暂堵剂的研究进展

何明舫 张燕明 赵振峰 崔云群 梁凌云

(中国石油长庆油田分公司 油气工艺研究院，陕西 西安 710018)

人类社会进入21世纪以来，社会经济和科技的发展高度依赖于煤炭、石油、天然气等传统化石资源。石油作为传统的化石能源之一，与人类生活密不可分。然而，由于地层性质不均匀，在开采石油的过程中易造成钻井液由孔道渗透进入油井内部，在造成石油产量降低的同时严重影响石油开采的质量。因此，需要对高渗透层进行临时封堵来降低油井的渗水效果，从而达到提升石油开采效率的目的。

油田堵水的本质就是改变水在储层中的流动方向，也就是改变渗透汇率，目前的堵水方式主要包括机械堵水和使用化学暂堵剂[1]。其中，机械堵水成本较高，操作复杂且耗费时间。使用化学暂堵剂进行堵水，不仅能减少地层的管线和设备腐蚀，同时还能增加原油的采收率，因此化学暂堵剂成为了更好的选择。国内外科研人员对暂堵剂进行了深入的探索，早在1936年，Halliburton在专利中就提出了以脂肪酸盐与氯化钙反应的沉淀物作为暂堵剂[2]。我国油田化学堵水技术起步于二十世纪中期，通过几十年的研究与发展积累了丰富的经验，开发出种类繁多的应用于不同油藏条件的暂堵剂。

本文首先介绍了暂堵剂的应用以及在应用过程中的暂堵机理；再根据暂堵与解堵方式将暂堵剂划分为碱溶性、酸溶性、油溶性、水溶性。基于此种分类方法分别介绍了不同种类暂堵剂的研究进展，并总结了其在应用过程中存在的优缺点，最后对暂堵剂的未来发展进行了展望。

1 化学暂堵剂的应用

1.1 酸化

酸化处理是解除地层伤害，恢复储层渗透性的常用措施。主要是将酸化流体注入地层中促使粘土颗粒、碳酸盐等溶解，从而对流体的流动通道进行疏通，增加近井地带的渗透率，以此来达到改善和提升油井产率的目的。然而，常规酸化过程中，酸化液往往会沿着阻力小的通道进入高渗透区，不能实现酸的均匀分布[3]。在这种情况下需要对储层进行分层改造。当前，分层酸化工艺主要包括机械分层和化学分层。传统的机械分层酸化不仅成本高昂、耗时长且施工过程受限，此外，井况恶化等因素在一定程度上也增大了施工风险。因此，在酸化过程中需要注入化学暂堵剂以封堵高渗透区，从而达到消除污染、缩小现有渗透率差的目的[4]。

在酸化过程中，暂堵剂会优先进入吸水能力强的地层，在一定程度上阻碍了酸化液进入高渗透区，起到了分流酸液的作用，促使主体酸化液转向注入低渗透区，提升酸化液的有效利用率。酸化液会将孔隙中的堵塞物清除，疏通原地层中的孔隙或者间隙，有效提高地层的渗透率，促使酸化液在储层中均匀分布，起到了分层酸化的作用，对缓和层间矛盾具有关键作用。酸化作业结束后，暂堵剂迅速降解，地层渗透性逐渐恢复，不会对地层造成污染[5]。

1.2 压裂

低渗透裂缝性砂岩储层结构复杂，裂缝是储层的重要渗流通道。然而其分布不均匀，应力敏感性较强，纵向上非均质性严重，动态宽度的范围较大，易受损害，工艺上经常存在堵死现象，所以需要对低渗透致密油田进行压裂施工。压裂开的地层裂缝开始缓慢地出油，随着油田开发的深入，地层孔隙压力逐渐下降，支撑剂破碎，裂缝开始闭合，原料的采出程度下降[6]。因此，为增加采收率，提高经济效益，需要通过暂堵剂对储层进行暂堵转向压裂改造。

压裂施工时，在压裂液中注入暂堵剂堵塞现有裂缝，会形成桥堵带，随后再次使用压裂液升高井底压力，此时压裂液就会在原先裂缝的基础上产生新的裂缝或激活天然裂缝，与地层中已有的天然裂缝连通从而形成了裂缝网络，达到堵老缝、开新缝的目的，增加石油的流动性。待工作完成后，暂堵剂逐渐溶解，返排出地面，不会对地层产生损害，此时老缝新缝同时出油，从而能深入地开发尚未开采的泄油区。

1.3 暂堵酸压

碳酸盐岩储层油气藏分布广泛，储量丰富。然而，储层地质结构复杂，非均质性强，生产层厚度大，因此需要对储层进行改造才能达到增产稳产的目的。酸压技术施工成本低廉、封堵效果较好，此外，其施工操作简单、施工方便，因此酸压改造技术对提高油井产能具有关键作用。酸压施工时，酸化液在井底施工压力高于地层破裂压力的情况下进入地层，酸化液会溶蚀岩石表面，从而形成导流能力良好的不规则裂缝，沟通非均质性较强的天然裂缝，提高地层渗流能力[7]。然而在酸压过程中，酸液滤失严重，酸蚀作用的距离有限，改造储层的效果不理想，因此，为了进一步减少酸化液的损失，往往需要在前置液中添加暂堵剂[8]。

酸压施工过程中，在前置液中添加暂堵剂，在天然裂缝与水力裂缝相交的地方会形成暂堵而提高了局部压力，从而迫使酸化液进入中低渗透区域，达到均匀布酸的效果。待工作结束后，暂堵剂逐渐降解，暂堵裂缝的渗透性逐渐恢复。酸压与酸化之间的主要不同是施工压力及排量，其中，酸压施工压力大且排量较高[9,10]。

2 国内外化学暂堵剂的发展现状

2.1 碱溶性暂堵剂

由于当前碱性暂堵剂仍然处于研发阶段，相关研究不多。R.Verret等[11]提出用碱溶性微米级超细纤维素作为暂堵剂，微米级纤维素是由一种具有伸缩性、压缩性以及膨胀性的纤维素构成，所以能迅速封堵井壁形成滤饼，在很大程度上阻碍施工过程中的液体和固相浸入地层。施工结束后，多数滤饼可采用生产回流的途径被带离储层，也可以恰当利用强碱溶液对滤饼进行清除，且不会对地层产生损害。刘志明等[12]开发出一种包含羟基、羧基、羰基等官能团的碱溶性暂堵剂LZ-1，当溶液呈碱性时，暂堵剂可以与碱反应，反应产物在钻井液中起到良好地分散和稳定的作用，且环保无污染。

碱溶性暂堵剂在中性条件下表现出化学惰性，质地脆且具有较高的熔点以及较低的硬度，这些特性造成碱溶性暂堵剂易于加工成需要大小的颗粒。然而由于碱溶性暂堵剂起步时间晚，开发速度慢，所以现阶段碱溶性暂堵剂相关的文献报道和实际应用不多。

2.2 酸溶性暂堵剂

酸溶性暂堵剂常用于酸化压裂作业中，主要以酸溶性暂堵材料作为主体材料，结合其他助剂组成。在暂堵过程中，酸溶性暂堵剂在孔喉和裂缝部位会架桥填充从而形成暂堵层，以防入井液的漏失。作业结束后，通常需要利用酸液进行酸化解堵。

周成裕等[13]将酸溶性暂堵颗粒添加至重复酸压工作液体系中，在施工作业时，暂堵剂可以封堵老裂缝，导致液体的流动方向在地层内发生转变，从而产生新的裂缝。针对顺北一区裂缝性碳酸盐岩储层，方俊伟等[14]制备了一种耐高温的酸溶性暂堵剂，其主要成分包括可酸溶纤维、刚性填充材料以及可变性弹性石墨。该暂堵剂具有较高的承压性能，酸溶性能良好，可达到致密封堵的效果，应用于现场时呈现出优异的储层保护性能。张利威等[15]针对伊拉克米桑油田群设计开发了一种酸溶性堵漏剂，将其应用到现场试验中获得了良好的效果，研究表明该新型暂堵剂有助于提升钻井液封堵性和耐压性能，此外该暂堵剂有效地解决了油田裂缝性漏失问题，且满足储层保护的要求。Zhang等[16]针对含H2S和CO2的低渗透碳酸盐岩储层提出了一种暂堵钻井液配方体系，其中包括专门制备的酸溶性暂堵剂DSK-1。

酸溶性暂堵剂价格低廉，可变形程度较低，具有良好的耐温性，抗温性能优良，普遍适用于高温高压地层[17]。然而酸溶性暂堵剂的封堵效果不理想，并且酸化解堵过程复杂、经济成本高昂，通常剩余较多残留物，且极易对储层产生二次污染，所以在现场应用中具有一定的局限性。

2.3 油溶性暂堵剂

油溶性暂堵剂作为一种选择性暂堵剂，在油中具有较高的溶解度，在解堵过程中不需要添加其他试剂即可溶解在地层的原油中从而被带出储层，起到了保护储层的作用，因此油溶性暂堵剂具有良好的应用前景。

油溶性暂堵剂通常以石油树脂产品为原料，如油溶性树脂、松香及松香改性剂、聚氨酯等。这种材料不溶于水，易溶于油，对油藏危害较小。其中，油溶性树脂具有良好的黏性和热塑性，受到外力作用时会出现塑性变形，在制备油溶性暂堵剂方面得到了广泛的应用。赵庆波等[18]对松香进行改性制备了一种油溶性暂堵剂，暂堵性能优异，可以选择性酸化高含水油井。Zhao等[19]通过采用不同类型的石油树脂和烃类树脂制备了一种新型油溶性暂堵剂，在应用于华北油田时呈现出优异的效果。余小燕等[20]开发出一种油溶性暂堵剂用于河南油田WB2-32-4井转向压裂试验，表现出优异的暂堵和解堵性能，同时起到了良好的增油作用。在暂堵材料的选择上，石蜡、沥青等也可用于制备油溶性暂堵剂。如姜必武等[21]针对安塞油田开发了一种以松香、全炼石蜡、沥青等为主要原料的蜡球暂堵剂，其性能优良，成本合理。此外，Li等[22]采用聚乙烯蜡作为主要成分研制了一种油溶性暂堵剂，并研究了其对天然岩心的封堵性能，暂堵剂封堵率为99.9%，解堵后岩心渗透率的恢复率为90.1%，这一结果优于常规油溶性暂堵剂W-11，解决了现有暂堵剂存在的封堵强度低、解堵后渗透率恢复率低的问题。

油溶性暂堵剂在作业过程中被挤入井筒附近，受压力、温度的影响会变软发生形变，封堵岩石的孔隙从而形成暂堵。施工结束后，暂堵剂溶解在原油中，恢复储层的渗透率，避免对储层产生伤害，有利于后续的持续开采。油溶性暂堵剂解堵方式简便，具有优异的暂堵性能，且适用的温度范围广泛，然而由于其成本高昂，难溶于水，限制了其进一步发展。

2.4 水溶性暂堵剂

由于油溶性暂堵剂难以应用于高含水油井以及注水井，为了满足该类型井的暂堵需要，研究学者对水溶性暂堵剂进行了深入的研究。水溶性暂堵剂一般易溶于水，不溶于油，具有良好的黏弹性，其暂堵原理为：当水流经孔喉时，聚合物遇水发生膨胀伸展，从而增加了水的流动阻力，达到了堵水的效果；当油经过时，由于其不溶于油，因而不会阻碍油的流动，因此能起到选择性堵水的作用。

赵强等[23]利用纳米复合技术研制出一种新型的颗粒水溶性暂堵剂，该暂堵剂具有吸水倍率较大、破碎强度不高、对地层无污染等优点。李仑谕等[24]通过水溶液聚合法开发了一种水溶性暂堵剂。无论是在酸中还是水中，暂堵剂均有优良的溶解性，能有效保护地层，对返排施工作业具有促进作用，此外，该暂堵剂耐压性良好，可以达到压裂施工的要求。Reena等[25]开发了以聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮以及这两种聚合物与有机交联剂交联的混合物形成的水溶性暂堵剂，该暂堵剂的堵水性能优异，同时表现出良好的稳定性。李翠霞等[26]研制了一种五元共聚物水溶性暂堵剂，研究结果表明，该暂堵剂的暂堵性能优异，且暂堵结束后无须添加破胶剂即可达到解堵目的。

水溶性暂堵剂不但具有良好的暂堵效果，而且可以通过直接溶解于地层水中以达到解堵目的，溶解率较高，溶解后残渣少，粘度较小，更易于返排，不会对地层造成污染，目前在修井作业施工中已经得到了普遍的应用。但是，水溶性暂堵剂的生产成本高昂，堵漏和溶解的速度缓慢，承压能力较弱。由于在油气田开采过程中对水溶性暂堵剂具有较高需求，因此，水溶性暂堵剂仍具有巨大的发展潜力。

3 结语及建议

石油资源作为国家关键的战略资源，在国民经济发展中具有重要作用。随着油田的深入开采，油田资源日益紧张，广泛分布但开采困难的低渗透油田逐渐吸引了人们的广泛关注。为了提升油井的产能，研究者通过各种方法对油井进行改造，暂堵剂在油井改造过程中起到关键作用。目前已经开发了种类繁多的新型暂堵剂应用于油田改造。然而，当前开发的暂堵剂依然存在封堵强度不足、耐温性能较差、溶解后剩余较多残渣从而不能很好地保护储层免受损害、生产工艺复杂、施工成本高等问题。此外，在制备暂堵剂的过程中仍然需要考虑经济可行性以及环境友好等方面的问题。因此，未来的暂堵剂开发仍需要不断改进发展，需要结合不同类型暂堵剂的优点，深入探讨、研究暂堵剂的暂堵以及解堵机理，在此基础上研制出适应不同油藏条件的新型暂堵剂。