油井用化學(xué)暫堵劑的研究進展綜述

李少波，王浩天，歐陽邵立，王雯潔，時 悅，孫佳豪

1.河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北 石家莊 050000

2.河北科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北 石家莊 050000

1 研究背景

石油作為三大常規(guī)能源之一，與人類生活息息相關(guān)。隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對石油的需求量與日俱增。如何提高原油采收率，緩解日益緊張的石油危機，成為世界各國石油工程界迫切需要解決的問題。為了增加石油的產(chǎn)量，需要采取酸化、壓裂等增產(chǎn)措施，但是由于地層具有極強的非均質(zhì)性，在開采過程中會出現(xiàn)處理液優(yōu)先流入較大裂縫和阻力較小的高滲透層地段的現(xiàn)象，而目標中的較小裂縫地段或低滲透層得不到改善。因此在施工作業(yè)前，使用暫堵劑來暫時封堵大裂縫地段，強制處理液進入中低的滲透層地段，從而達到調(diào)節(jié)處理液的縱向波及系數(shù)的效果，實現(xiàn)選擇性分配液體的目標。但是單純依靠堵劑本身的自然選擇屬性，在堵水和調(diào)剖作業(yè)過程中選擇性地封堵高滲透層段是不理想的，堵劑都會不可避免地造成中低滲透層的污染。為了加強對非目的地段的保護，利用暫堵技術(shù)來減少非目的層在堵水調(diào)剖作業(yè)中的傷害成為理想手段。由此可見，暫堵劑的發(fā)展和進步，不僅有利于油井增產(chǎn)，還對油田的保護起到了不可替代的作用。在實際使用過程中，暫堵劑的種類有很多，按其暫堵和解堵方法可以分為酸溶性暫堵劑、堿溶性暫堵劑、油溶性暫堵劑、水溶性暫堵劑。

2 暫堵劑在油田作業(yè)中的應(yīng)用

在進行酸化、壓裂等增產(chǎn)措施和鉆井過程中，由于地層非均質(zhì)性極強，致使處理液總是優(yōu)先進入阻力小的高滲透層或大裂縫段，導(dǎo)致中低滲透層和微小裂縫段得不到改造。施工前用暫堵劑臨時封堵高滲透層，迫使處理液進入中低滲透層，以改善處理液的縱向波及系數(shù)，達到選擇性分配液體的目的。在堵水或調(diào)剖作業(yè)中，只靠堵劑本身的自然選擇性來達到選擇性地封堵高滲透層段的目的是非常困難的，堵劑或多或少都會對中低滲透層造成污染。為了防止或減少對非目的層的污染，利用暫堵劑技術(shù)來保護非目的層在堵水調(diào)剖作業(yè)中不受或少受堵劑污染。因此，暫堵作業(yè)是在非均質(zhì)油層中改造中低滲透層，進一步提高油井產(chǎn)量的有效措施。

致密砂巖氣藏儲量豐富，有著巨大的開發(fā)潛力，但由于形成過程受到砂巖儲層低孔、低滲特點的控制，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)難度越來越大。對于致密砂巖氣藏，必須通過重復(fù)壓裂技術(shù)來提高產(chǎn)能并且獲得較大的經(jīng)濟效益，暫堵轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)是提高致密砂巖氣藏壓裂改造效果的一項重要技術(shù)手段，能夠有效地壓開新裂縫，并使其轉(zhuǎn)向，溝通更大范圍的天然氣儲集區(qū)，建立起新的天然氣流通通道，最終使產(chǎn)能較低的氣井提高產(chǎn)量并獲得更高的采收率，對致密砂巖氣藏的開發(fā)具有舉足輕重的作用。

3 油井用化學(xué)暫堵劑的研究進展

3.1 酸溶性暫堵劑

酸溶性暫堵劑是以超細CaCO3作為主要材料，加入一定比例的聚合物、交聯(lián)劑、破膠劑而制成。在作業(yè)完成后，將酸液擠入地層溶解CaCO3，在地層溫度的作用下，破膠劑充分發(fā)揮其破膠作用，破壞暫堵體系，從而達到暫堵目的，其主要用于碳酸鹽巖儲層。

近幾年，一些研究學(xué)者通過對碳酸鈣進行表面改性，探究了表面改性劑對碳酸鈣暫堵劑暫堵效果的影響，并得出了最佳改性劑配比。但是由于碳酸鈣封堵后依然需要酸溶液進行解堵，此工藝不但復(fù)雜，而且需要較高的成本，還存在對油氣儲層造成二次傷害的可能。從目前來看，碳酸鈣暫堵劑還存在許多不足，發(fā)展受到了極大的限制。

3.2 堿溶性暫堵劑

堿溶性暫堵劑的是一種含有羧基、羥基、羰基等惰性物質(zhì)的固相體系，其在中性水介質(zhì)中可以完全溶解于水中。該暫堵劑的溶解度隨溫度不斷升高而不斷增加，隨堿質(zhì)量濃度不斷增大而不斷增加。目前有關(guān)堿溶性暫堵劑的研發(fā)還處于室內(nèi)研發(fā)階段，文獻報道和現(xiàn)場應(yīng)用相對比較少。

近年來，有學(xué)者提出采用具有伸縮性、壓縮性和膨脹性的堿溶性纖維素取代CaCO3，作為鉆井液中的暫堵劑和控濾失劑。這類堵劑可以迅速封堵井壁，最大限度地控制入井液和固相顆粒侵入儲層深部。該暫堵劑特點如下：（1）具有定向作用，趨向于在剪切速率最低的井壁附近快速形成封堵層，濾餅?zāi)蜎_刷能力強。（2）顆粒尺寸分布范圍廣。根據(jù)微觀分析結(jié)果，其直徑在20μ m左右，長度為2～200μm，粒度中值約為50μm，不僅能封堵小孔喉和裂縫，也能對較大的孔喉和裂縫實現(xiàn)屏蔽暫堵。

3.3 油溶性暫堵劑

油溶性暫堵劑是指油溶性聚合物堵劑，該暫堵劑最大的特點是易溶于原油。油溶性暫堵劑的主要作用原理是堵劑顆粒被擠入井筒附近時，在壓力、溫度作用下，堵塞孔隙形成暫堵。作業(yè)完成后開井生產(chǎn)，在地層溫度、壓力作用下，顆粒溶入原油并隨原油一同采出，使地層滲透率得以恢復(fù)，實現(xiàn)自行解堵，有效保護儲層。堵劑顆粒易溶于原油，在地層中能夠自動解堵，并隨油流帶出儲層，由于解堵工藝簡單，近年來受到了高度重視。因為價格較高，油溶性暫堵劑的發(fā)展相對比較緩慢，但鑒于其性能的優(yōu)越性，所以近年來在海洋油田調(diào)堵技術(shù)中也得到了廣泛的關(guān)注。

2018年，陳清等[1]使用氯化鈉晶體為主要原料作為暫堵劑，該暫堵體系成本低，對底層造成的損害較小，可實際操作工藝復(fù)雜，僅適合小裂縫。

3.4 水溶性暫堵劑

水溶性暫堵劑是指以聚合物作為其主要原料，配合其他類型的輔助劑形成水溶性聚合物凝膠，或者選用無機鹽類和有機酸類作為其主要原料，加入適當(dāng)比例的懸浮穩(wěn)定劑、表面活性劑等制成顆粒，最終形成橋堵，達到暫堵目的。水溶性暫堵劑易溶于水，通過地層水的沖刷即可實現(xiàn)溶解解堵。

目前，水溶性暫堵劑主要存在以下問題：生產(chǎn)成本高、堵漏速度慢、溶解速度慢、承壓強度低、易產(chǎn)生固化作用、不易解堵等，但是油氣田開發(fā)中對水溶性暫堵劑的需求比較大，水溶性暫堵劑還有很大的發(fā)展空間，在未來新發(fā)展中將會不斷解決目前水溶性暫堵劑存在的問題。2018年，Jia等[2]研究了納米級二氧化硅為主要原料的暫堵劑，實驗結(jié)果表明通過加入二氧化硅，暫堵劑具有良好彈性，有利于體系儲存更多的水分，從而極大地提高了暫堵劑的穩(wěn)定性能。

2020年，Reena[3]制備出了新型的水溶性暫堵劑，該暫堵劑不僅具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，并且具有良好的堵水效果。

4 結(jié)束語

隨著全球各個國家對油田的不斷深入開采，大部分地區(qū)已經(jīng)進行到了采油的第二、第三階段，分布廣泛但開采難度較大的低滲透油氣逐步受到人們的青睞。各個國家十分重視暫堵劑的研究和發(fā)展，投入了大量的人力、物力進行研究，新型化學(xué)暫堵劑層出不窮，揭開了化學(xué)暫堵劑研究的新篇章。但目前的暫堵劑系列產(chǎn)品仍存在許多不足，封堵強度還不夠大、耐溫度能力不足、溶解后殘渣較多、對油層傷害大、投注工藝復(fù)雜、成本高等一系列不足需要去改進?？傊?，未來的暫堵劑研制仍需要不斷完善，隨著深入研究暫堵劑壓裂的應(yīng)用對象及工藝原理，最終形成系列滿足油氣田高效開發(fā)的新型暫堵劑。