何明舫 張燕明 趙振峰 崔云群 梁凌云

(中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 油氣工藝研究院，陜西 西安 710018)

人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展高度依賴于煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石資源。石油作為傳統(tǒng)的化石能源之一，與人類(lèi)生活密不可分。然而，由于地層性質(zhì)不均勻，在開(kāi)采石油的過(guò)程中易造成鉆井液由孔道滲透進(jìn)入油井內(nèi)部，在造成石油產(chǎn)量降低的同時(shí)嚴(yán)重影響石油開(kāi)采的質(zhì)量。因此，需要對(duì)高滲透層進(jìn)行臨時(shí)封堵來(lái)降低油井的滲水效果，從而達(dá)到提升石油開(kāi)采效率的目的。

油田堵水的本質(zhì)就是改變水在儲(chǔ)層中的流動(dòng)方向，也就是改變滲透匯率，目前的堵水方式主要包括機(jī)械堵水和使用化學(xué)暫堵劑[1]。其中，機(jī)械堵水成本較高，操作復(fù)雜且耗費(fèi)時(shí)間。使用化學(xué)暫堵劑進(jìn)行堵水，不僅能減少地層的管線和設(shè)備腐蝕，同時(shí)還能增加原油的采收率，因此化學(xué)暫堵劑成為了更好的選擇。國(guó)內(nèi)外科研人員對(duì)暫堵劑進(jìn)行了深入的探索，早在1936年，Halliburton在專(zhuān)利中就提出了以脂肪酸鹽與氯化鈣反應(yīng)的沉淀物作為暫堵劑[2]。我國(guó)油田化學(xué)堵水技術(shù)起步于二十世紀(jì)中期，通過(guò)幾十年的研究與發(fā)展積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)出種類(lèi)繁多的應(yīng)用于不同油藏條件的暫堵劑。

本文首先介紹了暫堵劑的應(yīng)用以及在應(yīng)用過(guò)程中的暫堵機(jī)理；再根據(jù)暫堵與解堵方式將暫堵劑劃分為堿溶性、酸溶性、油溶性、水溶性?；诖朔N分類(lèi)方法分別介紹了不同種類(lèi)暫堵劑的研究進(jìn)展，并總結(jié)了其在應(yīng)用過(guò)程中存在的優(yōu)缺點(diǎn)，最后對(duì)暫堵劑的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 化學(xué)暫堵劑的應(yīng)用

1.1 酸化

酸化處理是解除地層傷害，恢復(fù)儲(chǔ)層滲透性的常用措施。主要是將酸化流體注入地層中促使粘土顆粒、碳酸鹽等溶解，從而對(duì)流體的流動(dòng)通道進(jìn)行疏通，增加近井地帶的滲透率，以此來(lái)達(dá)到改善和提升油井產(chǎn)率的目的。然而，常規(guī)酸化過(guò)程中，酸化液往往會(huì)沿著阻力小的通道進(jìn)入高滲透區(qū)，不能實(shí)現(xiàn)酸的均勻分布[3]。在這種情況下需要對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分層改造。當(dāng)前，分層酸化工藝主要包括機(jī)械分層和化學(xué)分層。傳統(tǒng)的機(jī)械分層酸化不僅成本高昂、耗時(shí)長(zhǎng)且施工過(guò)程受限，此外，井況惡化等因素在一定程度上也增大了施工風(fēng)險(xiǎn)。因此，在酸化過(guò)程中需要注入化學(xué)暫堵劑以封堵高滲透區(qū)，從而達(dá)到消除污染、縮小現(xiàn)有滲透率差的目的[4]。

在酸化過(guò)程中，暫堵劑會(huì)優(yōu)先進(jìn)入吸水能力強(qiáng)的地層，在一定程度上阻礙了酸化液進(jìn)入高滲透區(qū)，起到了分流酸液的作用，促使主體酸化液轉(zhuǎn)向注入低滲透區(qū)，提升酸化液的有效利用率。酸化液會(huì)將孔隙中的堵塞物清除，疏通原地層中的孔隙或者間隙，有效提高地層的滲透率，促使酸化液在儲(chǔ)層中均勻分布，起到了分層酸化的作用，對(duì)緩和層間矛盾具有關(guān)鍵作用。酸化作業(yè)結(jié)束后，暫堵劑迅速降解，地層滲透性逐漸恢復(fù)，不會(huì)對(duì)地層造成污染[5]。

1.2 壓裂

低滲透裂縫性砂巖儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裂縫是儲(chǔ)層的重要滲流通道。然而其分布不均勻，應(yīng)力敏感性較強(qiáng)，縱向上非均質(zhì)性嚴(yán)重，動(dòng)態(tài)寬度的范圍較大，易受損害，工藝上經(jīng)常存在堵死現(xiàn)象，所以需要對(duì)低滲透致密油田進(jìn)行壓裂施工。壓裂開(kāi)的地層裂縫開(kāi)始緩慢地出油，隨著油田開(kāi)發(fā)的深入，地層孔隙壓力逐漸下降，支撐劑破碎，裂縫開(kāi)始閉合，原料的采出程度下降[6]。因此，為增加采收率，提高經(jīng)濟(jì)效益，需要通過(guò)暫堵劑對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行暫堵轉(zhuǎn)向壓裂改造。

壓裂施工時(shí)，在壓裂液中注入暫堵劑堵塞現(xiàn)有裂縫，會(huì)形成橋堵帶，隨后再次使用壓裂液升高井底壓力，此時(shí)壓裂液就會(huì)在原先裂縫的基礎(chǔ)上產(chǎn)生新的裂縫或激活天然裂縫，與地層中已有的天然裂縫連通從而形成了裂縫網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到堵老縫、開(kāi)新縫的目的，增加石油的流動(dòng)性。待工作完成后，暫堵劑逐漸溶解，返排出地面，不會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生損害，此時(shí)老縫新縫同時(shí)出油，從而能深入地開(kāi)發(fā)尚未開(kāi)采的泄油區(qū)。

1.3 暫堵酸壓

碳酸鹽巖儲(chǔ)層油氣藏分布廣泛，儲(chǔ)量豐富。然而，儲(chǔ)層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，生產(chǎn)層厚度大，因此需要對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造才能達(dá)到增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。酸壓技術(shù)施工成本低廉、封堵效果較好，此外，其施工操作簡(jiǎn)單、施工方便，因此酸壓改造技術(shù)對(duì)提高油井產(chǎn)能具有關(guān)鍵作用。酸壓施工時(shí)，酸化液在井底施工壓力高于地層破裂壓力的情況下進(jìn)入地層，酸化液會(huì)溶蝕巖石表面，從而形成導(dǎo)流能力良好的不規(guī)則裂縫，溝通非均質(zhì)性較強(qiáng)的天然裂縫，提高地層滲流能力[7]。然而在酸壓過(guò)程中，酸液濾失嚴(yán)重，酸蝕作用的距離有限，改造儲(chǔ)層的效果不理想，因此，為了進(jìn)一步減少酸化液的損失，往往需要在前置液中添加暫堵劑[8]。

酸壓施工過(guò)程中，在前置液中添加暫堵劑，在天然裂縫與水力裂縫相交的地方會(huì)形成暫堵而提高了局部壓力，從而迫使酸化液進(jìn)入中低滲透區(qū)域，達(dá)到均勻布酸的效果。待工作結(jié)束后，暫堵劑逐漸降解，暫堵裂縫的滲透性逐漸恢復(fù)。酸壓與酸化之間的主要不同是施工壓力及排量，其中，酸壓施工壓力大且排量較高[9,10]。

2 國(guó)內(nèi)外化學(xué)暫堵劑的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 堿溶性暫堵劑

由于當(dāng)前堿性暫堵劑仍然處于研發(fā)階段，相關(guān)研究不多。R.Verret等[11]提出用堿溶性微米級(jí)超細(xì)纖維素作為暫堵劑，微米級(jí)纖維素是由一種具有伸縮性、壓縮性以及膨脹性的纖維素構(gòu)成，所以能迅速封堵井壁形成濾餅，在很大程度上阻礙施工過(guò)程中的液體和固相浸入地層。施工結(jié)束后，多數(shù)濾餅可采用生產(chǎn)回流的途徑被帶離儲(chǔ)層，也可以恰當(dāng)利用強(qiáng)堿溶液對(duì)濾餅進(jìn)行清除，且不會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生損害。劉志明等[12]開(kāi)發(fā)出一種包含羥基、羧基、羰基等官能團(tuán)的堿溶性暫堵劑LZ-1，當(dāng)溶液呈堿性時(shí)，暫堵劑可以與堿反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在鉆井液中起到良好地分散和穩(wěn)定的作用，且環(huán)保無(wú)污染。

堿溶性暫堵劑在中性條件下表現(xiàn)出化學(xué)惰性，質(zhì)地脆且具有較高的熔點(diǎn)以及較低的硬度，這些特性造成堿溶性暫堵劑易于加工成需要大小的顆粒。然而由于堿溶性暫堵劑起步時(shí)間晚，開(kāi)發(fā)速度慢，所以現(xiàn)階段堿溶性暫堵劑相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道和實(shí)際應(yīng)用不多。

2.2 酸溶性暫堵劑

酸溶性暫堵劑常用于酸化壓裂作業(yè)中，主要以酸溶性暫堵材料作為主體材料，結(jié)合其他助劑組成。在暫堵過(guò)程中，酸溶性暫堵劑在孔喉和裂縫部位會(huì)架橋填充從而形成暫堵層，以防入井液的漏失。作業(yè)結(jié)束后，通常需要利用酸液進(jìn)行酸化解堵。

周成裕等[13]將酸溶性暫堵顆粒添加至重復(fù)酸壓工作液體系中，在施工作業(yè)時(shí)，暫堵劑可以封堵老裂縫，導(dǎo)致液體的流動(dòng)方向在地層內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而產(chǎn)生新的裂縫。針對(duì)順北一區(qū)裂縫性碳酸鹽巖儲(chǔ)層，方俊偉等[14]制備了一種耐高溫的酸溶性暫堵劑，其主要成分包括可酸溶纖維、剛性填充材料以及可變性彈性石墨。該暫堵劑具有較高的承壓性能，酸溶性能良好，可達(dá)到致密封堵的效果，應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)時(shí)呈現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)層保護(hù)性能。張利威等[15]針對(duì)伊拉克米桑油田群設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種酸溶性堵漏劑，將其應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中獲得了良好的效果，研究表明該新型暫堵劑有助于提升鉆井液封堵性和耐壓性能，此外該暫堵劑有效地解決了油田裂縫性漏失問(wèn)題，且滿足儲(chǔ)層保護(hù)的要求。Zhang等[16]針對(duì)含H2S和CO2的低滲透碳酸鹽巖儲(chǔ)層提出了一種暫堵鉆井液配方體系，其中包括專(zhuān)門(mén)制備的酸溶性暫堵劑DSK-1。

酸溶性暫堵劑價(jià)格低廉，可變形程度較低，具有良好的耐溫性，抗溫性能優(yōu)良，普遍適用于高溫高壓地層[17]。然而酸溶性暫堵劑的封堵效果不理想，并且酸化解堵過(guò)程復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)成本高昂，通常剩余較多殘留物，且極易對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生二次污染，所以在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中具有一定的局限性。

2.3 油溶性暫堵劑

油溶性暫堵劑作為一種選擇性暫堵劑，在油中具有較高的溶解度，在解堵過(guò)程中不需要添加其他試劑即可溶解在地層的原油中從而被帶出儲(chǔ)層，起到了保護(hù)儲(chǔ)層的作用，因此油溶性暫堵劑具有良好的應(yīng)用前景。

油溶性暫堵劑通常以石油樹(shù)脂產(chǎn)品為原料，如油溶性樹(shù)脂、松香及松香改性劑、聚氨酯等。這種材料不溶于水，易溶于油，對(duì)油藏危害較小。其中，油溶性樹(shù)脂具有良好的黏性和熱塑性，受到外力作用時(shí)會(huì)出現(xiàn)塑性變形，在制備油溶性暫堵劑方面得到了廣泛的應(yīng)用。趙慶波等[18]對(duì)松香進(jìn)行改性制備了一種油溶性暫堵劑，暫堵性能優(yōu)異，可以選擇性酸化高含水油井。Zhao等[19]通過(guò)采用不同類(lèi)型的石油樹(shù)脂和烴類(lèi)樹(shù)脂制備了一種新型油溶性暫堵劑，在應(yīng)用于華北油田時(shí)呈現(xiàn)出優(yōu)異的效果。余小燕等[20]開(kāi)發(fā)出一種油溶性暫堵劑用于河南油田WB2-32-4井轉(zhuǎn)向壓裂試驗(yàn)，表現(xiàn)出優(yōu)異的暫堵和解堵性能，同時(shí)起到了良好的增油作用。在暫堵材料的選擇上，石蠟、瀝青等也可用于制備油溶性暫堵劑。如姜必武等[21]針對(duì)安塞油田開(kāi)發(fā)了一種以松香、全煉石蠟、瀝青等為主要原料的蠟球暫堵劑，其性能優(yōu)良，成本合理。此外，Li等[22]采用聚乙烯蠟作為主要成分研制了一種油溶性暫堵劑，并研究了其對(duì)天然巖心的封堵性能，暫堵劑封堵率為99.9%，解堵后巖心滲透率的恢復(fù)率為90.1%，這一結(jié)果優(yōu)于常規(guī)油溶性暫堵劑W-11，解決了現(xiàn)有暫堵劑存在的封堵強(qiáng)度低、解堵后滲透率恢復(fù)率低的問(wèn)題。

油溶性暫堵劑在作業(yè)過(guò)程中被擠入井筒附近，受壓力、溫度的影響會(huì)變軟發(fā)生形變，封堵巖石的孔隙從而形成暫堵。施工結(jié)束后，暫堵劑溶解在原油中，恢復(fù)儲(chǔ)層的滲透率，避免對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生傷害，有利于后續(xù)的持續(xù)開(kāi)采。油溶性暫堵劑解堵方式簡(jiǎn)便，具有優(yōu)異的暫堵性能，且適用的溫度范圍廣泛，然而由于其成本高昂，難溶于水，限制了其進(jìn)一步發(fā)展。

2.4 水溶性暫堵劑

由于油溶性暫堵劑難以應(yīng)用于高含水油井以及注水井，為了滿足該類(lèi)型井的暫堵需要，研究學(xué)者對(duì)水溶性暫堵劑進(jìn)行了深入的研究。水溶性暫堵劑一般易溶于水，不溶于油，具有良好的黏彈性，其暫堵原理為：當(dāng)水流經(jīng)孔喉時(shí)，聚合物遇水發(fā)生膨脹伸展，從而增加了水的流動(dòng)阻力，達(dá)到了堵水的效果；當(dāng)油經(jīng)過(guò)時(shí)，由于其不溶于油，因而不會(huì)阻礙油的流動(dòng)，因此能起到選擇性堵水的作用。

趙強(qiáng)等[23]利用納米復(fù)合技術(shù)研制出一種新型的顆粒水溶性暫堵劑，該暫堵劑具有吸水倍率較大、破碎強(qiáng)度不高、對(duì)地層無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。李侖諭等[24]通過(guò)水溶液聚合法開(kāi)發(fā)了一種水溶性暫堵劑。無(wú)論是在酸中還是水中，暫堵劑均有優(yōu)良的溶解性，能有效保護(hù)地層，對(duì)返排施工作業(yè)具有促進(jìn)作用，此外，該暫堵劑耐壓性良好，可以達(dá)到壓裂施工的要求。Reena等[25]開(kāi)發(fā)了以聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮以及這兩種聚合物與有機(jī)交聯(lián)劑交聯(lián)的混合物形成的水溶性暫堵劑，該暫堵劑的堵水性能優(yōu)異，同時(shí)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。李翠霞等[26]研制了一種五元共聚物水溶性暫堵劑，研究結(jié)果表明，該暫堵劑的暫堵性能優(yōu)異，且暫堵結(jié)束后無(wú)須添加破膠劑即可達(dá)到解堵目的。

水溶性暫堵劑不但具有良好的暫堵效果，而且可以通過(guò)直接溶解于地層水中以達(dá)到解堵目的，溶解率較高，溶解后殘?jiān)伲扯容^小，更易于返排，不會(huì)對(duì)地層造成污染，目前在修井作業(yè)施工中已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用。但是，水溶性暫堵劑的生產(chǎn)成本高昂，堵漏和溶解的速度緩慢，承壓能力較弱。由于在油氣田開(kāi)采過(guò)程中對(duì)水溶性暫堵劑具有較高需求，因此，水溶性暫堵劑仍具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 結(jié)語(yǔ)及建議

石油資源作為國(guó)家關(guān)鍵的戰(zhàn)略資源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要作用。隨著油田的深入開(kāi)采，油田資源日益緊張，廣泛分布但開(kāi)采困難的低滲透油田逐漸吸引了人們的廣泛關(guān)注。為了提升油井的產(chǎn)能，研究者通過(guò)各種方法對(duì)油井進(jìn)行改造，暫堵劑在油井改造過(guò)程中起到關(guān)鍵作用。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了種類(lèi)繁多的新型暫堵劑應(yīng)用于油田改造。然而，當(dāng)前開(kāi)發(fā)的暫堵劑依然存在封堵強(qiáng)度不足、耐溫性能較差、溶解后剩余較多殘?jiān)鼜亩荒芎芎玫乇Ｗo(hù)儲(chǔ)層免受損害、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、施工成本高等問(wèn)題。此外，在制備暫堵劑的過(guò)程中仍然需要考慮經(jīng)濟(jì)可行性以及環(huán)境友好等方面的問(wèn)題。因此，未來(lái)的暫堵劑開(kāi)發(fā)仍需要不斷改進(jìn)發(fā)展，需要結(jié)合不同類(lèi)型暫堵劑的優(yōu)點(diǎn)，深入探討、研究暫堵劑的暫堵以及解堵機(jī)理，在此基礎(chǔ)上研制出適應(yīng)不同油藏條件的新型暫堵劑。