油井用化學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.河北科技大學化學與制藥工程學院，河北 石家莊 050000

2.河北科技大學建筑工程學院，河北 石家莊 050000

1 研究背景

石油作為三大常規能源之一，與人類生活息息相關。隨著全球經濟的快速發展，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。為了增加石油的產量，需要采取酸化、壓裂等增產措施，但是由于地層具有極強的非均質性，在開采過程中會出現處理液優先流入較大裂縫和阻力較小的高滲透層地段的現象，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，從而達到調節處理液的縱向波及系數的效果，實現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，在堵水和調剖作業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，利用暫堵技術來減少非目的層在堵水調剖作業中的傷害成為理想手段。由此可見，暫堵劑的發展和進步，不僅有利于油井增產，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 暫堵劑在油田作業中的應用

在進行酸化、壓裂等增產措施和鉆井過程中，由于地層非均質性極強，致使處理液總是優先進入阻力小的高滲透層或大裂縫段，導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，達到選擇性分配液體的目的。在堵水或調剖作業中，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，利用暫堵劑技術來保護非目的層在堵水調剖作業中不受或少受堵劑污染。因此，暫堵作業是在非均質油層中改造中低滲透層，進一步提高油井產量的有效措施。

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

3 油井用化學暫堵劑的研究進展

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、交聯劑、破膠劑而制成。在作業完成后，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、羰基等惰性物質的固相體系，其在中性水介質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，隨堿質量濃度不斷增大而不斷增加。目前有關堿溶性暫堵劑的研發還處于室內研發階段，文獻報道和現場應用相對比較少。

近年來，有學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，濾餅耐沖刷能力強。（2）顆粒尺寸分布范圍廣。根據微觀分析結果，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。作業完成后開井生產，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，實現自行解堵，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，油溶性暫堵劑的發展相對比較緩慢，但鑒于其性能的優越性，所以近年來在海洋油田調堵技術中也得到了廣泛的關注。

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，加入適當比例的懸浮穩定劑、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溶解解堵。

目前，水溶性暫堵劑主要存在以下問題：生產成本高、堵漏速度慢、溶解速度慢、承壓強度低、易產生固化作用、不易解堵等，但是油氣田開發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展空間，在未來新發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異的熱穩定性，并且具有良好的堵水效果。

4 結束語

隨著全球各個國家對油田的不斷深入開采，大部分地區已經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展，投入了大量的人力、物力進行研究，新型化學暫堵劑層出不窮，揭開了化學暫堵劑研究的新篇章。但目前的暫堵劑系列產品仍存在許多不足，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、投注工藝復雜、成本高等一系列不足需要去改進。總之，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用對象及工藝原理，最終形成系列滿足油氣田高效開發的新型暫堵劑。