王相春 鄭力會(huì) 白建文 李品偉 翟曉鵬 魏攀峰

關(guān)鍵詞：勘探開發(fā)；工程技術(shù)；非常規(guī)油氣；壓裂；暫堵劑；封堵；凝聚態(tài)；種類

0 引言

轉(zhuǎn)向壓裂是有潛力老井、低產(chǎn)能新井等提高油氣產(chǎn)量的重要手段。轉(zhuǎn)向壓裂用暫堵劑又稱轉(zhuǎn)向劑，是轉(zhuǎn)向壓裂過(guò)程中暫時(shí)封堵裂縫或孔眼，阻止壓裂工作流體流入，強(qiáng)制流向其他方向的化學(xué)材料。使用暫堵劑的化學(xué)轉(zhuǎn)向相對(duì)于機(jī)械轉(zhuǎn)向，施工風(fēng)險(xiǎn)小、費(fèi)用相對(duì)較低、作業(yè)時(shí)間短，成為轉(zhuǎn)向壓裂的主流。

從Web of Science、Science Direct、OnePetro、知網(wǎng)和萬(wàn)方等數(shù)據(jù)庫(kù)，調(diào)研了200 多篇相關(guān)文獻(xiàn)表明，暫堵劑有23 種，按不同依據(jù)有3 種分類方法，解決了一些科學(xué)研究和應(yīng)用實(shí)踐的難題。一是，根據(jù)原料性質(zhì)，分為固體有機(jī)酸、惰性有機(jī)樹脂、遇酸溶脹的聚合物及惰性固體暫堵劑；二是，根據(jù)形態(tài)，可分為顆粒暫堵劑、壓裂暫堵球、纖維類暫堵劑及凍膠類暫堵劑等；三是，根據(jù)解堵方式不同，可分為酸溶性暫堵劑、油溶性暫堵劑和水溶性暫堵劑［1］。可以看出，分類不僅重復(fù)、交叉和遺漏，又無(wú)法涵蓋全部暫堵劑。根本原因是分類方法依據(jù)只是暫堵劑的某一方面特性，未把暫堵劑的分類與暫堵劑的增壓轉(zhuǎn)向機(jī)制、轉(zhuǎn)向壓裂施工工藝結(jié)合起來(lái)，造成暫堵劑使用者根據(jù)地層、工藝優(yōu)選暫堵劑時(shí)，不系統(tǒng)、不完整。

用作用機(jī)制分類可以清楚地支撐合理選擇暫堵劑。利用斷裂力學(xué)中最大能量釋放率準(zhǔn)則，分析了暫堵劑的暫堵增壓機(jī)理，發(fā)現(xiàn)不同凝聚態(tài)暫堵劑表現(xiàn)出不同的暫堵增壓機(jī)理。而凝聚態(tài)，是由大量原子或者分子以某種方式聚集在一起，而且能夠在自然界相對(duì)穩(wěn)定存在的物質(zhì)形態(tài)，如常見物質(zhì)的固、液、氣三態(tài)等與作用機(jī)制密切相關(guān)。據(jù)此可分為改變裂縫內(nèi)壓力分布和改變巖石力學(xué)參數(shù)兩大類作用機(jī)制［2］，涵蓋了所有的暫堵劑，表明用凝聚態(tài)為依據(jù)分類會(huì)更契合轉(zhuǎn)向機(jī)制。同時(shí)，凝聚態(tài)由于能夠用定量的方式表征其狀態(tài)，便于匹配現(xiàn)場(chǎng)施工工藝參數(shù)。因此，按照凝聚態(tài)分類轉(zhuǎn)向壓裂用暫堵劑，給出每種暫堵劑的特征參數(shù)，能夠解決非凝聚態(tài)分類無(wú)法涵蓋所有的暫堵劑、工藝參數(shù)無(wú)法和暫堵劑匹配等難題。

1 凝聚態(tài)分類結(jié)果

轉(zhuǎn)向壓裂過(guò)程中，如顆粒暫堵劑、纖維暫堵劑等固體類，利用架橋、充填的原理在裂縫內(nèi)部建立低滲透暫堵帶，增加壓裂液流動(dòng)阻力，使縫內(nèi)凈壓力分布不均，減小裂縫尖端應(yīng)力強(qiáng)度，減小能量釋放率，在提高井筒至?xí)憾聨еg凈壓力的同時(shí)阻止初始裂縫擴(kuò)展［3］。液氮、絨囊流體等流體暫堵劑則是內(nèi)暫堵劑，進(jìn)入裂縫后通過(guò)冰晶、囊泡對(duì)縫端基質(zhì)暫堵后改變巖石力學(xué)參數(shù)，減小裂縫的能量釋放率，提高裂縫凈壓力同時(shí)阻止初始裂縫擴(kuò)展［4］。因此，為實(shí)現(xiàn)這兩種封堵機(jī)制，應(yīng)用者開發(fā)了諸多暫堵劑。其中包括固體的和液體的，還有部分暫堵劑在注入過(guò)程中是液體、靜止后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)變成固體，即液體-固體的。

按照暫堵劑在暫堵過(guò)程中不同的凝聚態(tài)，將暫堵劑分成固態(tài)暫堵劑、液-固態(tài)暫堵劑和液態(tài)暫堵劑3 大類23 種，其中固體暫堵劑還可以分為4 個(gè)亞類，如圖1 所示。

從圖1 可以看出，固態(tài)暫堵劑種類最多，進(jìn)一步分為4 個(gè)亞類，分別為球狀暫堵劑、繩結(jié)狀暫堵劑、顆粒類暫堵劑和纖維暫堵劑。顆粒類暫堵劑還可以進(jìn)一步細(xì)分；液-固態(tài)暫堵劑包括化學(xué)凝膠暫堵劑、物理凝膠暫堵劑和水泥暫堵劑3 種；液態(tài)暫堵劑包括絨囊流體暫堵劑、液氮暫堵劑2 種。

這種分類方法的好處是，還可以用暫堵劑特征參數(shù)表征其理化性能（主要特征參數(shù)見表1）。密度是指固態(tài)暫堵劑的表觀密度或液-固態(tài)暫堵劑、液態(tài)暫堵劑液的流體密度。粒徑是指暫堵劑的平均粒徑。適用溫度是指暫堵劑保持其結(jié)構(gòu)、性能和功能時(shí)的最高溫度。解堵時(shí)間是指暫堵劑溶解、降解或破膠時(shí)間。封堵壓力是指暫堵劑在暫堵過(guò)程中能承受的最大壓力。滲透率恢復(fù)值是指暫堵劑解堵后滲透率與初始滲透率的比值。

從表1 中可以看出，暫堵劑特征參數(shù)的差異性很大。（1） 不同暫堵劑特征參數(shù)有無(wú)各不相同，如球狀暫堵劑、繩結(jié)狀暫堵劑滲透率恢復(fù)值這一特征參數(shù)缺失，提示選擇暫堵劑需要測(cè)試這些參數(shù)時(shí)，選擇合適的測(cè)量方法表征想了解的參數(shù)。同時(shí)，也為研究人員建立或者研發(fā)新方法提供了信息。（2） 不同的暫堵劑性能特征參數(shù)相差很大，如球狀暫堵劑的粒徑最小可達(dá)2.54 mm，而顆粒類暫堵劑粒徑最小粒徑僅為0.01 mm，二者相差254 倍，對(duì)應(yīng)的封堵位置、適用的壓裂工藝有所區(qū)別。因此，凝聚態(tài)分類方法，指明了暫堵劑的區(qū)別，能夠解決非凝聚態(tài)分類無(wú)法涵蓋所有的暫堵劑、工藝參數(shù)無(wú)法和暫堵劑匹配等難題。

1.1 固態(tài)暫堵劑

固態(tài)暫堵劑是通過(guò)架橋、充填等封堵方式形成暫堵帶封堵裂縫，增加壓裂液的流動(dòng)阻力促使其流動(dòng)方向改變，且在施工后能夠解堵返排的具有固定形狀和強(qiáng)度的固體暫堵劑，是轉(zhuǎn)向壓裂乃至封堵界最常用的暫堵劑。按其外形還可以分為球狀暫堵劑、繩結(jié)狀暫堵劑、顆粒暫堵劑和纖維暫堵劑等4 個(gè)亞類。

1.1.1 球狀暫堵劑

球狀暫堵劑又稱為暫堵球，是外形為球狀的固體暫堵劑。早期暫堵球是由塑料、橡膠、鋼芯橡膠等不可降解或者不可溶解的材料制造，易脫落和堵塞射孔炮眼。后來(lái)用可降解聚合物［5］、可溶解無(wú)機(jī)物［3］及可溶解金屬等［6］，研發(fā)了可降解或者可溶解的球狀暫堵劑。

球狀暫堵劑的主要特征參數(shù)為密度、粒徑、適用溫度、解堵時(shí)間和封堵壓力。（1） 密度1.25～2.18g/cm3。密度一般大于壓裂液密度（0.96～1.32 g/cm3），易沉降，攜帶困難。（2） 粒徑2.54～50.00 mm。暫堵劑封堵射孔形成的炮眼，需要一定的粒徑與炮眼匹配，因此尺度比較寬泛。（3） 適用溫度90～150 ℃。水溶性金屬物、可降解聚合物暫堵球抗溫性能較好。（4） 解堵時(shí)間8.4～240.0 h?？扇芙饘偾蚶秒娀瘜W(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)溶解，溶解時(shí)間最短，另外2 種暫堵球溶解時(shí)間較長(zhǎng)。（5） 封堵壓力27.58～90.00 MPa［4］。可溶金屬球的封堵壓力最高可達(dá)90 MPa，整體的承壓能力較高。盡管球狀暫堵劑應(yīng)用廣泛，但是在封堵不規(guī)則射孔孔眼、裂縫時(shí)，由于級(jí)配問(wèn)題封堵效果不佳。

1.1.2 繩結(jié)狀暫堵劑

繩結(jié)狀暫堵劑利用纖維編制成繩結(jié)狀結(jié)構(gòu)，承壓能力較好和形變能力強(qiáng)，能夠有效封堵不規(guī)則形狀的孔眼和裂縫。常用材料有可降解聚合物纖維［7］、可降解固化樹脂纖維和可降解改性聚合物纖維［8］。

繩結(jié)狀暫堵劑的主要特征參數(shù)為密度、繩頭寬度、適用溫度、降解時(shí)間和封堵壓力。（1） 密度1.05～1.30 g/cm3。由于密度接近壓裂液密度，便于攜帶。（2） 繩頭寬度4.00～120.00 mm。封堵對(duì)象是裂縫縫口處的不規(guī)則射孔孔眼，繩頭寬度較大。（3） 適用溫度20～200 ℃?？山到饩酆衔锢w維繩結(jié)狀暫堵劑抗溫性能較好。（4） 降解時(shí)間24.0～312.0 h?？山到飧男跃酆衔锢w維繩結(jié)狀暫堵劑降解時(shí)間最短。（5） 封堵壓力30.00～70.00 MPa。繩結(jié)狀暫堵劑一般都具有較強(qiáng)的封堵壓力，封堵性能較好。

1.1.3 顆粒類暫堵劑

顆粒類暫堵劑是粒徑大多在納米至毫米尺寸范圍內(nèi)，具有特定幾何形狀的固體暫堵劑。其種類繁多，根據(jù)解堵方式的不同將其分為水溶性暫堵劑、油溶性暫堵劑、酸溶性暫堵劑和降解性暫堵劑。

1.1.3.1 水溶性顆粒暫堵劑

水溶性顆粒暫堵劑暫堵后能夠直接在壓裂液或返排液中溶解。按組分可分為可溶解鹽巖顆粒暫堵劑［9］、可溶解性復(fù)合顆粒暫堵劑［10］?？扇芙恹}巖顆粒暫堵劑主要是氯化鈉顆粒，可溶解性復(fù)合顆粒暫堵劑由可溶解的聚合物、無(wú)機(jī)鹽等復(fù)配而成。

水溶性顆粒類暫堵劑的主要特征參數(shù)為密度、粒徑、適用溫度、溶解時(shí)間、封堵壓力和滲透率恢復(fù)值。（1） 密度1.20～2.17 g/cm3。可溶解性復(fù)合暫堵劑的密度1.20～1.50 g/cm3，攜帶性能較好。（2） 粒徑0.005～6.00 mm?？扇芙恹}巖顆粒通過(guò)鹽析結(jié)晶制成，粒徑較小?？扇芙庑詮?fù)合顆粒暫堵劑是大塊材料粉碎、研磨制成，粒徑分布范圍大。（3） 適用溫度25～260 ℃?？扇芙庑詮?fù)合顆粒暫堵劑最高適用溫度為260 ℃，可滿足大多數(shù)井的溫度要求。（4） 溶解時(shí)間1.0～24.0 h。溶解時(shí)間較短，易解堵。（5） 封堵壓力8.10～21.90 MPa?？扇苄詭r鹽顆粒的封堵壓力為8.10 MPa，與可溶性復(fù)合顆粒暫堵劑相差較大。（6） 滲透率恢復(fù)值94.30%～98.20%。滲透率恢復(fù)值大于94%，儲(chǔ)層傷害程度較低。

1.1.3.2 油溶性顆粒暫堵劑

油溶性顆粒暫堵劑能較好地溶解于原油實(shí)現(xiàn)自行解堵，隨原油一同采出。常用的油溶性顆粒主要由苯甲酸［11］、瀝青［12］、石蠟［13］和石油樹脂［14］等加工而成。

油溶性顆粒暫堵劑的主要特征參數(shù)為密度、粒徑、適用溫度、溶解時(shí)間、封堵壓力和滲透率恢復(fù)值。（1） 密度0.88～1.30 g/cm3。密度與壓裂液密度差較小，攜帶性較好。（2） 粒徑0.01～0.28 mm。石蠟粒徑最小，適合于縫端暫堵。其余3 種粒徑較大，適合于縫內(nèi)暫堵。（3） 適用溫度90～140 ℃?？箿匦阅茌^差，適用溫度普遍較低。（4） 溶解時(shí)間24.0～48.0h。溶解時(shí)間較長(zhǎng)，不易解堵。（5） 封堵壓力6.89～62.50 MPa。石油樹脂封堵壓力較大，石蠟顆粒封堵壓力較小。（6） 滲透率恢復(fù)值91.90%～98.50%。滲透率恢復(fù)值大于91%，儲(chǔ)層傷害程度較弱。

1.1.3.3 酸溶性顆粒暫堵劑

酸溶性顆粒暫堵劑暫堵后能夠被酸或殘酸溶解，主要為碳酸鈣顆粒［15］。碳酸鈣的密度為2.93g/cm3，粒徑0.15～4.00 mm 可調(diào)，耐溫性能較好，最大封堵壓力為29.10 MPa，一般用于轉(zhuǎn)向酸壓，施工后利用殘酸溶解，溶解率94.00%。因?yàn)橛盟峤舛?，所以其滲透率恢復(fù)值為101.80%～126.20%。

1.1.3.4 降解性顆粒暫堵劑

降解性顆粒暫堵劑，暫堵后一段時(shí)間內(nèi)在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)作用下可自動(dòng)降解、消除，降解產(chǎn)物儲(chǔ)層傷害程度低，環(huán)境污染程度低。常用可降解暫堵劑按其降解機(jī)理可分為生物降解暫堵劑和熱降解暫堵劑。生物降解暫堵劑由聚乳酸、聚乙醇酸、聚丁酸丁二酯、聚酯等預(yù)聚體合成［16］。熱降解類暫堵劑為丙烯酰胺、丙烯酸鹽等單體聚合的凝膠顆粒［17］。

降解性顆粒暫堵劑的主要特征參數(shù)為密度、粒徑、適用溫度、降解時(shí)間、封堵壓力和滲透率恢復(fù)值。（1） 密度0.86～1.30 g/cm3。密度接近于壓裂液的密度，便于攜帶。（2） 粒徑0.15～3.00 mm。熱降解類暫堵劑可吸水膨脹， 粒徑可變。（3） 適用溫度30～150 ℃。熱降解類顆粒暫堵劑在高溫下才能降解，適用溫度90～120 ℃。（4） 降解時(shí)間1.8～19.0 h。降解時(shí)間較短，利于壓裂后迅速解堵。（5） 封堵壓力7.37～52.00 MPa。生物降解暫堵劑封堵壓力優(yōu)于熱降解暫堵劑。（6） 滲透率恢復(fù)值95.50%～99.13%。滲透率恢復(fù)值大于95%，儲(chǔ)層傷害程度較低。

1.1.4 纖維暫堵劑

纖維暫堵劑主要由長(zhǎng)徑比大的化學(xué)纖維及其改性產(chǎn)品制備。主要成分是聚乙烯醇纖維、聚乳酸纖維和聚酯纖維等［1］。

纖維暫堵劑的主要特征參數(shù)為密度、直徑、長(zhǎng)度、適用溫度、降解時(shí)間、滲透率恢復(fù)值和封堵壓力。（1） 密度1.00～1.30 g/cm3。接近于壓裂液密度，便于攜帶。（2） 直徑4.00～10.00 μm，長(zhǎng)度3.00～12.00mm。纖維直徑越小、長(zhǎng)度越長(zhǎng)，封堵性能越好。長(zhǎng)度增加更有利于形成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)［18］。（3） 適用溫度5～100 ℃。抗溫性能較差，適用溫度普遍較低。（4） 降解時(shí)間0.5～10.0 h。降解時(shí)間較短，利于壓裂后迅速解堵。（5） 封堵壓力8.00～14.00 MPa。封堵壓力最高為14.00 MPa，相對(duì)較小。（6） 滲透率恢復(fù)值91.37%～98.06%。滲透率恢復(fù)值大于91%，儲(chǔ)層保護(hù)性能較好。

纖維暫堵劑、顆粒暫堵劑封堵效果受裂縫寬度影響較大，研究表明當(dāng)裂縫寬度大于4.00 mm 時(shí)兩者封堵效果均不理想。為了彌補(bǔ)單一材料的性能不足，結(jié)合2 者優(yōu)點(diǎn)，研發(fā)了纖維與顆粒復(fù)合暫堵劑。復(fù)合暫堵劑可封堵裂縫寬度范圍1.00～6.00 mm，封堵承壓3.90～40.00 MPa，且當(dāng)顆粒暫堵劑的最大粒徑大于裂縫寬度的50%、顆粒與纖維的加量為1∶1 時(shí)封堵效果較好。

1.2 液-固態(tài)暫堵劑

液-固態(tài)暫堵劑是在地面及進(jìn)入裂縫過(guò)程中為液態(tài)，但在地層環(huán)境下發(fā)生交聯(lián)或水化反應(yīng)后生成固體物質(zhì)封堵裂縫的一類暫堵劑。常用的液-固態(tài)暫堵劑主要是化學(xué)凝膠［19］、物理凝膠［20］和水泥暫堵劑［21］。

液-固態(tài)暫堵劑的主要特征參數(shù)為密度、適用溫度、成膠/水化時(shí)間、破膠時(shí)間、封堵壓力和滲透恢復(fù)值。（1） 密度1.03～1.83 g/cm3。物理、化學(xué)凝膠是由聚合物溶解于水中配制而成， 密度小于1.10g/cm3。水泥漿作為暫堵劑因含有高密度、高濃度的固體顆粒，密度較高。（2） 適用溫度20～200 ℃。化學(xué)凝膠適用溫度60～175 ℃， 物理凝膠適用溫度110～130 ℃，水泥漿暫堵適用溫度最高可達(dá)200 ℃。（3） 成膠/水化時(shí)間0.32～23.00 h。水泥暫堵劑水化時(shí)間一般為23 h。（4） 化學(xué)凝膠的破膠時(shí)間10.0～96.0 h。物理凝膠的破膠時(shí)間主要受到溫度的影響，目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明確的測(cè)定數(shù)據(jù)。水泥凝結(jié)后無(wú)法破膠，所以不存在解堵時(shí)間。（5） 封堵壓力7.00～45.00MPa。物理凝膠、化學(xué)凝膠、水泥暫堵劑最高封堵壓力分別為7.00、20.50、45.00 MPa，相差較大，選擇時(shí)需要注意適用場(chǎng)景。（6） 滲透率恢復(fù)值80.00%～93.36%?；瘜W(xué)凝膠滲透率恢復(fù)值80.00%～93.36%，物理凝膠滲透恢復(fù)值在90.00%～90.70%，水泥暫堵劑滲透率恢復(fù)值則無(wú)法測(cè)量。

1.3 液態(tài)暫堵劑

液態(tài)暫堵劑在地面及地層中均為流體，在裂縫內(nèi)封堵裂縫端部改變巖石力學(xué)參數(shù)、提高力學(xué)強(qiáng)度提高裂縫內(nèi)凈壓力，施工結(jié)束后通過(guò)破膠或汽化返排。

液態(tài)暫堵劑是近年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的暫堵劑，包括液氮、絨囊流體暫堵劑等2 類暫堵劑。液氮是一種過(guò)冷液體，目前主要在煤層氣井壓裂中使用，其他儲(chǔ)層報(bào)道較少。開發(fā)者認(rèn)為，煤巖割理最初幾乎全部被水飽和，當(dāng)液氮被泵入地層時(shí)，夾板中的水迅速凍結(jié)成冰，暫堵裂縫并使壓裂液流轉(zhuǎn)向［22］。絨囊流體暫堵劑利用仿生原理由環(huán)保型聚合物及表面活性劑通過(guò)氫鍵和疏水締合作用自組裝形成囊泡，囊泡與其賴以生存的聚合物和表面活性劑溶液稱為絨囊流體。囊泡靜止時(shí)吸附聚合物形成獨(dú)立球狀體，無(wú)固相可以自降解恢復(fù)滲透率能力［23］。作業(yè)過(guò)程中，絨囊流體進(jìn)入地層后，囊泡根據(jù)空間大小堆積、拉抻和填塞封堵壓裂流體通道，升溫低壓促使其膨脹充滿空間，聚合物和表面活性劑粘接地層形成一體，提高含裂縫的儲(chǔ)層強(qiáng)度，從而提高裂縫的凈壓力［24］。

液-固態(tài)暫堵劑的主要特征參數(shù)為密度、粒徑、適用溫度、破膠時(shí)間、封堵壓力和滲透恢復(fù)值。（1） 密度0.75～1.40 g/cm3。常壓低溫下液氮的密度為0.81 g/cm3，絨囊流體密度可以通過(guò)添加其它封堵材料和加重材料調(diào)整。（2） 囊泡粒徑0.001～0.015mm。絨囊流體中的囊泡具有較強(qiáng)的變形能力，在壓差作用下進(jìn)入巖石基質(zhì)內(nèi)部暫堵。（3） 適用溫度20～160 ℃。液氮暫堵劑主要用于煤層氣儲(chǔ)層，絨囊流體暫堵劑適合儲(chǔ)層溫度較為寬泛。（4） 絨囊流體暫堵劑的破膠時(shí)間0.5～1.0 h，破膠時(shí)間較短；液氮暫堵劑在儲(chǔ)層溫度下汽化成氮?dú)獠恍枰颇z，都能獲得較為滿意的解堵時(shí)間。（5） 封堵壓力19.00～60.51MPa。液氮封堵壓力最高為19.00 MPa，絨囊流體最高封堵壓力可達(dá)60.51 MPa。（6） 絨囊流體滲透率恢復(fù)值93.09～96.30%，儲(chǔ)層傷害程度較低；液氮暫堵劑在儲(chǔ)層溫度下迅速汽化成氮?dú)猓碚撋喜粫?huì)產(chǎn)生儲(chǔ)層傷害。此外絨囊流體暫堵劑還有穩(wěn)氣控水的效果，可以增大地層中水的流動(dòng)阻力減少出水量，進(jìn)而減小氣井出水對(duì)產(chǎn)量的影響［25］。

2 分類方法效果對(duì)比

暫堵劑分類方法涵蓋全部產(chǎn)品種類、契合壓裂工藝性行和定量化表征性能，是現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確選擇的關(guān)鍵，關(guān)系到轉(zhuǎn)向壓裂效果。

2.1 用凝聚態(tài)分類暫堵劑的涵蓋率

常用的暫堵劑分類方法主要依據(jù)材料性質(zhì)、形態(tài)和解堵方式等分成3 大類，解決了暫堵劑分類不明確的問(wèn)題，但這3 種分類方法不能涵蓋目前常用的23 種暫堵劑。

（1） 依據(jù)材料性質(zhì)分類，可以解決暫堵劑與攜帶流體及儲(chǔ)層配伍性問(wèn)題。但是未考慮與現(xiàn)場(chǎng)施工工藝對(duì)接問(wèn)題。且這種分類方法不全面，水泥暫堵劑、物理凝膠、化學(xué)凝膠、液氮及絨囊流體暫堵劑等已經(jīng)超出這個(gè)范圍；

（2） 依據(jù)形態(tài)分類，可以解決暫堵劑與施工工藝對(duì)接問(wèn)題。但是這種分類方法沒(méi)有考慮到施工后暫堵劑解堵返排及與儲(chǔ)層匹配問(wèn)題，且這種分類方法也不全面，如球狀暫堵劑、繩結(jié)狀暫堵劑、水泥暫堵劑和液氮暫堵劑等已經(jīng)超出這個(gè)范圍。

（3） 依據(jù)解堵方式分類，可以解決暫堵劑的解堵返排及暫堵劑與儲(chǔ)層匹配問(wèn)題。但是未考慮暫堵劑環(huán)保與暫堵機(jī)理問(wèn)題，且降解性顆粒暫堵劑、液氮暫堵劑、水泥暫堵劑、絨囊流體暫堵劑、物理凝膠暫堵劑和化學(xué)凝膠暫堵劑等已經(jīng)超出這個(gè)范圍。

統(tǒng)計(jì)對(duì)比了目前3 種分類方法和凝聚態(tài)分類方法涵蓋暫堵劑的數(shù)量和涵蓋率，以便于定量比較不同的分類方法，如圖2 所示。

從圖2 中可以看出，依據(jù)材料性質(zhì)分類可以涵蓋18 種暫堵劑，涵蓋率為78.26%；依據(jù)形態(tài)分類可以涵蓋19 種暫堵劑，涵蓋率為82.61%；依據(jù)解堵方式分類可以涵蓋17 種暫堵劑，涵蓋率為73.91%；而依據(jù)凝聚態(tài)分類方法可以涵蓋23 種暫堵劑，涵蓋率為100%。

因此，凝聚態(tài)分類方法涵蓋率高，在選擇暫堵劑過(guò)程中不會(huì)遺漏暫堵劑種類，可以更全面地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)施工過(guò)程中暫堵劑的選擇。

2.2 暫堵劑特征參數(shù)與轉(zhuǎn)向壓裂工藝的契合度

油氣藏開發(fā)按照儲(chǔ)層特點(diǎn)和開發(fā)難易程度分為常規(guī)油氣藏和非常規(guī)油氣。常規(guī)油氣藏由于開采后期產(chǎn)量降低需要轉(zhuǎn)向壓裂開采未動(dòng)用儲(chǔ)層，非常規(guī)油氣藏則要通過(guò)壓裂提高油氣的流動(dòng)能力。轉(zhuǎn)向壓裂為這些儲(chǔ)層提供了可選擇的技術(shù)。不同的油氣藏常用開發(fā)方式不同，采用暫堵轉(zhuǎn)向壓裂工藝不同，使用的暫堵劑類型也不同。不同類型油氣藏采用的壓裂工藝及適用的暫堵劑如圖3 所示。

從圖3 中可以看出，常規(guī)的砂巖和礫巖油氣藏，儲(chǔ)層物性較好，多采用直井、定向井開發(fā)，轉(zhuǎn)向壓裂為縱向分層壓裂和縫內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂?？v向分層壓裂中，如果初始裂縫地層繼續(xù)開采，建議使用球狀暫堵劑或繩結(jié)狀暫堵劑；如果初始裂縫地層停止開采，則建議使用水泥暫堵劑封堵儲(chǔ)層?？p內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂，建議采用由纖維顆粒組成的復(fù)合暫堵劑、絨囊流體暫堵劑。其中絨囊流體暫堵劑可實(shí)現(xiàn)原縫無(wú)損轉(zhuǎn)向壓裂，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好［26］。碳酸鹽巖油氣藏，儲(chǔ)層以裂縫-孔隙型、縫洞型為主，非均質(zhì)性強(qiáng)，其儲(chǔ)層改造工藝已由早期的全井筒酸化或籠統(tǒng)改造發(fā)展成為水平井分段立體酸壓［27］，在儲(chǔ)層酸化或轉(zhuǎn)向酸壓中宜采用暫堵球、繩結(jié)狀暫堵劑、物理凝膠、可降解纖維顆粒復(fù)合暫堵劑、絨囊流體暫堵劑［28］。這些暫堵劑耐酸性強(qiáng)、封堵效果好、施工后易返排，儲(chǔ)層保護(hù)效果好。

非常規(guī)的頁(yè)巖油氣藏、致密砂巖油氣藏，儲(chǔ)層物性差，只有通過(guò)儲(chǔ)層改造才能獲得工業(yè)油流［29］。這2 類油氣藏，目前主要采用體積壓裂以實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)、提效、降本的目的。在體積壓裂過(guò)程中暫堵劑的使用以大尺寸的球狀暫堵劑、繩結(jié)狀暫堵劑為主，以常規(guī)可降解顆粒、纖維暫堵劑為輔。煤層氣藏賦存條件復(fù)雜，勘探開發(fā)技術(shù)難度大，不同地質(zhì)條件下煤層氣開發(fā)技術(shù)通用性差［30］。碎軟煤層轉(zhuǎn)向壓裂，采用頂板水平井少段多簇、密切割分段、控底體積壓裂工藝，在儲(chǔ)層改造施工過(guò)程中宜選用球狀暫堵劑、繩結(jié)狀暫堵劑，封堵初期形成裂縫縫口處的射孔孔眼，形成井底高壓形成新裂縫增加改造體積；厚煤層壓裂采用控縫高壓裂工藝，控制裂縫上下延伸，或暫堵轉(zhuǎn)向壓裂工藝促使層內(nèi)橫向均衡改造，暫堵劑宜選用可降解復(fù)合暫堵劑、絨囊流體暫堵劑［30］及液氮暫堵劑［31］。

以上分析可以看出，利用凝聚態(tài)分類的方法可將暫堵劑種類劃分得更加詳細(xì)，與壓裂工藝契合度高，可以根據(jù)不同的壓裂工藝快速選出適合的暫堵劑類型。

2.3 暫堵劑性能參數(shù)的定量化表征與現(xiàn)場(chǎng)選擇

凝聚態(tài)分類方法給出了暫堵劑的密度、粒徑、長(zhǎng)度、適用溫度、解堵時(shí)間、滲透率恢復(fù)值和封堵壓力等6 項(xiàng)性能參數(shù)，分別與壓裂液的密度和排量、封堵孔徑或縫寬、儲(chǔ)層溫度、燜井返排時(shí)間、儲(chǔ)層應(yīng)力狀態(tài)和儲(chǔ)層物性相匹配，利于現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確選擇適合的暫堵劑。

（1） 根據(jù)壓裂液密度和施工排量與暫堵劑密度相匹配選擇暫堵劑。暫堵劑密度0.75～2.93 g/cm3。暫堵劑密度影響材料的強(qiáng)度、分散及攜帶性能。固態(tài)暫堵劑的密度越高，沉降速度越大，越容易造成砂堵。同時(shí)，較高的密度易產(chǎn)生較大的慣性力，需要壓裂液產(chǎn)生較大的拖曳力才能將其攜帶至封堵位置。液-固態(tài)以及液態(tài)暫堵劑，被壓裂液頂替到裂縫內(nèi)過(guò)程中，與壓裂液的密度差過(guò)大時(shí)會(huì)引起混漿段過(guò)長(zhǎng)，從而影響其封堵性能。因此，需要根據(jù)壓裂液密度、施工排量選擇密度匹配的暫堵劑。

（2） 根據(jù)孔徑或縫寬分別與暫堵劑粒徑相匹配選擇暫堵劑。暫堵劑的粒徑0.001～120 mm。球狀暫堵劑直徑、繩結(jié)狀暫堵劑繩頭寬度分別為封堵孔眼尺寸的1.24～1.25 倍、0.80～1.30 倍時(shí)，封堵效果最好。顆粒暫堵劑粒徑與裂縫的縫寬匹配才能形成良好的暫堵帶。匹配要求為充填、架橋準(zhǔn)則。液-固態(tài)暫堵劑不存在粒徑，用量與裂縫的寬度、長(zhǎng)度相匹配；液氮暫堵劑形成的冰晶及絨囊流體暫堵劑中的囊泡粒徑呈連續(xù)分布，與基質(zhì)孔隙具有良好的自匹配性，符合模糊封堵理論［32］。因此，需要根據(jù)孔徑或縫寬選擇粒徑匹配的暫堵劑。

（3） 根據(jù)儲(chǔ)層溫度與暫堵劑適用溫度相匹配選擇暫堵劑。目前， 暫堵體系適應(yīng)的儲(chǔ)層溫度為20～260 ℃。固態(tài)暫堵劑材料性能相對(duì)穩(wěn)定，溫度影響其解堵性能及力學(xué)性能。高溫下由于熱分解、玻璃化轉(zhuǎn)變、軟化和流動(dòng)性增加以及熱應(yīng)力等因素的相互作用，造成固態(tài)暫堵劑解堵速度過(guò)快、強(qiáng)度降低。液-固態(tài)暫堵劑，溫度影響其封堵或解堵性能。絨囊流體暫堵劑，溫度過(guò)高會(huì)使體系內(nèi)高分子聚合物分子鏈斷裂，影響封堵性能。因此，需要根據(jù)地層溫度選擇適合溫度的暫堵劑。

（4） 根據(jù)燜井、返排時(shí)間分別與暫堵劑解堵時(shí)間相匹配選擇暫堵劑。目前常用暫堵劑的解堵時(shí)間0.5～312.0 h。固態(tài)暫堵劑解堵時(shí)間較長(zhǎng)且與暫堵劑的粒徑（繩寬） 正相關(guān)；液-固態(tài)暫堵劑破膠時(shí)間10～96 h，受環(huán)境溫度、鹽度和破膠劑加量的影響較大；液態(tài)暫堵劑中液氮汽化為氮?dú)獠恍枰颇z，絨囊流體暫堵劑的破膠時(shí)間0.5～1.0 h，時(shí)間較短有利于快速返排。轉(zhuǎn)向壓裂施工后只有暫堵劑解堵后才能返排。因此，需要根據(jù)燜井、返排時(shí)間選擇適合解堵時(shí)間的暫堵劑。

（5） 根據(jù)儲(chǔ)層應(yīng)力狀態(tài)與暫堵劑的封堵壓力相匹配選擇暫堵劑。封堵壓力影響著裂縫的開啟與擴(kuò)展，是評(píng)價(jià)暫堵劑封堵效果的重要指標(biāo)［33］。暫堵劑的封堵壓力8.00～90.00 MPa。暫堵劑的強(qiáng)度、加量、粒徑分布、溫度等對(duì)封堵壓力都有影響。在轉(zhuǎn)向壓裂過(guò)程中，暫堵劑的封堵壓力超過(guò)薄弱地層的破裂壓力或天然裂縫的開啟壓力，才能產(chǎn)生新的裂縫溝通剩余油氣。因此，需要根據(jù)儲(chǔ)層應(yīng)力狀態(tài)準(zhǔn)確選擇適合封堵壓力的暫堵劑。

（6） 根據(jù)儲(chǔ)層物性與暫堵后的滲透率恢復(fù)值相匹配選擇暫堵劑。暫堵劑與儲(chǔ)層接觸會(huì)產(chǎn)生儲(chǔ)層傷害，傷害程度通過(guò)滲透率恢復(fù)值評(píng)價(jià)。可以看出，暫堵劑的滲透率恢復(fù)值80.00%～126.20%。球狀、繩結(jié)狀暫堵劑施工時(shí)不與地層接觸，不會(huì)產(chǎn)生儲(chǔ)層傷害；顆粒類、纖維暫堵劑可以溶解或者降解，滲透率恢復(fù)值較高；化學(xué)凝膠、物理凝膠破膠后返排儲(chǔ)層保護(hù)性能好；液態(tài)暫堵劑可以快速汽化或破膠，滲透率恢復(fù)值整體較高。但是，暫堵劑與儲(chǔ)層的物性相匹配，暫堵劑才能快速溶解、降解或者破膠，如油溶性暫堵劑只能用于油藏，在氣藏中使用時(shí)無(wú)法溶解會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的儲(chǔ)層傷害。水溶性暫堵劑適用于高含水井或注水井。暫堵劑的滲透率恢復(fù)值越高，施工后對(duì)油氣流動(dòng)的阻力越小、產(chǎn)量越高。因此，需要根據(jù)儲(chǔ)層物性準(zhǔn)確選擇適合的暫堵劑。

總體看，應(yīng)用時(shí)可先根據(jù)壓裂類型初步選擇暫堵劑，再根據(jù)儲(chǔ)層物性參數(shù)，分類別選擇參數(shù)合適的暫堵劑，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)匹配，提高暫堵轉(zhuǎn)向壓裂施工效果。

3 結(jié)論

（1） 調(diào)研200 多篇文獻(xiàn)獲得暫堵劑種類比較齊全的基礎(chǔ)上，將轉(zhuǎn)向壓裂用暫堵劑按凝聚態(tài)分為固態(tài)暫堵劑、液-固態(tài)暫堵劑和液態(tài)暫堵劑等3 大類，解決了目前暫堵劑分類方法眾多卻又無(wú)法涵蓋全部產(chǎn)品的難題。進(jìn)一步對(duì)比統(tǒng)計(jì)暫堵劑的密度、粒徑、適用溫度、解堵時(shí)間、封堵壓力和滲透率恢復(fù)值等，分別建立了與壓裂液的密度和排量、封堵孔徑或縫寬、儲(chǔ)層溫度、燜井返排時(shí)間、儲(chǔ)層應(yīng)力狀態(tài)及物性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提高了現(xiàn)場(chǎng)選擇暫堵劑的準(zhǔn)確性。

（2） 利用凝聚態(tài)分類的方法，依然存在交叉重復(fù)的現(xiàn)象，如固態(tài)分類的球狀和酸溶性暫堵劑以形態(tài)和理化性能分類的不統(tǒng)一現(xiàn)象；部分室內(nèi)測(cè)定的特征參數(shù)無(wú)法用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)表征，如滲透率值現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法測(cè)定，造成無(wú)法一一對(duì)應(yīng)；部分復(fù)配的暫堵劑，如絨囊流體中加入短纖維縮短封堵時(shí)間，沒(méi)有明確其歸屬。

（3） 為了用凝聚態(tài)分類方法更加全面地指導(dǎo)暫堵劑的開發(fā)與應(yīng)用，不僅要細(xì)化2 級(jí)3 級(jí)分類，還要研究與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)等的評(píng)價(jià)指標(biāo)。作為系統(tǒng)工程，影響因素眾多、預(yù)定目標(biāo)多樣，可以引入大數(shù)據(jù)的思想，用原生數(shù)據(jù)為現(xiàn)場(chǎng)暫堵劑選擇及新產(chǎn)品研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐和發(fā)展方向，可能是未來(lái)不可忽視的手段。