依據(jù)物質(zhì)凝聚態(tài)分類油氣井用轉(zhuǎn)向壓裂暫堵劑

王相春 鄭力會 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)向壓裂過程中暫時封堵裂縫或孔眼，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)向相對于機(jī)械轉(zhuǎn)向，施工風(fēng)險小、費(fèi)用相對較低、作業(yè)時間短，成為轉(zhuǎn)向壓裂的主流。

從Web of Science、Science Direct、OnePetro、知網(wǎng)和萬方等數(shù)據(jù)庫，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，造成暫堵劑使用者根據(jù)地層、工藝優(yōu)選暫堵劑時，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)分類會更契合轉(zhuǎn)向機(jī)制。同時，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)分類無法涵蓋所有的暫堵劑、工藝參數(shù)無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)入裂縫后通過冰晶、囊泡對縫端基質(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)、性能和功能時的最高溫度。解堵時間是指暫堵劑溶解、降解或破膠時間。封堵壓力是指暫堵劑在暫堵過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試這些參數(shù)時，選擇合適的測量方法表征想了解的參數(shù)。同時，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)分類無法涵蓋所有的暫堵劑、工藝參數(shù)無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，增加壓裂液的流動阻力促使其流動方向改變，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。后來用可降解聚合物［5］、可溶解無機(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，溶解時間最短，另外2 種暫堵球溶解時間較長。（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，由于級配問題封堵效果不佳。

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） 降解時間24.0～312.0 h。可降解改性聚合物纖維繩結(jié)狀暫堵劑降解時間最短。（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］。可溶解鹽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}巖顆粒通過鹽析結(jié)晶制成，粒徑較小。可溶解性復(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） 溶解時間1.0～24.0 h。溶解時間較短，易解堵。（5） 封堵壓力8.10～21.90 MPa。可溶性巖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 ℃。抗溫性能較差，適用溫度普遍較低。（4） 溶解時間24.0～48.0h。溶解時間較長，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，暫堵后一段時間內(nèi)在熱力學(xué)和動力學(xué)作用下可自動降解、消除，降解產(chǎn)物儲層傷害程度低，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） 降解時間1.8～19.0 h。降解時間較短，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%，儲層傷害程度較低。

1.1.4 纖維暫堵劑

纖維暫堵劑主要由長徑比大的化學(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、長度、適用溫度、降解時間、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，長度3.00～12.00mm。纖維直徑越小、長度越長，封堵性能越好。長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 ℃?？箿匦阅茌^差，適用溫度普遍較低。（4） 降解時間0.5～10.0 h。降解時間較短，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/水化時間、破膠時間、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 ℃?；瘜W(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/水化時間0.32～23.00 h。水泥暫堵劑水化時間一般為23 h。（4） 化學(xué)凝膠的破膠時間10.0～96.0 h。物理凝膠的破膠時間主要受到溫度的影響，目前沒有發(fā)現(xiàn)明確的測定數(shù)據(jù)。水泥凝結(jié)后無法破膠，所以不存在解堵時間。（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，選擇時需要注意適用場景。（6） 滲透率恢復(fù)值80.00%～93.36%。化學(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)值則無法測量。

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)束后通過破膠或汽化返排。

液態(tài)暫堵劑是近年來現(xiàn)場應(yīng)用的暫堵劑，包括液氮、絨囊流體暫堵劑等2 類暫堵劑。液氮是一種過冷液體，目前主要在煤層氣井壓裂中使用，其他儲層報道較少。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，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。囊泡靜止時吸附聚合物形成獨(dú)立球狀體，無固相可以自降解恢復(fù)滲透率能力［23］。作業(yè)過程中，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層，絨囊流體暫堵劑適合儲層溫度較為寬泛。（4） 絨囊流體暫堵劑的破膠時間0.5～1.0 h，破膠時間較短；液氮暫堵劑在儲層溫度下汽化成氮?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%，儲層傷害程度較低；液氮暫堵劑在儲層溫度下迅速汽化成氮?dú)?，理論上不會產(chǎn)生儲層傷害。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阻力減少出水量，進(jìn)而減小氣井出水對產(chǎn)量的影響［25］。

2 分類方法效果對比

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層配伍性問題。但是未考慮與現(xiàn)場施工工藝對接問題。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)超出這個范圍；

（2） 依據(jù)形態(tài)分類，可以解決暫堵劑與施工工藝對接問題。但是這種分類方法沒有考慮到施工后暫堵劑解堵返排及與儲層匹配問題，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層匹配問題。但是未考慮暫堵劑環(huán)保與暫堵機(jī)理問題，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)超出這個范圍。

統(tǒng)計對比了目前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，在選擇暫堵劑過程中不會遺漏暫堵劑種類，可以更全面地指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)計施工過程中暫堵劑的選擇。

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)向壓裂開采未動用儲層，非常規(guī)油氣藏則要通過壓裂提高油氣的流動能力。轉(zhuǎn)向壓裂為這些儲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)原縫無損轉(zhuǎn)向壓裂，現(xiàn)場應(yīng)用效果較好［26］。碳酸鹽巖油氣藏，儲層以裂縫-孔隙型、縫洞型為主，非均質(zhì)性強(qiáng)，其儲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，儲層保護(hù)效果好。

非常規(guī)的頁巖油氣藏、致密砂巖油氣藏，儲層物性差，只有通過儲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，在儲層改造施工過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)場選擇

凝聚態(tài)分類方法給出了暫堵劑的密度、粒徑、長度、適用溫度、解堵時間、滲透率恢復(fù)值和封堵壓力等6 項性能參數(shù)，分別與壓裂液的密度和排量、封堵孔徑或縫寬、儲層溫度、燜井返排時間、儲層應(yīng)力狀態(tài)和儲層物性相匹配，利于現(xiàn)場準(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，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)過程中，與壓裂液的密度差過大時會引起混漿段過長，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，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)的儲層溫度為20～260 ℃。固態(tài)暫堵劑材料性能相對穩(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，溫度過高會使體系內(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、返排時間分別與暫堵劑解堵時間相匹配選擇暫堵劑。目前常用暫堵劑的解堵時間0.5～312.0 h。固態(tài)暫堵劑解堵時間較長且與暫堵劑的粒徑（繩寬） 正相關(guān)；液-固態(tài)暫堵劑破膠時間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間0.5～1.0 h，時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、返排時間選擇適合解堵時間的暫堵劑。

（5） 根據(jù)儲層應(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，是評價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、溫度等對封堵壓力都有影響。在轉(zhuǎn)向壓裂過程中，暫堵劑的封堵壓力超過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。暫堵劑與儲層接觸會產(chǎn)生儲層傷害，傷害程度通過滲透率恢復(fù)值評價。可以看出，暫堵劑的滲透率恢復(fù)值80.00%～126.20%。球狀、繩結(jié)狀暫堵劑施工時不與地層接觸，不會產(chǎn)生儲層傷害；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，在氣藏中使用時無法溶解會產(chǎn)生嚴(yán)重的儲層傷害。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，施工后對油氣流動的阻力越小、產(chǎn)量越高。因此，需要根據(jù)儲層物性準(zhǔn)確選擇適合的暫堵劑。

總體看，應(yīng)用時可先根據(jù)壓裂類型初步選擇暫堵劑，再根據(jù)儲層物性參數(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法涵蓋全部產(chǎn)品的難題。進(jìn)一步對比統(tǒng)計暫堵劑的密度、粒徑、適用溫度、解堵時間、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、儲層溫度、燜井返排時間、儲層應(yīng)力狀態(tài)及物性的對應(yīng)關(guān)系，提高了現(xiàn)場選擇暫堵劑的準(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)測定的特征參數(shù)無法用現(xiàn)場數(shù)據(jù)表征，如滲透率值現(xiàn)場無法測定，造成無法一一對應(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間，沒有明確其歸屬。

（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3 級分類，還要研究與現(xiàn)場對等的評價指標(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，可能是未來不可忽視的手段。