油井用化学暂堵剂的研究进展综述

李少波，王浩天，欧阳邵立，王雯洁，时 悦，孙佳豪

1.河北科技大学化学与制药工程学院，河北 石家庄 050000

2.河北科技大学建筑工程学院，河北 石家庄 050000

1 研究背景

石油作为三大常规能源之一，与人类生活息息相关。随着全球经济的快速发展，人们对石油的需求量与日俱增。如何提高原油采收率，缓解日益紧张的石油危机，成为世界各国石油工程界迫切需要解决的问题。为了增加石油的产量，需要采取酸化、压裂等增产措施，但是由于地层具有极强的非均质性，在开采过程中会出现处理液优先流入较大裂缝和阻力较小的高渗透层地段的现象，而目标中的较小裂缝地段或低渗透层得不到改善。因此在施工作业前，使用暂堵剂来暂时封堵大裂缝地段，强制处理液进入中低的渗透层地段，从而达到调节处理液的纵向波及系数的效果，实现选择性分配液体的目标。但是单纯依靠堵剂本身的自然选择属性，在堵水和调剖作业过程中选择性地封堵高渗透层段是不理想的，堵剂都会不可避免地造成中低渗透层的污染。为了加强对非目的地段的保护，利用暂堵技术来减少非目的层在堵水调剖作业中的伤害成为理想手段。由此可见，暂堵剂的发展和进步，不仅有利于油井增产，还对油田的保护起到了不可替代的作用。在实际使用过程中，暂堵剂的种类有很多，按其暂堵和解堵方法可以分为酸溶性暂堵剂、碱溶性暂堵剂、油溶性暂堵剂、水溶性暂堵剂。

2 暂堵剂在油田作业中的应用

在进行酸化、压裂等增产措施和钻井过程中，由于地层非均质性极强，致使处理液总是优先进入阻力小的高渗透层或大裂缝段，导致中低渗透层和微小裂缝段得不到改造。施工前用暂堵剂临时封堵高渗透层，迫使处理液进入中低渗透层，以改善处理液的纵向波及系数，达到选择性分配液体的目的。在堵水或调剖作业中，只靠堵剂本身的自然选择性来达到选择性地封堵高渗透层段的目的是非常困难的，堵剂或多或少都会对中低渗透层造成污染。为了防止或减少对非目的层的污染，利用暂堵剂技术来保护非目的层在堵水调剖作业中不受或少受堵剂污染。因此，暂堵作业是在非均质油层中改造中低渗透层，进一步提高油井产量的有效措施。

致密砂岩气藏储量丰富，有着巨大的开发潜力，但由于形成过程受到砂岩储层低孔、低渗特点的控制，高产稳产难度越来越大。对于致密砂岩气藏，必须通过重复压裂技术来提高产能并且获得较大的经济效益，暂堵转向重复压裂技术是提高致密砂岩气藏压裂改造效果的一项重要技术手段，能够有效地压开新裂缝，并使其转向，沟通更大范围的天然气储集区，建立起新的天然气流通通道，最终使产能较低的气井提高产量并获得更高的采收率，对致密砂岩气藏的开发具有举足轻重的作用。

3 油井用化学暂堵剂的研究进展

3.1 酸溶性暂堵剂

酸溶性暂堵剂是以超细CaCO3作为主要材料，加入一定比例的聚合物、交联剂、破胶剂而制成。在作业完成后，将酸液挤入地层溶解CaCO3，在地层温度的作用下，破胶剂充分发挥其破胶作用，破坏暂堵体系，从而达到暂堵目的，其主要用于碳酸盐岩储层。

近几年，一些研究学者通过对碳酸钙进行表面改性，探究了表面改性剂对碳酸钙暂堵剂暂堵效果的影响，并得出了最佳改性剂配比。但是由于碳酸钙封堵后依然需要酸溶液进行解堵，此工艺不但复杂，而且需要较高的成本，还存在对油气储层造成二次伤害的可能。从目前来看，碳酸钙暂堵剂还存在许多不足，发展受到了极大的限制。

3.2 碱溶性暂堵剂

碱溶性暂堵剂的是一种含有羧基、羟基、羰基等惰性物质的固相体系，其在中性水介质中可以完全溶解于水中。该暂堵剂的溶解度随温度不断升高而不断增加，随碱质量浓度不断增大而不断增加。目前有关碱溶性暂堵剂的研发还处于室内研发阶段，文献报道和现场应用相对比较少。

近年来，有学者提出采用具有伸缩性、压缩性和膨胀性的碱溶性纤维素取代CaCO3，作为钻井液中的暂堵剂和控滤失剂。这类堵剂可以迅速封堵井壁，最大限度地控制入井液和固相颗粒侵入储层深部。该暂堵剂特点如下：（1）具有定向作用，趋向于在剪切速率最低的井壁附近快速形成封堵层，滤饼耐冲刷能力强。（2）颗粒尺寸分布范围广。根据微观分析结果，其直径在20μ m左右，长度为2～200μm，粒度中值约为50μm，不仅能封堵小孔喉和裂缝，也能对较大的孔喉和裂缝实现屏蔽暂堵。

3.3 油溶性暂堵剂

油溶性暂堵剂是指油溶性聚合物堵剂，该暂堵剂最大的特点是易溶于原油。油溶性暂堵剂的主要作用原理是堵剂颗粒被挤入井筒附近时，在压力、温度作用下，堵塞孔隙形成暂堵。作业完成后开井生产，在地层温度、压力作用下，颗粒溶入原油并随原油一同采出，使地层渗透率得以恢复，实现自行解堵，有效保护储层。堵剂颗粒易溶于原油，在地层中能够自动解堵，并随油流带出储层，由于解堵工艺简单，近年来受到了高度重视。因为价格较高，油溶性暂堵剂的发展相对比较缓慢，但鉴于其性能的优越性，所以近年来在海洋油田调堵技术中也得到了广泛的关注。

2018年，陈清等[1]使用氯化钠晶体为主要原料作为暂堵剂，该暂堵体系成本低，对底层造成的损害较小，可实际操作工艺复杂，仅适合小裂缝。

3.4 水溶性暂堵剂

水溶性暂堵剂是指以聚合物作为其主要原料，配合其他类型的辅助剂形成水溶性聚合物凝胶，或者选用无机盐类和有机酸类作为其主要原料，加入适当比例的悬浮稳定剂、表面活性剂等制成颗粒，最终形成桥堵，达到暂堵目的。水溶性暂堵剂易溶于水，通过地层水的冲刷即可实现溶解解堵。

目前，水溶性暂堵剂主要存在以下问题：生产成本高、堵漏速度慢、溶解速度慢、承压强度低、易产生固化作用、不易解堵等，但是油气田开发中对水溶性暂堵剂的需求比较大，水溶性暂堵剂还有很大的发展空间，在未来新发展中将会不断解决目前水溶性暂堵剂存在的问题。2018年，Jia等[2]研究了纳米级二氧化硅为主要原料的暂堵剂，实验结果表明通过加入二氧化硅，暂堵剂具有良好弹性，有利于体系储存更多的水分，从而极大地提高了暂堵剂的稳定性能。

2020年，Reena[3]制备出了新型的水溶性暂堵剂，该暂堵剂不仅具有优异的热稳定性，并且具有良好的堵水效果。

4 结束语

随着全球各个国家对油田的不断深入开采，大部分地区已经进行到了采油的第二、第三阶段，分布广泛但开采难度较大的低渗透油气逐步受到人们的青睐。各个国家十分重视暂堵剂的研究和发展，投入了大量的人力、物力进行研究，新型化学暂堵剂层出不穷，揭开了化学暂堵剂研究的新篇章。但目前的暂堵剂系列产品仍存在许多不足，封堵强度还不够大、耐温度能力不足、溶解后残渣较多、对油层伤害大、投注工艺复杂、成本高等一系列不足需要去改进。总之，未来的暂堵剂研制仍需要不断完善，随着深入研究暂堵剂压裂的应用对象及工艺原理，最终形成系列满足油气田高效开发的新型暂堵剂。