溶解可控、延遲膨脹，但它們共同的缺點(diǎn)是難以從地層中完全清除，仍然對(duì)地層具有一定傷害。對(duì)此，近年來很多學(xué)者對(duì)水溶性可降解暫堵劑進(jìn)行研發(fā)，使得暫堵劑在不需要添加任何助劑情況下可自然降解或生物降解，更加順利地返排。馬學(xué)所等[37]以PLA為主要原料制備了一種耐高溫、可自降解水溶性暫堵劑，其耐壓強(qiáng)度可達(dá)75.5 MPa，可在150℃高溫下作業(yè)。哈利伯頓公司也采用PLA小顆粒來封堵地層裂縫。除自降解之外，Cortez等[38]在對(duì)以PLA為主要材料的暫堵劑研究中，添加了一種新型活化劑，這種活化劑可以加快暫堵劑的降解，縮短降解時(shí)間，并使該類暫堵劑的降解時(shí)間在不同溫度范圍下可控。另外，PLA類暫堵劑不僅可以自降解，而且在分解后具有酸性，在碳酸巖層中使用該類暫堵劑對(duì)其有改造作用[39]。

2.2 纖維類暫堵劑

纖維類暫堵劑暫堵機(jī)理為，纖維具有柔韌可變形特點(diǎn)，纖維類暫堵劑被攜帶液帶入裂縫后，通過橋接作用使纖維容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[圖9（a）]，壓差的存在使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能保持穩(wěn)定性；隨著纖維的增多，纖維暫堵劑網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變得致密，承壓封堵能力也越來越強(qiáng)，從而使壓裂液轉(zhuǎn)向形成新的裂縫或延伸其他方向的裂縫[31]。與顆粒類暫堵劑相比，纖維的柔性使得暫堵劑具有更好的封堵效果：（1）良好的柔韌性，使防漏堵漏性能更好[40]。（2）防止支撐劑回流。纖維可與支撐劑產(chǎn)生協(xié)同作用，形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有效阻止了支撐劑回流，可以避免堵塞油嘴、支撐劑掩埋射孔等事故發(fā)生[41]。

圖9 纖維類縫內(nèi)暫堵劑Fig.9 Fiber temporary plugging agent in fracture

目前，PVA是制備纖維類暫堵劑的主要原料。該類暫堵劑具有優(yōu)良水溶性和生物降解性。王華全等[42-43]、王建等[44]、向鵬偉等[45]均采用PVA制得可溶性纖維類暫堵劑[圖9（b）]，其不僅具有良好的拉伸模量，還大大提升了壓裂液的攜砂性能，分解后變?yōu)樘細(xì)浠衔?，?duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生破壞。張紹彬等[46]以PVA為原料制備了一種水溶性纖維暫堵劑，其長度為3～15 mm，拉伸強(qiáng)度為20～800 MPa，90℃下10 h內(nèi)溶解率可達(dá)98.5%，與顆粒類暫堵劑復(fù)合使用時(shí)暫堵強(qiáng)度可達(dá)70 MPa。穆瑞花[47]制備了一種溫控型纖維類暫堵劑，以苯乙烯、馬來酸酐與引發(fā)劑為原料制得溫控顆粒，然后加入到由PVA制得的纖維中，該纖維在60℃、7 h內(nèi)溶解率低于9%，在90℃、7 h內(nèi)溶解率高于96%，具有低溫不溶、高溫可溶的溫控特點(diǎn)。

除采用PVA以外，陳峰[48]等[48]采用棉花酸水解纖維配合天然植物膠顆粒，制成一種高強(qiáng)度水解纖維壓裂用暫堵劑，其在1.5 cm厚度暫堵層巖心模擬實(shí)驗(yàn)中突破壓力可達(dá)18 MPa，在90℃下10 h內(nèi)溶解率為96%，具有良好的水溶性。成梅華[49]制得的水溶性暫堵纖維封堵壓力在10 MPa以上，溶解率＞95%，解決了我國油田高含水問題，在勝利孤島油田現(xiàn)場應(yīng)用取得良好效果。另外，纖維類暫堵劑雖然比顆粒類具有更好的暫堵性能，但其承壓能力不夠高，而且對(duì)于裂縫開度較小的縫比較適用，對(duì)于裂縫開度較大的縫需要與顆粒類暫堵劑復(fù)合使用。

2.3 粉末類暫堵劑

粉末類暫堵劑在進(jìn)入縫端后，可以對(duì)縫端形成臨時(shí)封堵，從而提升縫內(nèi)凈壓力，由此在主裂縫兩側(cè)形成支縫，產(chǎn)生復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)對(duì)剩余油的溝通。高偉等[50]將乳酸、丙烯酸等天然物質(zhì)聚合得到粉末類暫堵劑，在2塊巖板間注入粉末質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的暫堵劑溶液后，壓差波動(dòng)為5～75 kPa，有縫內(nèi)轉(zhuǎn)向現(xiàn)象；該暫堵劑在60℃下4～5 h內(nèi)完全溶解，無懸浮物及殘?jiān)?，水溶性良好。姜濤[51]以聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、淀粉和表面活性劑等為原料制得一種縫內(nèi)粉末暫堵劑，該暫堵劑呈粉末狀，在地層中遇水可發(fā)生二次交聯(lián)，形成具有高承壓能力的濾餅，從而實(shí)現(xiàn)暫堵壓裂；其承壓能力＞40 MPa，遠(yuǎn)高于其他同類型產(chǎn)品，在水中100 min內(nèi)可完全溶解。

馬學(xué)所[52]等研究了適用于低溫的快速溶解暫堵劑及其制備方法，通過在暫堵劑原料中添加一定質(zhì)量比的聚乙二醇-聚乳酸-乙醇酸（PEG-PLGA）粉末、無機(jī)礦物粉末和高吸水性樹脂，三者相互協(xié)同作用，能夠顯著提高低溫降解速度，且具有較好的強(qiáng)度和加工性能。其過程為，加入PEG對(duì)PLGA做進(jìn)一步親水處理，無機(jī)礦物粉末與PEG-PLGA粉末反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳等氣體，加速分子運(yùn)動(dòng)，加速暫堵劑崩解并進(jìn)一步完全降解為二氧化碳和水。張家旗[53]等以玉米淀粉和3種丙烯酸類單體為原料，通過接枝反應(yīng)使其在交聯(lián)作用下聚合，同時(shí)混摻納米碳酸鈣，制備了一種環(huán)保型可降解暫堵劑STA-2；STA-2熱穩(wěn)定性優(yōu)于淀粉，在土壤中可降解，環(huán)保性能較好，吸水后具有“變形蟲”的特點(diǎn)[圖10（b），碳酸鈣添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)]，對(duì)不同滲透率巖心封堵性較強(qiáng)，具有“自適應(yīng)封堵”特點(diǎn)，巖心滲透率恢復(fù)值可達(dá)85%以上；STA-2對(duì)水基鉆井液流變性影響較小，可降低濾失量，改善儲(chǔ)層保護(hù)效果。

圖10 粉末類縫內(nèi)暫堵劑Fig.10 Powder temporary plugging agent in seam

水溶性縫內(nèi)暫堵劑在深層頁巖氣縫網(wǎng)體積壓裂及深井超深井碳酸鹽巖酸化壓裂改造中應(yīng)用較多，且多為組合應(yīng)用，也就是說顆粒暫堵劑、粉末暫堵劑及暫堵纖維按一定配比進(jìn)行混合應(yīng)用，最大化提高暫堵效果。王興文[54]等針對(duì)威榮深層頁巖埋深大（3 500～4 200 m）、地應(yīng)力高、地應(yīng)力差異大（7～17 MPa）、儲(chǔ)層脆性低（＜0.5）、天然裂縫不發(fā)育，壓裂改造面臨施工壓力高、壓力窗口窄、敏感砂比低、加砂難度大等難題，通過復(fù)合暫堵轉(zhuǎn)向壓裂工藝提高了裂縫橫向復(fù)雜程度；其中，在威頁23-1HF井，應(yīng)用顆粒暫堵劑粒徑為0.18～0.25 mm，暫堵劑用量100～275 kg，通過縫內(nèi)暫堵、優(yōu)化施工排量和液體黏度，施工壓力上漲了2～5 MPa，暫堵后微地震事件有效數(shù)量提高了35%，縫內(nèi)凈壓力及裂縫復(fù)雜程度提高（圖11～12），從而提高壓裂改造體積和控制儲(chǔ)量，且壓后放噴返排為發(fā)生井口油嘴堵塞現(xiàn)象，說明暫堵劑已在井內(nèi)完全溶解。楊乾龍[55]利用可降解纖維暫堵劑的分散性能和降解性能在川東北長興組海相深層碳酸鹽巖氣藏實(shí)施了縫內(nèi)暫堵施工，現(xiàn)場應(yīng)用施工10井次，暫堵后流壓上升3～10 MPa，暫堵有效率約為80%，增產(chǎn)倍比為1.75～6.1，施工后產(chǎn)氣量均大于50×104 m3/d，部分井產(chǎn)氣量高達(dá)100×104m3/d，增產(chǎn)效果顯著。

圖11 威頁23-1HF井縫內(nèi)暫堵壓裂現(xiàn)場施工曲線Fig.11 Field construction curve of temporary plugging fracturing in well WeiYe 23-1HF

圖12 威頁23-1HF井水平段裂縫微地震監(jiān)測Fig.12 Microseismic monitoring of horizontal fracture in well WeiYe 23-1HF

3 結(jié)語

與傳統(tǒng)重復(fù)壓裂相比，化學(xué)暫堵轉(zhuǎn)向壓裂在油田開采中的應(yīng)用越來越廣泛，能夠在提高裂縫復(fù)雜程度的同時(shí)溝通剩余油富集區(qū)，還可以防止壓裂裂縫失效。針對(duì)我國油田高含水的特征，不同種類、形態(tài)的水溶性暫堵劑得到了更廣泛的應(yīng)用。水溶性暫堵球和大粒徑暫堵顆?？梢詫?duì)縫口和炮眼進(jìn)行暫堵，對(duì)于越厚的壓裂油層，其有效封堵率越低；水膨性顆粒類暫堵劑可以對(duì)縫口和縫內(nèi)進(jìn)行有效封堵，但膨脹能力比較難控制，可能會(huì)引起堵塞井筒現(xiàn)象；纖維類暫堵劑主要用于縫內(nèi)暫堵，其柔軟可形變，容易聚集成團(tuán)，承壓能力有限，因此常使用顆粒類暫堵劑與其復(fù)合使用，但其存在成本較高及降解難度大問題。