穆 蒙，唐緒濤，汪廬山，張 星，劉 恒，蔣夢喆，姜 東，張永民

（1.中國石化勝利油田博士后工作站，山東東營 257100；2.中國石化勝利油田石油工程技術(shù)研究院，山東東營 257100；3.江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇無錫 214122；4.中國石化銷售股份有限公司四川石油分公司，四川成都 610000）

作為重要的化石能源及化工原料，石油開采持續(xù)受到關(guān)注。不同作業(yè)環(huán)節(jié)所需的工作液，如鉆井液、壓裂液、洗井液、完井液等，在油氣開采過程中發(fā)揮著重要作用，但由于地層中隨機(jī)分布的孔道或縫隙結(jié)構(gòu)，作業(yè)過程中易發(fā)生工作液向地層的滲入而形成漏失，造成儲層傷害，嚴(yán)重漏失甚至可導(dǎo)致洗井、沖砂等作業(yè)無法開展實(shí)施，開發(fā)效果降低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)每年因開采過程中漏失和儲層損害造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)10 億美元［1］。暫堵作業(yè)是防治漏失及儲層傷害的有效措施。在注入工作液前，先將暫堵劑注入地層孔喉實(shí)現(xiàn)預(yù)封堵，酸化、壓裂等作業(yè)完成后基于水溶性、油溶性或降解性能實(shí)現(xiàn)返排，恢復(fù)儲層滲流特性，實(shí)現(xiàn)解堵［2-3］。

作為防治漏失的有效技術(shù)手段，基于作業(yè)模式的不同，暫堵作業(yè)主要分為機(jī)械暫堵和化學(xué)暫堵兩類［3］。機(jī)械暫堵包括暫堵球轉(zhuǎn)向、封隔器暫堵、連續(xù)油管轉(zhuǎn)向等，機(jī)械暫堵雖可以抑制工作液進(jìn)入目標(biāo)層段，但施工成本高、操作過程復(fù)雜，且轉(zhuǎn)向功能僅限于井筒內(nèi)部［4］。相較而言，化學(xué)暫堵技術(shù)工藝簡單、成本低、可直接作用于儲層孔喉，因此在油氣開采過程具有更大應(yīng)用潛力［5］。1936年，Halliburton［2］選用脂肪酸鹽和氯化鈣制備了一種油溶性鈣化物，獲得世界范圍內(nèi)首個(gè)化學(xué)暫堵劑專利，并第一次大范圍開展化學(xué)暫堵劑的應(yīng)用。隨著應(yīng)用需求的升級及交叉學(xué)科的引入，暫堵劑種類也日益增多，目前根據(jù)溶解性可分成水溶性暫堵劑、油溶性暫堵劑、酸溶性暫堵劑［6］；根據(jù)形態(tài)可分為顆粒型暫堵劑、纖維型暫堵劑、凝膠型暫堵劑、表面活性劑型暫堵劑和復(fù)配型暫堵劑等。

化學(xué)暫堵作業(yè)緊緊圍繞“堵”和“解”展開。根據(jù)最小流動阻力原則，工作液注入地層后大部分工作液會優(yōu)先流向高滲區(qū)。為實(shí)現(xiàn)工作液的均勻分布，在高滲區(qū)加入暫堵劑，迫使工作液轉(zhuǎn)向低滲區(qū)，暫堵劑可在巖層環(huán)境或者解堵劑作用下降解，被回抽返排地面，完成解堵（圖1）［3］。這種轉(zhuǎn)向方式在實(shí)現(xiàn)工作液轉(zhuǎn)向的同時(shí)又可避免永久堵死地層，對儲層的繼續(xù)開發(fā)有積極意義，且可以利用天然裂縫，對儲層的傷害較低［7-8］。本文按照化學(xué)暫堵劑的形態(tài)特點(diǎn)綜述各類化學(xué)暫堵劑的特點(diǎn)、作用機(jī)理及應(yīng)用，并展望了化學(xué)暫堵劑的研究發(fā)展。

圖1 暫堵劑作業(yè)原理

1 顆粒型暫堵劑

顆粒型暫堵劑是投入應(yīng)用最早、應(yīng)用范圍最廣的化學(xué)暫堵劑。顆粒型暫堵劑可分為以下4類。（1）油溶性顆粒。20 世紀(jì)30 年代Halliburton 公司制備了第一類脂肪酸鹽類顆粒暫堵劑［2］，隨后基于聚乙烯蠟、瀝青、松香、油溶性樹脂等拓展了油溶性顆粒暫堵劑范疇［9］。（2）水溶性聚合物顆粒。此類顆粒暫堵劑主要是一些水溶性聚合物顆粒，如聚丙烯酰胺（PAM）、聚乙烯醇（PVA）、多糖類等［10-11］。（3）無機(jī)/有機(jī)功能顆粒。如碳酸鈣、氯化鈣、苯甲酸鹽等，這類功能顆粒一般通過溶于酸液或者堿液實(shí)現(xiàn)返排。（4）剛性顆粒/彈性顆粒復(fù)配體系。對于封堵強(qiáng)度要求高的作業(yè)或孔喉尺寸多分散的地層，單獨(dú)使用剛性顆粒往往封堵效果欠佳。1990 年羅平亞［12］提出顆粒復(fù)配屏蔽暫堵體系，即暫堵顆粒由起橋堵效果的剛性顆粒和起充填作用的可變形粒子及軟化粒子組成，這種暫堵體系因暫堵強(qiáng)度大、普適性強(qiáng)、有效性高而被廣泛應(yīng)用?？傊?，為滿足地層環(huán)境及作業(yè)需求，顆粒暫堵劑的發(fā)展方向?yàn)橛蓡我活愋皖w粒向多類型、多用途顆粒復(fù)配使用發(fā)展。

1.1 顆粒型暫堵劑的暫堵機(jī)理

作為使用時(shí)間最早的暫堵體系，顆粒型暫堵劑的暫堵作用過程具有代表性。具有一定黏度的注入液將暫堵劑顆粒由地面攜帶至目標(biāo)儲層的裂縫或孔喉處，基于架橋理論堆積形成屏蔽層。顆粒型暫堵作業(yè)的關(guān)鍵為選擇和孔道有著良好尺寸適配性的顆粒，能否適配將直接影響封堵強(qiáng)度。聚焦于尺寸匹配問題，Kaeuffer 等［13］根據(jù)粒度模型推算出了“d1/2原則”，即顆粒的累計(jì)體積（V）和顆粒半徑（r）的平方根呈現(xiàn)線性關(guān)系時(shí)，封堵效果最好。1977年，Abrams［14］提出了“1/3架橋理論”，即顆粒粒徑滿足孔道大小的1/3 時(shí)才可以達(dá)到封堵效果。1998年，Hands 等［15］在d1/2原則的基礎(chǔ)上提出了“d90規(guī)則”。1992 年，羅向東等［12］提出了顆粒粒徑滿足孔道的直徑的1/3～2/3 時(shí)封堵效果最好（圖2a）。其中，“1/3～2/3 規(guī)則”為大多數(shù)學(xué)者接受并應(yīng)用。單獨(dú)使用剛性顆粒易造成較大空隙，封堵效果并不顯著，有學(xué)者采用不同粒徑顆粒混合提高堆積系數(shù)，并進(jìn)一步加入可變形軟顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)配暫堵（圖2b）［3，12］。結(jié)果表明，這種封堵方式可以顯著減少工作液漏失，提高封堵強(qiáng)度。作業(yè)完成后，暫堵顆粒會被流經(jīng)的地層水或原油溶解，并在泵吸作用下隨液體返排地面，實(shí)現(xiàn)解堵。

圖2 1/3～2/3規(guī)則（a）和顆粒復(fù)配暫堵（b）示意圖［3］

1.2 顆粒型暫堵劑的應(yīng)用

世界范圍內(nèi)油田暫堵作業(yè)中，顆粒型暫堵劑的應(yīng)用最具持續(xù)性，其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閴毫艳D(zhuǎn)向或暫堵酸化作業(yè)。1969年，加利福尼亞聯(lián)合石油公司的Gallus等［16］制得基于聚乙烯石蠟的油溶性顆粒轉(zhuǎn)向劑，用于科羅拉多、猶他州油田的酸化、壓裂作業(yè)，發(fā)現(xiàn)工作液漏失顯著下降91%，通過石油溶解后，儲層滲透率恢復(fù)大于90%。2008年，長慶油田鄧晶等［17］用丙烯酸樹脂-Ⅱ包裹氯化鈉、氯化銨制備了水溶性顆粒暫堵劑ZDJ-J，先后在靖安油田進(jìn)行了20口注水井的分層暫堵酸化現(xiàn)場作業(yè)，有效率達(dá)100%且有效期長達(dá)1年，酸化解堵后儲層滲透率恢復(fù)可達(dá)90%以上。2018年，中國石油勘探開發(fā)研究院Shi等［18］引入聚酯類的可降解暫堵顆粒用于深層油藏的多級壓裂，成功應(yīng)用于塔里木深層油氣藏（7000 m，170 ℃），轉(zhuǎn)向壓力達(dá)10 MPa，推廣全國211 口井，有效率95.6%，平均增產(chǎn)3.53 倍。渤海鉆探工程公司陳清等［19］利用氯化鈉等制備了便宜、安全、有效的水溶性顆粒暫堵劑，室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)表明，封堵率達(dá)95.6%，解堵率達(dá)96.2%。

鑒于其作業(yè)機(jī)理及特征，顆粒暫堵劑具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）封堵強(qiáng)度大，剛性顆粒暫堵劑大部分為無機(jī)鹽組成，結(jié)晶結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)秀的抗壓能力，不易被壓破［8］；（2）適用溫度廣，可根據(jù)不同作業(yè)溫度選用不同材料制備的顆粒，滿足溫度需求；（3）價(jià)格低，制備簡單。但面對苛刻的應(yīng)用環(huán)境，顆粒暫堵劑也存在應(yīng)用局限，如進(jìn)入孔喉深處的顆粒不易完全降解，易引起次生儲層傷害［20］；施工前需要預(yù)先測出孔喉的大小才能匹配尺寸合適的暫堵顆粒，導(dǎo)致作業(yè)工序繁瑣、整體操作時(shí)間增加。

2 纖維型暫堵劑

作為直徑范圍可在毫米、微米甚至納米級分布的一維材料，纖維型暫堵劑具有大的長徑比，賦予其優(yōu)異柔韌性及易變形特征，因此可在孔道內(nèi)彎曲纏繞形成“濾餅”，完成封堵。基于其組成材質(zhì)及不同降解機(jī)理，纖維型暫堵劑可分為以下幾類。（1）PVA 類聚合物。這類物質(zhì)有良好的溫度敏感水溶性，即在低溫下結(jié)晶為固體而在高溫下晶體逐漸溶于水，適合中高溫油氣藏暫堵作業(yè)。（2）聚乳酸（PLA）、聚乙酸酯（PGA）等帶有酯基的聚合物?；邗セ牟环€(wěn)定性，在溫度或高礦化度條件下誘導(dǎo)，聚合物分子分解成小分子而溶于地層水，實(shí)現(xiàn)降解解堵。但這類纖維暫堵劑的降解一般耗時(shí)久、難完全降解［21］。（3）滌綸樹脂（PET）、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）等聚合物。剛性芳香環(huán)賦予其優(yōu)異的耐高溫高壓特性，適合應(yīng)用于高溫儲層。纖維型暫堵劑的直徑為5～20 μm、長度為3～20 mm，作業(yè)時(shí)可以根據(jù)孔道的大小選擇不同尺寸的纖維。

2.1 纖維型暫堵劑的暫堵機(jī)理

纖維的一維材料物理特征，決定了此類暫堵劑獨(dú)特的暫堵機(jī)理，主要分為4個(gè)過程［22-23］（圖3）：（1）在一定黏度注入液的攜帶下，具有柔韌性及可變形彎曲特性的纖維進(jìn)入孔喉內(nèi)部，并被粗糙的縫孔內(nèi)壁捕獲；（2）纖維被捕獲后孔道變窄，被捕獲的纖維通過搭橋作用和后續(xù)的纖維進(jìn)一步纏繞形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；（3）纖維網(wǎng)絡(luò)形成后，流動阻力增大，工作液流速降低，后續(xù)纖維更易被纖維網(wǎng)絡(luò)捕獲，孔喉內(nèi)外壓差逐漸增大，纖維網(wǎng)絡(luò)在壓力作用下失水、壓實(shí)，孔隙率進(jìn)一步縮小，最后形成致密的“實(shí)餅”，迫使后續(xù)工作液發(fā)生轉(zhuǎn)向。作業(yè)完成后，纖維封堵層在酸液或水中溶解，并被返排回地面，儲層滲透率恢復(fù)而實(shí)現(xiàn)解堵，支持進(jìn)一步的油氣開發(fā)作業(yè)。

圖3 纖維暫堵劑封堵示意圖［23］

2.2 纖維型暫堵劑的應(yīng)用

纖維型暫堵劑在國內(nèi)外油氣田得以廣泛應(yīng)用。中國石化西南油氣分公司的鐘森等［24］利用新型有機(jī)可降解纖維暫堵劑在四川元壩氣藏儲層采用“初期小排量、暫堵定排量、后期大排量”的原則進(jìn)行作業(yè)，應(yīng)用12口井，其中9口壓力上升顯著，增產(chǎn)達(dá)到2.2～5.0倍。該有機(jī)纖維堵劑在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的鹽酸中90 ℃下2 h解堵率達(dá)90%以上。中國石油新疆油田分公司王艷林等［25］開發(fā)了一種可降解纖維暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)，將纖維作為暫堵劑注入儲層裂縫中，使壓裂液驅(qū)入并在地層形成分支裂縫，增大壓裂改造面積?，F(xiàn)場施工中封堵最高壓力可達(dá)51.6 MPa，隨后在溫度大于50 ℃時(shí)，可降解纖維可有效降解，不影響后期導(dǎo)流。中國石油川慶鉆探工程公司尹俊祿等［26］研發(fā)了一種可降解纖維，將其用于鄂爾多斯盆地蘇里格氣田的壓裂，現(xiàn)場施工結(jié)果表明，注入暫堵纖維后，地層壓力升高約10 MPa。大慶油田公司采油工程研究院王賢君等［27］采用可降解纖維對海拉爾盆地油田進(jìn)行壓裂，壓裂后裂縫導(dǎo)流能力提高了1.28倍，后期解堵率可達(dá)96%。

纖維的材質(zhì)及一維結(jié)構(gòu)賦予該類暫堵劑以下特點(diǎn)。（1）適應(yīng)溫度與礦化度范圍廣。在施工前可以根據(jù)實(shí)際需要選擇不同的纖維材料制備符合作業(yè)溫度、壓力、礦化度等條件的暫堵劑［28］。（2）無需嚴(yán)格的尺寸匹配。施工時(shí)將其注入地下，纖維可以通過架橋在孔喉處形成濾餅，施工工藝相對簡單，但是纖維直徑或長度與孔喉的匹配仍是有效暫堵的必要條件，纖維過長或直徑過大則無法進(jìn)入孔道形成有效封閉［29］。（3）纖維具有一定的柔韌性，導(dǎo)致纏繞形成的濾餅具有一定的空隙率，封堵強(qiáng)度難以滿足壓裂等作業(yè)需求。纖維的溶解或降解程度易受環(huán)境如溫度、pH 的影響，易造成不完全降解。殘留的纖維型暫堵劑易影響后續(xù)油氣開采［30］。

3 凝膠型暫堵劑

凝膠型暫堵劑最早于20世紀(jì)50年代提出并發(fā)展形成。1951年，Dowell公司［2］開發(fā)了一種由石灰、煤油、膠凝劑（脂肪酸和肥皂）和氯化鈣組合成的堵漏劑，并將其命名為“Fixafrac”。凝膠型暫堵劑多被用于油氣開采過程中的酸化、轉(zhuǎn)向、壓裂等作業(yè)［31-33］。凝膠型暫堵劑組分主要包括主劑、交聯(lián)劑、催化劑等。其中主劑為水溶性功能聚合物，如PAM、聚丙烯酸（PAA）、胍膠、定優(yōu)膠、威蘭膠、殼聚糖、羧甲基纖維素等［33］；交聯(lián)劑是一些高價(jià)金屬離子（鋯離子、鈦離子等）或帶有有機(jī)基團(tuán)如醛基、硼酸、羥基或氨基的小分子［34］，催化劑多為無機(jī)季銨鹽、pH 緩沖劑等?；诨瘜W(xué)成鍵反應(yīng)、陰陽離子靜電吸附、配位絡(luò)合或氫鍵作用，交聯(lián)劑與水溶性聚合物反應(yīng)形成微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［35］，體系黏度增加，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚?qiáng)度凝膠并實(shí)現(xiàn)封堵。凝膠型暫堵劑的解堵作業(yè)需額外注入特定降解劑或破膠劑協(xié)助完成，該類藥劑成分多為過氧化物如過硫酸銨、過氧化氫、次氯酸等，進(jìn)入地層后聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的主鏈及支鏈均可發(fā)生斷鏈而實(shí)現(xiàn)破膠，返排后完成解堵作業(yè)。

3.1 凝膠型暫堵劑的暫堵機(jī)理

基于不同的注入液組分及不同的成膠機(jī)制，凝膠型暫堵劑的封堵模式主要分為兩種［3］。第一種為：功能聚合物和交聯(lián)劑溶于水形成低黏度且流動性強(qiáng)的溶液，以段塞方式泵注到地層目標(biāo)孔喉處，合適的溫度、體系pH等條件誘導(dǎo)引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致混合溶液的黏度增加，呈現(xiàn)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，形成具有一定強(qiáng)度的凝膠堵層，實(shí)現(xiàn)封堵，如圖4 所示。第二種為：基于共聚反應(yīng)預(yù)先制備具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的聚合物，進(jìn)一步通過干燥、造粒、篩分等工序制備固定尺寸的聚合物顆粒，以顆粒型暫堵劑的注入方式注入地層，地下高溫誘導(dǎo)顆粒表面熔化發(fā)生聚并，再次交聯(lián)形成凝膠，實(shí)現(xiàn)封堵［36］。對于以上兩種成膠模式形成的封堵性凝膠，需要額外注入解堵劑或預(yù)先內(nèi)置破膠劑，在封堵作業(yè)完成后產(chǎn)生自由基，與氧化作用協(xié)同促進(jìn)聚合物分子鏈斷鍵，使凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕》肿樱⒊尸F(xiàn)流動性強(qiáng)的低黏態(tài)返排循環(huán)，完成解堵。

圖4 聚合物交聯(lián)（a）及凝膠暫堵劑封堵（b）示意圖

3.2 凝膠型暫堵劑的應(yīng)用

凝膠類暫堵劑在初始狀態(tài)下為易流動的低黏液態(tài)，因此可用于裂縫尺寸分布范圍廣的儲層的暫堵作業(yè)［37］?；谥骺腕w相互作用，西南石油大學(xué)的Zhao 等［38］將長鏈醇（C8～C16）及β-環(huán)糊精在有機(jī)溶劑（N，N-二甲基甲酰胺）中共混，制得一種經(jīng)溫度誘導(dǎo)可呈現(xiàn)溶液-凝膠-溶液相態(tài)轉(zhuǎn)變的熱響應(yīng)型暫堵劑。該暫堵劑在室溫下呈現(xiàn)低黏度溶液態(tài)，升溫至90 ℃時(shí)轉(zhuǎn)變成高黏度凝膠態(tài)，進(jìn)一步加熱至105 ℃以上時(shí)凝膠再次恢復(fù)成低黏度溶液態(tài)。通過長巖心驅(qū)替模擬實(shí)驗(yàn)測得其90 ℃時(shí)的封堵壓力可達(dá)7 MPa，升溫至110 ℃破膠后巖心滲透率可恢復(fù)90%。東北石油大學(xué)的劉進(jìn)祥等［39］針對高溫高鹽油田，將粉煤灰作為主劑，氫氧化鈉作為交聯(lián)劑，較高濃度的碳酸根和碳酸氫根作為延遲增黏劑，制得聚合物凝膠堵劑，該凝膠堵劑對高滲透大孔道儲層可形成有效封堵，提高低滲透巖心的分流能力，其封堵率大于90%。針對凝膠型暫堵劑不能滿足高溫油藏應(yīng)用需求的局限，西南石油大學(xué)的李丹等［40］將部分水解的PAM 和與有機(jī)小分子穩(wěn)定的鋯交聯(lián)劑復(fù)配，升溫至120 ℃時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定成膠，并用于地層孔喉暫堵。室內(nèi)模擬測得該暫堵劑的巖心封堵率達(dá)92.75%，通過注入自制破膠劑PJ 可實(shí)現(xiàn)破膠，解堵后滲透率恢復(fù)率達(dá)83%。

相較于具有固定形狀的暫堵劑，如顆粒狀、纖維狀暫堵劑，凝膠型暫堵體系方便注入，形成的封堵層致密，封堵率高［41］，后注入破膠劑或預(yù)先加入破膠劑對凝膠段塞解聚，形成易流動的溶液完成解堵。此類暫堵劑對水層封堵作用強(qiáng)，而對油層封堵作用弱。實(shí)際作業(yè)過程中，地層溫度、pH 值、礦化度、壓力等均可影響凝膠型暫堵劑的黏度及封堵強(qiáng)度，甚至不能成膠、難以封堵。對于以有機(jī)相為溶劑構(gòu)建的凝膠體系，非綠色溶劑的使用易造成環(huán)境污染、有毒氣體揮發(fā)及地層傷害。此外，后期解堵作業(yè)過程中注入的破膠劑多為過氧化物如過硫酸銨或次氯酸，其強(qiáng)氧化性對套管具腐蝕性；對于體積較大的凝膠段塞暫堵層，解堵劑溶液不易與其內(nèi)部充分接觸，易造成不完全解堵及儲層次生傷害，影響油氣開發(fā)效果［23］。

4 表面活性劑類暫堵劑

表面活性劑類暫堵劑主要利用表面活性劑的發(fā)泡、穩(wěn)泡、乳化、膠束形貌轉(zhuǎn)變帶來的增黏等常見理化性能實(shí)現(xiàn)地層裂縫封堵及解堵。目前研究最廣的是黏彈性表面活性劑（viscoelastic surfactant，VES）型暫堵劑和泡沫暫堵劑。VES 是指在特定地層條件下，體系黏度可呈現(xiàn)從低到高轉(zhuǎn)變的表面活性劑溶液體系。Schlumberger 公司于1997 年首次將VES用于暫堵壓裂作業(yè)［42］，該暫堵劑的組份多為甜菜堿類（雜雙子類）或雙子季銨鹽類表面活性劑［43］。泡沫暫堵劑是指表面活性劑（起泡劑）、穩(wěn)泡劑與地層水在氮?dú)獗萌牒笮纬尚×降哪覡钆?，該囊狀泡具有“一核一層三膜”結(jié)構(gòu)［44］，即空氣核、增黏水層、三個(gè)表面活性劑膜，于20世紀(jì)60年代首次獲得應(yīng)用?；谝耗さ某煞莶煌菽瓡憾聞┛煞譃樗苄约坝腿苄詢纱箢悾?5］。

4.1 表面活性劑類暫堵劑的暫堵機(jī)理

表面活性劑小分子組裝構(gòu)建的不同膠束形貌及結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)表面活性劑類暫堵作業(yè)的基礎(chǔ)。VES 型暫堵劑的作業(yè)機(jī)理如下［46-47］：首先向地層注入低黏度的表面活性劑溶液，基于最小流動阻力規(guī)則優(yōu)先進(jìn)入高滲區(qū)或大裂縫或近井區(qū)，表面活性劑溶液在地層的鈣、鎂離子或局部高溫等外界條件誘導(dǎo)下自組裝形成互相纏繞的蠕蟲狀或棒狀膠束，呈現(xiàn)出高黏度高彈性凝膠態(tài)，完成封堵。在油藏烷烴的誘導(dǎo)作用下，表面活性劑分子的疏水端與親水端體積比增加，高黏度的蠕蟲狀或棒狀膠束轉(zhuǎn)變?yōu)榈宛ざ鹊那蛐湍z束溶液，完成返排，實(shí)現(xiàn)解堵，有效保護(hù)儲層（圖5）。

圖5 VES自組裝形貌轉(zhuǎn)變過程［48］

泡沫暫堵劑的作業(yè)機(jī)理如下［43］：在泡沫發(fā)生器激發(fā)下，表面活性劑溶液產(chǎn)生尺寸分散性大的泡沫體系，在穩(wěn)泡劑的穩(wěn)定作用下注入地下，泡沫優(yōu)先流入高滲透率的目標(biāo)孔道。泡沫中的空氣核、表面液膜通過氫鍵作用和增黏水層連接，產(chǎn)生堆積。同時(shí)，泡沫通過孔喉時(shí)產(chǎn)生的賈敏效應(yīng)和能量釋放時(shí)發(fā)生泡沫膨脹，可以增大泡沫在孔喉處的堆積系數(shù)，形成可以承受一定壓力的屏蔽層，實(shí)現(xiàn)裂縫封堵。后期泡沫暫堵層受儲層溫度、強(qiáng)氧化劑及地層微生物等影響，表面液膜失去穩(wěn)定性，內(nèi)部空氣核破裂，封堵層“坍塌”成低黏度的流體，隨液體返排回地面，儲層滲透率得以恢復(fù)（圖6）［44］。

圖6 泡沫暫堵轉(zhuǎn)向示意圖［44］

4.2 表面活性劑類暫堵劑的應(yīng)用

由于表面活性劑組裝體本質(zhì)上是動力學(xué)穩(wěn)定、熱力學(xué)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致表面活性劑類暫堵劑的現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例有限，目前已報(bào)道的現(xiàn)場應(yīng)用主要集中于轉(zhuǎn)向酸化作業(yè)［49］。2006年，四川石油管理局的鄭云川等［50］制得具有長疏水碳鏈的芥子酰胺丙基甜菜堿（SAP-BET），適用于高溫非均質(zhì)多層砂巖油藏分流酸化。升溫至100 ℃時(shí)體系黏度增至200 mPa·s 以上，成功用于海上油田W-BH 井的儲層分流酸化，兩段分流酸化后現(xiàn)場施工泵壓可達(dá)8 MPa。沙特阿拉伯國家石油公司的Nasr-El-Din等［51］用含有碳長鏈（C14～26）的甜菜堿類表面活性劑構(gòu)建了VES轉(zhuǎn)向酸體系，應(yīng)用于具有裸眼完井的水平井的均勻布酸。將常規(guī)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的鹽酸和VES 轉(zhuǎn)向酸復(fù)配，原位增黏暫堵實(shí)現(xiàn)酸液轉(zhuǎn)向，并協(xié)同鹽酸進(jìn)行基質(zhì)酸化解除顆粒堵塞，作業(yè)后表皮系數(shù)從22 降至0，注入指數(shù)從19.7 增加到270.2 bbls/psi/day，且維持9 個(gè)月注入指數(shù)無下降。通過引入納米材料組分提高泡沫強(qiáng)度，西南石油大學(xué)的Zhou等［52］制備了一種強(qiáng)度可調(diào)、穩(wěn)定性好的納米復(fù)合泡沫暫堵體系，該體系配方為1.4%糖苷發(fā)泡劑+0.25%納米二氧化硅+0.03%鉻交聯(lián)劑+0.02%硫脲除氧劑+0.7%部分水解PAM（水解度為25%～30%）。暫堵模擬實(shí)驗(yàn)表明，起泡并成膠后巖心漏失低至0，證實(shí)該體系可形成致密封堵層并有效封堵儲層孔道。泵吸返排80 min 后滲透率可恢復(fù)80%。西南石油大學(xué)的鐘雙飛等［53］利用泡沫暫堵技術(shù)開展轉(zhuǎn)向酸化作業(yè)，該暫堵體系由0.2%的陰離子表面活性劑（ABS、SDS）和0.2%的黃原膠組成，產(chǎn)生的泡沫半衰期可達(dá)110 min以上，巖心封堵實(shí)驗(yàn)表明，該暫堵體系對中低滲透巖心均可實(shí)現(xiàn)封堵，對滲透率為35×10-3μm2的巖心封堵后其滲透率可降至5×10-3μm2。另外，分別對滲透率為66×10-3μm2和20×10-3μm2的巖心進(jìn)行泡沫暫堵酸化作業(yè)，滲透率分別增至100×10-3μm2和45×10-3μm2，證實(shí)該泡沫暫堵體系可實(shí)現(xiàn)均勻布酸、改善滲透率的目的。

立足于油田化學(xué)、石油工程與膠體化學(xué)等多學(xué)科交叉，基于表面活性劑小分子的自組裝形貌轉(zhuǎn)變構(gòu)建的表面活性劑類轉(zhuǎn)向劑，給暫堵體系發(fā)展注入了新鮮血液。表面活性劑類暫堵劑的操作工藝簡單，具備以下特點(diǎn)：（1）不需增稠劑及攜帶液可直接注入地層［54］；（2）原位實(shí)現(xiàn)溶液-凝膠轉(zhuǎn)變完成廣譜封堵；（3）原油接觸后可誘導(dǎo)組裝體形貌轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)解堵。但是，受制于小分子表面活性劑熱力學(xué)不穩(wěn)定的特性，VES和泡沫暫堵劑易受地下溫度、pH、礦化度等影響，膠束結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，封堵有效性差［55］。小分子組裝形成的蠕蟲狀膠束或暫堵泡沫的抗壓能力有限，不能滿足封堵強(qiáng)度要求高的轉(zhuǎn)向作業(yè)。另外，泡沫暫堵作業(yè)需要泵組及制氮設(shè)備，操作成本高。

5 復(fù)配體系暫堵劑

共混改性是增強(qiáng)材料性能的有效方式［56］。同樣的，不同類型轉(zhuǎn)向劑的混合使用也可有效提高暫堵體系的封堵強(qiáng)度、封堵效率及綜合性能，拓展應(yīng)用范疇。20世紀(jì)90年代，羅平亞等［12］首次提出將剛性橋堵顆粒與可變形填充粒子共混后使用，制得復(fù)配型暫堵劑，形成穩(wěn)定密閉的高強(qiáng)度屏蔽環(huán)，實(shí)現(xiàn)鉆井液屏蔽作業(yè)。復(fù)配暫堵體系是指顆粒型、纖維型、凝膠型或VES型等常規(guī)轉(zhuǎn)向劑以兩種或兩種以上均相共混后使用的暫堵體系。此類暫堵作業(yè)模式，可以綜合體系中各個(gè)暫堵劑的優(yōu)點(diǎn)及性能特點(diǎn)，如一定黏度的VES 可用作顆粒暫堵劑的攜帶液，剛性粒子可增加纖維“濾餅”的厚度、密封性及強(qiáng)度，提高暫堵效果［8］。尤其對于具有大尺寸裂縫或孔道的地層環(huán)境，單獨(dú)使用纖維或凝膠型屏蔽劑無法堆積形成封堵“濾餅”，單獨(dú)使用粒徑分布窄的顆粒轉(zhuǎn)向劑易隨工作液漏失，復(fù)配暫堵體系可同時(shí)提供高強(qiáng)度的封堵骨架及變形密封材料，滿足封堵需求［57］，擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域。

5.1 復(fù)配暫堵劑的暫堵機(jī)理

不同于單一種類轉(zhuǎn)向劑，復(fù)配暫堵體系中的多重組分協(xié)同轉(zhuǎn)向，可不同程度提升暫堵效果。以應(yīng)用最廣的顆粒/纖維復(fù)配體系為例闡述協(xié)同暫堵機(jī)理［8］。如圖7a 所示，（1）首先通過機(jī)械攪拌將顆粒/纖維混合均勻，在攜帶液的輔助下將該混合物注入地層裂縫；（2）裂縫的粗糙壁面與纖維接觸后將其捕獲，隨著纖維堆積量的增加，纖維之間相互纏繞，形成初級濾餅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；（3）纖維網(wǎng)絡(luò)遇到流經(jīng)的顆粒將其捕獲，形成包裹固體顆粒的“復(fù)合濾餅”；（4）后續(xù)注入纖維通過架橋作用不斷被纖維/顆粒表面捕獲，“濾餅”變厚、壓實(shí)后對裂縫形成堵塞，直至完全封堵。對于顆粒/凝膠復(fù)配暫堵體系，其封堵過程如圖7b 所示［58］。首先向地層中注入粒徑較大的顆粒暫堵劑對孔喉封堵，接下來用較小粒徑的顆粒暫堵劑填充顆?？p隙，最后用凝膠壓實(shí)形成致密封堵層。復(fù)配暫堵體系的解堵方式與其組分構(gòu)成緊密相關(guān)，需通過水溶、油溶或額外加入降解劑等方式恢復(fù)儲層滲透率。

圖7 顆粒/纖維復(fù)配暫堵（a）及顆粒/凝膠復(fù)配暫堵（b）示意圖［58］

5.2 復(fù)配暫堵劑的應(yīng)用

多種暫堵劑復(fù)配使用可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，提高綜合性能，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于油氣田的酸化壓裂、轉(zhuǎn)向酸化等作業(yè)。西南石油大學(xué)的許成元等［59］將CaCO3剛性顆粒、纖維素纖維、石墨碳彈性顆粒復(fù)配，應(yīng)用于四川油氣田的屏蔽鉆井作業(yè)。當(dāng)剛性顆粒用量為5.0%、纖維用量為3.0%、彈性顆粒用量為2.5%時(shí)，復(fù)合濾餅的強(qiáng)度最大，封堵壓力可達(dá)15 MPa。鉆井作業(yè)后，經(jīng)酸洗溶蝕、返排，實(shí)現(xiàn)解堵，儲層滲透率恢復(fù)率達(dá)88.3%。通源石油公司的薛世杰等［7］將顆粒/纖維復(fù)配體系用于吉林油田重復(fù)壓裂作業(yè)。復(fù)配體系選用直徑為15 μm 的聚乳酸纖維（27.5%）及直徑為75～710 μm 的聚酯顆粒（2.75%）混合制備。向深度為2135～2154 m 單井內(nèi)以4 m3/min 速率泵入729 m3液量進(jìn)行轉(zhuǎn)向壓裂，暫堵強(qiáng)度高達(dá)50 MPa?；邗セ囊讛噫I不穩(wěn)定特性，該暫堵體系在90 ℃地下環(huán)境封堵作業(yè)6 h后逐漸斷鏈分解，溶于地層水，返排后解堵率達(dá)94%。作業(yè)后增油效果明顯，日產(chǎn)油由1.1 t增至6.62 t。渤海鉆探井下技術(shù)服務(wù)公司的鄒鵬等［60］制得配方為89.2%水+10%暫堵劑顆粒+0.2%短纖維+0.6%稠化劑的可降解顆粒/纖維復(fù)配暫堵劑，該劑的懸浮穩(wěn)定性優(yōu)良，靜置18 h 不發(fā)生沉降。巖心封堵實(shí)驗(yàn)表明該暫堵體系在100 ℃下突破壓力高達(dá)17 MPa，封堵層降解24 h后儲層滲透率可恢復(fù)95%以上。西安石油大學(xué)的劉祥等［61］將胍膠、無機(jī)填料（如氧化鎂或氧化鋁）、體膨顆粒共混制得復(fù)配暫堵劑，基于顆粒的架橋作用及胍膠的后交聯(lián)填充實(shí)現(xiàn)段塞封堵。當(dāng)胍膠用量為0.8%、膨脹顆粒用量為0.6%、無機(jī)填料用量為30%、硅酸鈉用量為2%時(shí)，該劑的初始流動性良好，成膠后封堵強(qiáng)度達(dá)29.5 MPa。50 ℃時(shí)注入0.3%的過硫酸銨破膠劑后體系黏度可降低至6 mPa·s或以下，破膠徹底，易于返排解堵。

復(fù)配暫堵體系可綜合多種轉(zhuǎn)向劑的性能優(yōu)勢，提高暫堵強(qiáng)度及有效性，滿足苛刻地層條件的作業(yè)需求，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。但是，復(fù)配體系中各組分的應(yīng)用局限性仍存在。對于有顆?；蚶w維參與構(gòu)建的復(fù)配暫堵體系，地層孔喉尺寸不能全面測定仍然制約其與顆粒/纖維大小的匹配性，進(jìn)而影響封堵效果。對于有凝膠型轉(zhuǎn)向劑參與構(gòu)建的復(fù)配體系，形成封堵的復(fù)合凝膠段塞仍需注入過氧類破膠劑進(jìn)行解堵，易產(chǎn)生管套腐蝕及破膠不徹底引起的二次傷害。另外，復(fù)配暫堵體系的組分復(fù)雜，各組分比率不易調(diào)控，且注入前需在地面充分機(jī)械攪拌，導(dǎo)致作業(yè)工序繁瑣、成本增加。當(dāng)注液量需求大時(shí)，地面泵車及機(jī)械攪拌不易保證組分的均勻混合，勢必影響暫堵性能。

6 其他

6.1 成膜暫堵劑

成膜暫堵劑是指作業(yè)時(shí)可堆積形成膜狀物并吸附于地層表面實(shí)現(xiàn)屏蔽封堵，在泵吸返排或原油溶解等作用下完成解堵。2003年，英國高地與群島大學(xué)（UHI）的Labenski等［62］首次提出成膜暫堵劑的概念，即基于聚合物膠束在井壁成膜實(shí)現(xiàn)封堵。石油大學(xué)的呂開河等［63］在此基礎(chǔ)上引入可變形彈性粒子及填充加固劑，增強(qiáng)該暫堵體系的抗壓性能，并首次提出成膜自適應(yīng)暫堵機(jī)理。首先，彈性顆粒組分進(jìn)入孔喉處架橋形成封堵骨架，接著聚合物膠束吸附在顆粒骨架及巖層表面并有序排布，堆積形成內(nèi)置顆粒的膜結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)屏蔽封堵。一定的泵吸反排壓力下，聚合物膠束組裝的膜結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破裂，膠束分子和顆粒分散于水中實(shí)現(xiàn)解堵。該暫堵體系被成功用于遼河油田的鉆井屏蔽作業(yè)，封堵率可達(dá)91.2%，封堵層可抗壓9 MPa 以上。中國石油大學(xué)的蔣官澄等［64］開發(fā)了可廣譜封堵的“油膜”暫堵劑GPJ，用于鉆井和完井作業(yè)。該暫堵體系為具有一定粒徑的水包油乳液，油相為柔性可變形顆粒，可在井底溫度、壓力作用下發(fā)生軟化變形，對不同尺寸孔喉實(shí)現(xiàn)廣譜封堵?；谠腿芙饣蛞欢▔毫Ρ梦蹬?，實(shí)現(xiàn)解堵。當(dāng)GPJ 用量大于3%時(shí)，室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)的封堵強(qiáng)度大于9 MPa，滲透率恢復(fù)率大于90%。該暫堵體系被成功應(yīng)用于大港油田和勝利油田，表皮系數(shù)降至0，采油強(qiáng)度提升至2.25 t/（m·d）。

成膜暫堵劑可實(shí)現(xiàn)一定程度上的廣譜屏蔽，在鉆井完井作業(yè)中獲得應(yīng)用。但膠束成膜體系中有顆粒組分，仍受限于粒徑與孔喉的匹配要求，且需較高返排壓力解堵。油膜暫堵體系為水包油乳液，有效成分為油溶性顆粒，地層礦化度、pH 可影響乳液穩(wěn)定性，并進(jìn)一步影響成膜封堵性能；孔喉封堵形成的深部段塞需原油溶解返排解堵，限制其在高含水油井及水井的應(yīng)用。

6.2 絨囊類暫堵劑

絨囊類暫堵劑是一種可用于修井、完井、壓裂等轉(zhuǎn)向作業(yè)的無固相絨囊流體，主要由絨膜劑、囊膜劑、囊核劑組成［65］。作業(yè)時(shí)，絨囊類暫堵劑隨入井液流入地層，囊泡在裂縫處堆積、變形，進(jìn)而對不同尺寸的孔喉形成封堵，實(shí)現(xiàn)壓裂、完井等作業(yè)。該類暫堵劑在完成作業(yè)后可溶于地層水實(shí)現(xiàn)返排，減少儲層傷害。

中國石油大學(xué)的聶帥帥等［66］制得了一種配方為1.5%～3.0%羥乙基淀粉+1.5%～2.3%聚陰離子纖維素+0.4%～0.7%十二烷基磺酸鈉+0.8%～1.2%十二烷基苯磺酸鈉的無固相絨囊流體，巖心封堵后承壓能力可達(dá)18 MPa，能有效減少工作液漏失。川慶鉆探工程有限公司的許洪星等［67］將絨囊流體和纖維聯(lián)合使用，封堵后儲層抗壓能力提升6.2 MPa，日產(chǎn)油量提高15%。

不同于顆粒類和纖維類暫堵劑通過架橋形成濾餅而對尺寸較大的裂縫進(jìn)行封堵，絨囊類暫堵劑對微小裂縫的封堵更為顯著。但由于絨膜劑的抗高溫能力弱，該類暫堵劑不能用于高溫低壓儲層。

7 結(jié)語

化學(xué)暫堵體系種類豐富，作業(yè)程序簡易，可直接作用地層裂縫，是防治漏失、提高油氣開采的有效手段。顆粒型、纖維型及復(fù)配型暫堵體系基于架橋、濾餅或填充補(bǔ)強(qiáng)作用，可滿足不同封堵強(qiáng)度需求的作業(yè)，如酸化、壓裂、鉆井等環(huán)節(jié)。但實(shí)際作業(yè)中地層孔喉無規(guī)分布，尺寸難以全面統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致暫堵體系中顆?；蚶w維與地層裂縫的尺寸匹配難以把控，降低暫堵強(qiáng)度及封堵有效性。表面活性劑型暫堵劑適用于中低溫儲層轉(zhuǎn)向酸化作業(yè)，形成封堵的基礎(chǔ)為兩親性小分子的自組裝結(jié)構(gòu)，易受地層礦化度及溫度影響，穩(wěn)定性差、強(qiáng)度低。凝膠型暫堵劑通過溶液-凝膠轉(zhuǎn)變或顆粒的再交聯(lián)實(shí)現(xiàn)封堵，適用于深部調(diào)驅(qū)轉(zhuǎn)向或暫堵酸化，但需額外注入破膠劑方可解堵，作業(yè)步驟繁瑣；且破膠過程不易控制、不能完全破膠，進(jìn)而易引起次生儲層傷害。成膜型暫堵劑可實(shí)現(xiàn)一定程度的廣譜屏蔽，但膠束成膜體系仍受限于粒徑與孔喉的匹配要求，且需較高返排壓力才能解堵。油膜暫堵體系的封堵性能易受地層礦化度、pH 的影響，能否滿足高強(qiáng)度需求的封堵尚未可知，此外，其孔喉深部封堵段塞需原油溶解返排解堵，限制在高含水油井及水井的應(yīng)用。

暫堵劑的發(fā)展方向應(yīng)緊跟國家“綠色發(fā)展”的政策導(dǎo)向，緊扣實(shí)際作業(yè)中“堵得住，解得開”的應(yīng)用需求，發(fā)展易操作、無污染、低成本、可適用于復(fù)雜地層條件的暫堵技術(shù)。針對常規(guī)暫堵劑應(yīng)用環(huán)節(jié)中普遍存在的兩大難點(diǎn)，即粒徑/孔喉的尺寸匹配問題及不易解堵，可結(jié)合石油工程技術(shù)、油田化學(xué)、膠體化學(xué)等多學(xué)科交叉，引入新型反應(yīng)基團(tuán)及新型可降解基團(tuán)，開發(fā)同時(shí)具備自適應(yīng)封堵、自降解解堵的暫堵技術(shù)，呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：（1）不須預(yù)知孔喉尺寸可實(shí)現(xiàn)廣譜性暫堵，實(shí)現(xiàn)主動找縫；（2）封堵段塞層基于自降解可實(shí)現(xiàn)解堵；（3）根據(jù)實(shí)際需求，封堵強(qiáng)度、封堵時(shí)間、解堵時(shí)間可調(diào)。另外，利用地層條件與地面環(huán)境的巨大差異，如溫度、壓力或礦化度的顯著變化，可制備具有刺激響應(yīng)性的智能暫堵體系，滿足地層暫堵需求。針對不同的暫堵劑類型，應(yīng)建立對應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)，提高工藝效率。暫堵作業(yè)前可引入數(shù)值模擬計(jì)算，指導(dǎo)并調(diào)整暫堵體系用量，預(yù)測操作有效性避免浪費(fèi)。