高 荔，趙 澎，吳寶玉，石志遠(yuǎn)

(1 青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266555；2 山東省海洋工程技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，山東 青島 266555；3 中國石油烏魯木齊石化公司煉油廠，新疆 烏魯木齊 830019；4 中國石油獨(dú)山子石化公司生產(chǎn)運(yùn)行處，新疆 獨(dú)山子 833699)

石油天然氣是目前使用最廣泛的不可再生能源。隨著世界油氣能源的大量開采，世界能源供求關(guān)系的矛盾日益凸顯，低滲透油氣資源的開采尤為重要[1]。我國大部門油田屬于低滲透油田，其儲(chǔ)量占到總石油儲(chǔ)量的30%，在已探明儲(chǔ)量的原油中，低滲透未開采儲(chǔ)層占到全部未開采儲(chǔ)層的50%以上。因此低滲透油氣田的開發(fā)對于我國石油工業(yè)的發(fā)展具有重大意義。

提高低滲透油田采收率的最重要的手段就是水力壓裂，但是隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，水力裂縫的導(dǎo)流能力下降，含水量上升，必然會(huì)使油氣產(chǎn)量下降，這類油氣田是水力壓裂無法解決的，這就需要重復(fù)壓裂[5-6]，重復(fù)壓裂是改造老井使其恢復(fù)生產(chǎn)能力的最有效的措施[7]。重復(fù)壓裂的核心技術(shù)是暫堵劑的使用，暫堵劑的性能是影響壓裂效果的決定性因素，決定了封堵的效果和濾餅的抗壓能力[8]。

暫堵劑，又稱為轉(zhuǎn)向劑，能夠暫堵降低地層滲透性的化學(xué)劑，在油氣田開采中具有臨時(shí)封堵的作用，是由調(diào)剖堵水劑發(fā)展來的[9]。其作用原理是把以前天然或者壓裂的老裂縫封堵，再通過反復(fù)壓裂在不同的位置上壓出新裂縫增加流通的通道[7]。新的裂縫形成以后，老裂縫中的暫堵劑可以返排出來，以實(shí)現(xiàn)對新、老裂縫的供液作用，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目的。

目前，壓裂暫堵劑廣泛的應(yīng)用于油氣田開發(fā)領(lǐng)域的修井、壓裂酸化、鉆完井、修井等作用中。暫堵劑可以分為酸溶性、油溶性、水溶性[10]。相比于其他用途的暫堵劑，壓裂用暫堵劑具有地層傷害低，暫堵時(shí)間可控，承壓能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[1]，是近年來研究的熱點(diǎn)。因此對于壓裂暫堵劑的研究是非常必要的，具有重大意義。本文對壓裂用暫堵劑的類型、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)行了闡述，最后對暫堵劑的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

我國現(xiàn)有的暫堵劑按其可溶性和作用原理可分為三類：酸溶性暫堵劑，油溶性暫堵劑，水溶性暫堵劑[11]。

1 酸溶性暫堵劑及應(yīng)用

對于酸性暫堵劑除了要求具有一定的韌性和強(qiáng)度以外，還要能夠溶于酸或水，返排不充分會(huì)對底層造成損害[11]。常用的有細(xì)目或超細(xì)目碳酸鐵、碳酸鈣、陶粒等鈣類能溶于酸的無機(jī)類固相顆粒。酸性壓裂可以有效地提高低滲透油田的開發(fā)水平，油井投產(chǎn)時(shí)，可通過酸化消除油氣層井壁內(nèi)外濾餅而解除這種固相堵塞。

酸性暫堵劑適用于含有酸性氣體的CaCO3酸性鹽儲(chǔ)層，具有制造成本較低、強(qiáng)度高、耐溫性好等優(yōu)點(diǎn)，但酸性鹽儲(chǔ)層的強(qiáng)度較低，不可壓縮且質(zhì)地較脆，無法變形，封堵效果較差，無法滿足高壓作業(yè)的要求。同時(shí)酸性暫堵劑返排出地層時(shí)，需要酸化解堵，無法靠自身降解或者溶解，解堵費(fèi)用高，工藝復(fù)雜。同時(shí)解堵過程中會(huì)留下較多殘?jiān)?，易造成二次污染[12]，對地層危害較大?；谝陨咸攸c(diǎn)，酸性暫堵劑的發(fā)展緩慢，使用受到很大限制，不宜用于酸敏性油氣層，只能用于孔喉或裂縫部位的架橋封堵，在單純的轉(zhuǎn)向壓裂中使用極少。但是酸溶性壓裂暫堵劑可以利用返排的殘酸解堵，因此可以在酸性壓裂中使用，尤其要進(jìn)行酸性改造的高溫油氣層[9]。近年新研制的一類主要成分由超碳酸鈣、氧化瀝青和植物纖維組成的酸溶性暫堵劑，在暫堵結(jié)束之后可通過射孔和酸化解堵，大大提高了酸化率和返排率，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的暫堵劑酸化后自行解堵困難的缺點(diǎn)[13]。

2 水溶性暫堵劑及應(yīng)用

目前我國大多數(shù)油田已經(jīng)進(jìn)入開發(fā)的中后期，這一時(shí)期的油田的含水量較高，傳統(tǒng)的油溶性暫堵劑因?yàn)榉舛滦Ч陆?，解堵時(shí)間長，返排時(shí)間慢，已經(jīng)不適用于大多數(shù)耗水量較高的油井和注水井。水溶性暫堵劑可以彌補(bǔ)油溶性暫堵劑的缺點(diǎn)，適用目前大多數(shù)油井。

2.1 水溶性暫堵劑的分類

水溶性暫堵劑可以分為交聯(lián)類和非交聯(lián)類暫堵劑兩類。

2.1.1 交聯(lián)類水溶性暫堵劑

交聯(lián)類水溶性壓裂暫堵劑的種類有很多種。這類暫堵劑交聯(lián)成膠后可以達(dá)到暫堵轉(zhuǎn)向所需的強(qiáng)度，施工結(jié)束后破膠劑破膠后形成破膠液，溶解于返排液實(shí)現(xiàn)解堵[9]。常見的有丙烯酰胺、淀粉和丙烯酸為原料，結(jié)合引發(fā)劑和交聯(lián)劑[14]或者使用骨膠、增稠劑及交聯(lián)劑為原料制備的均為交聯(lián)類水溶性暫堵劑[15]。這類暫堵劑可以通過交聯(lián)以提高強(qiáng)度從而達(dá)到工藝所需的強(qiáng)度[9]。

2.1.2 非交聯(lián)類水溶性暫堵劑

非交聯(lián)類水溶性暫堵劑主要分為兩類。其中一類是由改性淀粉和植物膠復(fù)配的暫堵劑，這類暫堵劑的溶解速度較快，但是不能承受高溫，無法在溫度較高的井內(nèi)使用，因此不能夠封堵較小的裂縫和孔隙。同時(shí)因?yàn)槿芙馑俣容^快，會(huì)使承壓能力下降，影響了暫堵效果。另外一類為骨膠改性的暫堵劑，這類暫堵劑的合成產(chǎn)物密度不均勻，且生產(chǎn)工藝復(fù)雜并風(fēng)險(xiǎn)較大。

水溶性暫堵劑的主要組分為水溶性聚合物凍膠類堵劑，線性分子鏈上的極性集團(tuán)和多價(jià)金屬離子及有機(jī)基團(tuán)之間相互發(fā)生反應(yīng)，形成大分子的交聯(lián)產(chǎn)物。這類堵劑在水中溶解以后，粘度增加，同時(shí)失去流動(dòng)性和水溶性，增加了封堵強(qiáng)度[16]。暫堵結(jié)束后，暫堵劑經(jīng)破膠劑破膠后溶解在水基壓裂液中或直接溶解或通過返排液排出地層[17]。

2.2 水溶性暫堵劑的主要組分

常用的水溶性暫堵劑有細(xì)目或超細(xì)目氯化鈉和硼酸鹽等。它僅適用于加有鹽抑制劑與緩蝕劑的飽和鹽水體系。所用飽和鹽水要根據(jù)所配體系的密度大小加以選擇。例如，低密度體系用硼酸鹽飽和鹽水或其它低密度鹽水作基液，體系密度為1.03～1.20 g/cm3。氯化鈉鹽粒加入到密度1.20 g/cm3飽和鹽水中，其密度范圍為1.20～1.56 g/cm3。選用高密度體系時(shí)，需選用氯化鈣、溴化鈣和溴化鋅飽和鹽水，然后再加入氯化鈣鹽粒，密度可達(dá)1.50～2.30 g/cm3。此類暫堵劑可在油井投產(chǎn)時(shí)，用低礦化度水溶解各種鹽粒解堵。

2.3 水溶性暫堵劑的特點(diǎn)

水溶性暫堵劑可以很好的解決目前油田存在的問題，具有較好的適用性能。水溶性暫堵劑具有生產(chǎn)成本較高，溶解速度和堵漏速度較慢，抗壓強(qiáng)度低，易固化，不易解堵，暫堵時(shí)間短的特點(diǎn)。并且水溶性暫堵劑穩(wěn)定性、分散性和親水性較好，封堵強(qiáng)度高、效果好。在水溶液中溶解速度快，性能好，在壓裂結(jié)束后可以溶解、降解、破膠溶解于水基流體后被其帶出地層，不會(huì)對地層造成污染，有利于保護(hù)環(huán)境，發(fā)展空間較大，油氣田需求大，近年來廣泛用于油田開采中，尤其以丙烯酰胺類的使用率最高。與油溶性暫堵劑和酸溶性暫堵劑相比較，水溶性暫堵劑更適用于含水量較高的油井和注水井，尤其是開發(fā)時(shí)間較長油井后期[20-21]。

3 油溶性暫堵劑及應(yīng)用

油溶性暫堵劑主要是溶解于油的壓裂暫堵劑。油溶性暫堵劑的顆粒在一定的溫度和壓力的作用下，被壓入井壁附近，堵塞孔道形成暫堵。施工結(jié)束以后，在地層溫度和壓力的作用下，暫堵顆粒溶解在原油中和原油一起采出，實(shí)現(xiàn)解堵，無需添加解堵劑，地層的滲透率得以恢復(fù)，以起到保護(hù)儲(chǔ)層的作用。

3.1 油溶性暫堵劑的分類

3.1.1 脆性油溶性樹脂

脆性油溶性樹脂主要用作架橋粒子。這類樹脂有油溶性聚苯乙烯，在鄰位或?qū)ξ簧嫌型榛〈姆尤?、瀝青、樹脂、二聚松香酸、石蠟等。

普通松香雖然具有一定的變性能力，但是其軟化點(diǎn)較低不能封堵裂縫和高滲透層，限制了在油田中的應(yīng)用。但是改性后的松香油溶性暫堵劑提高了油溶率，擴(kuò)大了軟化點(diǎn)的調(diào)節(jié)范圍，同時(shí)保留了原始的變形能力，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

石蠟是通過與高壓聚乙烯、重晶石混合制成球形壓裂暫堵劑，可以很好的在原油中溶解、配伍。同時(shí)其粒度小，可以進(jìn)入常規(guī)暫堵劑不能進(jìn)入的地方進(jìn)行封堵，例如井底附近和人射孔孔眼內(nèi)部[17]。此外，石蠟暫堵劑的性能比較穩(wěn)定，不會(huì)隨著溫度的改變使物質(zhì)析出、結(jié)塊，可以在泄油的過程中保持通道暢通。球形石蠟暫堵劑的缺點(diǎn)在于軟化點(diǎn)低，當(dāng)?shù)貙訙囟群蛪毫^高時(shí)將不再適用，這會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度低，易破損，對地層有一定的危害，封堵效率差。

瀝青和粘稠樹脂的作用原理類似，能夠很好地與地層空隙匹配，但是強(qiáng)度不高[22]。

油溶性樹脂是壓裂油暫堵劑的主要原料，其主要成分為高分子聚合物溶液，這類暫堵劑會(huì)在地層中形成懸浮顆粒，并且具有較好的熱塑性和粘性，受力易變形，注入地下以后可在老裂縫中形成封堵，等暫堵劑在老裂縫中形成段塞之后可在舊裂縫上壓開新裂縫[17]，不會(huì)滲入地層堵塞巖石孔隙。油溶性樹脂暫堵劑的耐溫性能好，材料強(qiáng)度大，承壓能力好，對于滲透性巖的封堵效果較好。使用時(shí)，顆粒大小不同的暫堵劑顆粒進(jìn)入裂縫后，通過架橋作用進(jìn)行初步封堵。隨后在一定的溫度和壓力下暫堵劑會(huì)軟化，變形，實(shí)現(xiàn)二次封堵。并且，這類暫堵劑易溶解于油層油流，被油流攜帶、返排，有利于油相滲透率的恢復(fù)，對地層傷害小。

3.1.2 可塑性油溶性樹脂

可塑性油溶性樹脂的微粒在壓差下可以變形，在使用中作為填充粒子。這類油溶性樹脂有乙烯-醋酸，乙烯樹脂，乙烯-丙烯酸脂等。此類暫堵劑可由地層中產(chǎn)出的原油或凝析油溶解而解堵，也可注入柴油或親油的表面活性劑加以溶解而解堵。

3.2 油溶性暫堵劑的特點(diǎn)

油溶性暫堵劑的適用溫度范圍較廣，封堵性能好，性能優(yōu)越，適用于油井。暫堵顆粒易在儲(chǔ)層液體中溶解，在地層中能夠自動(dòng)解堵無需加入其他助劑，隨后被原油帶離儲(chǔ)層，返排出地層，解堵工藝簡單[4]。暫堵時(shí)間較短，不會(huì)對地層造成污染，抗壓強(qiáng)度低[11]。與水溶性暫堵劑不同的是，油溶性暫堵劑具有可逆性和選擇性，可以保護(hù)油井結(jié)構(gòu)，有利于油井的可持續(xù)性開采[26]。因此在油井開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。油溶性暫堵劑不適用注水井和含水較高的油井，當(dāng)油井處于高含水階段時(shí)壓裂過程完成后，解堵劑解堵時(shí)間長，返排速度緩慢，不易返排出地層，造成一定的污染。此外，油溶性暫堵劑難溶于水，成本較高，這些特點(diǎn)會(huì)制約油溶性暫堵劑在現(xiàn)場的應(yīng)用。

4 結(jié) 語

(1)酸溶性壓裂暫堵劑主要是碳酸鈣類產(chǎn)品，需要酸化解堵，對于地層危害較大。僅能在裂縫或者孔喉處橋架封堵，應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿^小。

(2)油溶性壓裂暫堵劑主要是溶于油的暫堵劑，承壓能力強(qiáng)，可應(yīng)用的溫度范圍廣，但受溶解性的要求，使其在可應(yīng)用范圍上受到一定限制，僅適用于油井壓裂施工中，壓裂完成后，不易返排，會(huì)污染地層。

(3)水溶性壓裂暫堵劑的水溶性較好，可以溶解于水中，不會(huì)對地層造成污染。在施工過程中被壓裂液代入地層裂縫，在裂縫中架橋，堆積成濾餅，封堵強(qiáng)度高。在施工結(jié)束之后，溶解于地層水，隨返排液返出地面，對支撐劑填充層和裂縫壁面的危害較小，符合綠色環(huán)保的發(fā)展理念，適用于氣井暫堵轉(zhuǎn)向壓裂及老油井的開發(fā)。

(4)我國大部分的油田已經(jīng)進(jìn)入了含水率較高的開采后期，水溶性壓裂暫堵劑能夠更好地適用于高含水的油井。

(5)目前最前沿的是采用快速、返排、破膠液技術(shù)，可以有效減低重復(fù)壓裂和改造高含水油井時(shí)壓裂油對底層造成的污染，而水溶性壓裂暫堵劑較適用于這類新技術(shù)。