王玉功 李 勇 唐冬珠 武 龍楊 發(fā)

①中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院

②低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室

近年來，隨著開發(fā)的深入，國內外油田高含水油井數(shù)量逐年增多，嚴重影響了單井產能發(fā)揮、井組水驅效果和油田長期穩(wěn)產。通過對高含水油田開發(fā)過程中遇到的問題進行調研，系統(tǒng)分析了不同類型樹脂堵劑的特點、樹脂堵劑的用途和樹脂堵劑現(xiàn)存的問題，并對高強度樹脂堵劑的發(fā)展進行了展望。

隨著油氣田開發(fā)程度的加深，國內一些老井均出現(xiàn)不同程度的套管穿孔或破損，導致井況惡化。造成產能損失和注采井網失調，開采水平下降，從而影響油田正常生產。國內油田較早的開展了套損修復用堵劑的研究，其中以水泥封堵材料為主，但存在封堵性差和有效期短等問題[1]。樹脂堵劑由于流變性好、強度高，滿足井下復雜工況條件，因而很適合用作堵水壓裂封口、套損井堵漏和水平井管外封竄材料。然而，國內現(xiàn)有類似堵劑仍不成熟，存在基液黏度大、成膠不可控、閃點低等問題，現(xiàn)場施工難度大，風險高。國外哈里伯頓、威德福等公司的堵劑成本高，且存在技術壟斷等情況。為了解決目前樹脂堵劑面臨的技術難題，本文將對樹脂堵劑技術進行回顧、總結和展望。

1 高強度樹脂堵劑研究現(xiàn)狀

1.1 酚醛樹脂類堵劑

酚醛樹脂強度大（驅替壓力梯度可達40.65MPa/m），穩(wěn)定性優(yōu)異，防砂固砂能力強。但是不易降解，解堵困難。苗和平等[2]利用苯酚和甲醛為原料，通過向體系中添加膨潤土等無機材料來提高堵劑的強度?，F(xiàn)場試驗表明酚醛樹脂堵劑具有耐高溫耐鹽的性能，體現(xiàn)出良好的堵水增油效果。羅懿[3]通過將酚醛樹脂、水玻璃和抑水劑等混合，開發(fā)出的有機-無機復合型堵劑具有耐高溫和深部封堵，交聯(lián)時間和強度可控的優(yōu)點。張文昌等[4]以雙酚F型環(huán)氧樹脂（B）為基體、BPF為交聯(lián)劑和稀釋劑、EMI作為促進劑制得一種具有粘度低強度大特點的堵水劑。固化時間隨著EMI促進劑的加量變化而變化，固化時間在1～7h。體系具有較強交聯(lián)密度，且滿足體系長距離向底層深處輸送的要求，抗壓強度最高可達 129MPa。酚醛樹脂的反應方程見圖1。

圖1 酚醛樹脂反應方程

1.2 環(huán)氧樹脂類堵劑

環(huán)氧樹脂通過縮聚反應合成，是當前民用市場上使用最為廣泛的一種材料。固化前的基液流動性和深入性能優(yōu)異，可滲入微小裂縫，堵劑具有高強度、高韌性、低收縮、耐化學腐蝕和封堵周期長等優(yōu)點。

楊彪等[5]以環(huán)氧樹脂作為封竄劑主劑的堵劑有較好的注入性。固化時間為3個小時，固化后的抗壓強度可達到20MPa。

劉振興等[6]為了實現(xiàn)油井高效堵水，以環(huán)氧樹脂作為堵劑體系的主要原料，分別選取改性后的雙氰胺和改性后的脲類作為固化劑和促進劑，優(yōu)化稀釋劑濃度，合成出一種高強度、可適應120℃～140℃高溫環(huán)境的高強度堵劑。

1.3 聚酯樹脂類堵劑

聚酯樹脂基液具有良好的流動性，固化后的樹脂的玻璃化溫度較高，膠結強度大，耐鹽及原油特性，玻璃化溫度可達到135℃。國外沙特阿美、BJ等服務公司[7-9]的研究人員將聚酯樹脂應用于套管損壞后的修復，具有良好的效果，但體系存在配方組分復雜、成本較高等缺點。不飽和聚酯反應方程見圖2。

圖2 聚酯樹脂反應方程

1.4 脲醛樹脂類堵劑

脲醛樹脂相對于一些傳統(tǒng)聚合物堵劑而言，其合成原料尿素和甲醛的來源廣泛、成本較低，固化后的脲醛樹脂的性能具有良好的穩(wěn)定性。作為一種樹脂類高強度堵劑被應用于石油開采工業(yè)中，并取得了一定的成功。但由于其作為堵劑具有的高強度特點，導致在解堵的工作中存在難以解堵的問題，必須研發(fā)出與之相匹配的高效解堵劑才能更好地應用于油田實際生產中，這必將帶來成本和工作量的增加，因此脲醛樹脂高強度堵劑在油氣開采行業(yè)中的應用受到了很大的制約。

戢靈美等[10]向脲醛樹脂體系中引入聚丙烯酰胺聚合物，通過對復合堵劑配方的優(yōu)化，得到了一種具有低濾失、耐沖刷的高強度脲醛樹脂堵劑。脲醛樹脂的反應方程式見圖3。

圖3 脲醛樹脂反應方程

1.5 復合樹脂類堵劑

單一樹脂堵劑在堵水作業(yè)中會面臨選擇目的層不準確、濾失嚴重、污染地層以及解堵困難等問題，為了解決這些問題，一些學者就針對不同樹脂堵劑的優(yōu)點來對不同樹脂堵劑以及聚合物進行復配，通過不斷的優(yōu)化，得到具有更好性能，更具針對性的復合型堵劑。高大維等[11]以異氰酸酯和環(huán)氧樹脂為主要成分，綜合了聚氨酯膠和環(huán)氧樹脂的優(yōu)點，研發(fā)了一種新型復合型高強度堵劑。研究了溫度、老化時間、pH等因素對堵水劑的性能影響，并評價了承壓能力和轉向性能。實驗結果表明：該復合堵水劑轉向性能好，強度大好，封堵效率高，易解堵。在單層堵水、封竄，壓裂段堵水、薄隔層封堵等方面具有良好的應用前景。鄧英江、付敏杰等[12-13]為實現(xiàn)對孤東稠油油藏高滲層的有效封堵，通過對酚醛樹脂進行改性并與HPAM、環(huán)氧樹脂等進行復配，體系耐溫高達200℃，封堵率可達96%以上。

2 高強度樹脂堵劑的用途

2.1 油井堵水壓裂及封竄技術

油井堵水壓裂是當前的研究熱點和難點。壓裂過程中作用在井底的壓力高，對堵劑的強度提出了很高的要求[14-15]。水平井重復壓裂或分段找堵水時，因受管外水泥環(huán)不完整的影響，嚴重影響分段改造效果，而目前在壓裂過程中可通過封堵劑來實現(xiàn)暫堵，但在分段找堵水時目前尚無有效手段來治理。

環(huán)空化學封隔法是一種切實有效的水平井管外封竄堵水方法，其原理主要是通過IBP和連續(xù)油管向水平井內部填充適當?shù)哪透邷谹CP材料，經過一段時間后進而形成堵水凝膠，從而實現(xiàn)堵水的效果。國內的水平井堵水技術相比國外的發(fā)展要略顯不足，并且在實際應用時成功的幾率也相對較低，國外好的經驗及措施目前沒有在國內得到復制及引用，需要我們對此類技術進行更深層次的研究。

2.2 套損井修復

無機材料是目前套損修復常用的材料。但無機材料存在注入困難，抗壓強度低、易收縮等一系列問題，限制了其使用。梁濤等[16]為實現(xiàn)河南油田油井套損破漏有效封堵，研制了一種改性脲醛樹脂基堵漏劑。最佳配方為：改性脲醛樹脂F(xiàn)YC為主劑，工業(yè)硝酸銨為固化催化劑，2～6g/L的增韌劑，1～3g/L的體膨劑，pH為6～10。該堵漏劑在35℃～140℃下均能固化，可抗鹽（NaCl）3.5×105mg/L，在140℃下放置40d后其強度基本不變，在中原油田的現(xiàn)場試驗中具有良好的應用效果。

2.3 支撐劑覆膜

樹脂涂覆的支撐劑是將支撐劑涂覆一層有機樹脂膜來制備。樹脂覆膜支撐劑對比傳統(tǒng)陶粒、石英砂等支撐劑具有圓球度好、硬度大、破碎率低等特點，可以更好地滿足低滲高壓裂縫。McdonaldRA等[17]最初提出了酚醛樹脂涂層的制造工藝，最后提出了有機樹脂上的相鄰二基團。聚合物越多，固化強度越高。直到20世紀90年代，樹脂包覆支撐劑在美國各種石油中得到廣泛應用。

3 未來發(fā)展趨勢

（1）國外油服公司使用的樹脂均以改性環(huán)氧樹脂為基液制備而成，雖然體系成熟，但價格昂貴，存在技術壟斷。相比于聚酯類和酚醛類堵劑，環(huán)氧樹脂堵劑的收縮率更小、力學性能更優(yōu)異，可滲入微小裂縫，值得進一步深入研究，控制樹脂堵劑材料的成本。

（2）開發(fā)屏蔽暫堵劑技術，減少了高強度樹脂堵劑對油層的傷害。

（3）針對高含水井堵水封口、套損井堵漏和水平井管外封竄等難題，研發(fā)超高強度樹脂合金堵劑，以適應更廣、更惡劣的儲層環(huán)境，并結合低滲油田儲層特征，通過現(xiàn)場試驗，建立超高強度樹脂合金堵劑的現(xiàn)場配液及施工工藝方法。