在非均质储层以及大斜度井段和长水平井段的储层改造过程中，改造液体优先进入最小阻力的高渗透层或裂缝中，难以进入阻力较大的中低渗透层。因此，中低渗透层改造程度差(甚至未被改造)或者大斜度井段和长水平井段只有部分井段被改造。对于这类储层，暂堵转向是提高其储层改造效果的重要手段[1-3]。利用暂堵转向剂进行物理-化学转向具有工艺简单、成本低、不受井深结构影响等特点，近年来被广泛应用。目前，国内外应用较多的物理-化学暂堵转向剂是可降解纤维，在一定的压差范围内实现了暂堵转向。然而，在实际应用过程中也暴露出一些问题：一是正向突破压力小(一般小于5 MPa)，封堵强度较小，虽然通过加入酸溶性颗粒(如碳酸钙、碳酸镁)或者引入无机氧化物作为增强剂进行固化能够将突破压力提高到30~50 MPa，但会导致暂堵转向剂不易降解/溶解，需要用酸液进行解堵；二是丝状纤维、粉末状纤维以及其他易水溶暂堵转向剂在随储层改造液体注入井筒时易因纤维缠绕分散不均或因表面快速水化而聚结“成团”，造成施工泵压增高；三是适用温度范围较窄，耐高温性能较差(≤120 ℃)或不溶解/降解[4-7]。本研究利用特殊高分子聚合物的架桥、堆砌作用和水膨体的吸水膨胀作用以及高温溶解/降解性能，通过油相对暂堵材料进行分散，开发出了一种暂堵转向剂，具有封堵效果好、可在水基储层改造液体中溶解、耐高温、易分散等特点，在现场取得了较好的应用效果。
以在水中可溶解的高分子聚合物颗粒作为暂堵转向剂的主剂，通过颗粒的堆砌及架桥作用实现封堵，控制聚合物的相对分子质量和分子链上的水溶性基团来控制其溶解速率，保证暂堵转向剂在注入过程中缓慢溶解，施工完成后可完全降解/溶解；同时，由于暂堵转向剂颗粒堆砌后，颗粒间存在空隙，因此采用小颗粒的水膨体进行复配，通过水膨体吸水膨胀来填充颗粒间的空隙；此外，为了防止暂堵转向剂因表面水化和吸水膨胀造成泵注过程中“成团”、泵压升高等问题，引入油相对暂堵转向材料进行分散，使其表面黏附油类，利用其表面疏水性来避免在泵注时表面水化和吸水膨胀。
将一定量的油加入反应容器中，在搅拌条件下加入可在水基储层改造液体中缓慢溶解的人工聚合物ZJ(30%~45%，w)作为暂堵转向剂主剂，搅拌均匀，再加入粒径更小的水膨体FJ(5%~12%，w)进行复配，继续搅拌，混合均匀后得到糊状混合物即为暂堵转向剂。ZJ为直链型多羟基聚合物细颗粒，粒径为0.6~1.2 mm，50 ℃下溶解性差，随着温度的上升，溶解速率加快，70 ℃以上可以完全溶解，且在高温下可逐渐降解；FJ为以N′N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂的改性聚丙烯酸类交联树脂颗粒，粒径为0.3~0.6 mm，在标准盐水中的吸水倍数大于15倍，可在高温下逐渐降解；油为黏度为15~30 mPa·s的矿物油，对ZJ、FJ具有一定的黏附性。
储层改造用暂堵转向剂性能无统一的评价方法。本研究根据储层改造工艺的特点和暂堵转向剂的作用，采用封堵率、正向突破压力、溶解/降解性以及模拟转向等指标对暂堵转向剂进行评价。
人工采用暂堵转向剂对岩心或裂缝端面进行封堵，通过测试封堵前后的渗透率计算封堵率；以泵注压力突然降低(通常降低30%以上)为岩心突破的判定依据，该压力即为正向突破压力(见图 1)。
式中：η为封堵率，%；k0为封堵前岩心的渗透率，10-3μm2；k1为封堵后岩心的渗透率，10-3μm2。
将暂堵转向剂加入储层改造液体中，人工搅拌分散后倒入钻井液老化罐中，置于储层温度下滚动老化，每间隔30 min取出，观察是否溶解/降解，记录完全溶解/降解的时间。
在岩板夹持器中进行铺砂(砂粒径0.21~0.42 mm)模拟地层裂缝，然后在一定的闭合压力和注入排量下，测试暂堵转向剂加注前后储层改造液体注入岩板夹持器的压力，通过注入暂堵转向剂后的压力是否升高来判定其转向性(见图 2)。
采用暂堵转向剂对具有一定渗透率的岩心进行封堵，测试暂堵转向剂对基质的封堵效果。
从表 1可看出，该暂堵转向剂在80 ℃、140 ℃下对基质均具有良好的封堵效果，封堵率＞99%，封堵后的正向突破压力≥60 MPa。由于暂堵转向剂在基质端面不断压实，且水膨体吸水膨胀后填充了颗粒间的空隙，使得在基质端面形成了一层致密封堵层，提高了封堵率，迫使后续注入压力上升。
采用暂堵转向剂对一定宽度的微细裂缝进行封堵，测试暂堵转向剂对裂缝的封堵效果。
从表 2可看出，该暂堵转向剂在80 ℃下对微裂缝具有良好的封堵效果；提高堵剂层厚度(现场可提高暂堵转向剂浓度)可以提高封堵率；堵剂层厚度达1.0 cm时，暂堵转向剂对微裂缝的封堵率＞99%，封堵后的正向突破压力≥60 MPa。暂堵转向剂中的大颗粒在缝口堆砌，小颗粒挤入裂缝和大颗粒空隙中，不仅在缝口形成了致密的封堵层，而且在裂缝中形成了封堵带，使得渗透率急剧降低，迫使后续注入液体转向。
从表 3可看出，该暂堵转向剂常温下在储层改造液体中分散，不溶解，在不同储层温度下(80 ℃、140 ℃)均具有较好的溶解性/降解性，封堵转向后不会对储层造成伤害，起到暂堵作用。此外，对于低温井和施工时间短的井，采用氧化性破胶剂与暂堵转向剂混注，可以缩短暂堵转向剂降解时间，防止伤害。
从图 3(储层改造液体为黏度1.5 mPa·s的滑溜水)可看出，在相同的注入排量下，注入滑溜水时，其泵注压力为0.01 MPa，注入含暂堵转向剂的滑溜水时，泵注压力上升至0.2 MPa，较暂堵转向剂加注前有明显提高，表明该暂堵转向剂具有转向性能。
暂堵转向剂应用时需考虑以下几个方面：一是暂堵转向剂进入地层的方式。由于该暂堵转向剂在储层改造液体中易分散，因此考虑直接从混砂车加入，由储层改造液体携带进入地层；二是暂堵转向剂用量。暂堵转向剂用量与堵剂层厚度相关，根据室内实验中暂堵转向剂占储层改造液体的比例和现场施工排量确定；三是施工排量。在较大的施工排量(如≥10 m3/min)下，暂堵转向剂颗粒不易沉积，且暂堵转向剂堆砌、架桥、压实需要一定时间，因此需要降低施工排量，待暂堵转向剂全部进入地层后再提升排量至正常水平。
该暂堵转向剂在四川页岩气储层体积压裂中开展了8段次的现场试验，从施工曲线以及微地震分析来看，均取得了不同程度的转向效果，且施工结束后排液正常。
A-1井为页岩气水平井，井底温度95 ℃，岩石脆性指数高(58.1~84.5)，设计在内径为102.72 mm的套管内采用大通径桥塞和滑溜水进行分段体积压裂。由于部分施工层段套管变形，桥塞无法座封。因此，合并套管变形层段，采用暂堵转向剂进行分段压裂。泵注时，直接将暂堵转向剂加入混砂车与压裂液混合，施工排量由10 m3/min降低至6~7 m3/min，使暂堵剂颗粒在封堵部位易于沉积，且裂缝适当闭合，从而实现暂堵转向剂在裂缝中或端部快速形成堵剂层。
从图 4可看出，该井段共加注暂堵转向剂三次。加注暂堵转向剂后，在排量降低的条件下，施工压力均有10 MPa以上的上升，表明该暂堵转向剂具有明显的转向效果。
A-5井为与A-1井类似的页岩气水平井，但施工井段井底温度更高(109 ℃)，仍存在施工层段套管变形，桥塞无法座封的问题，采用暂堵转向剂对合并的套管变形层段进行分段压裂。泵注时，直接将暂堵转向剂加入混砂车与压裂液混合，施工排量由10 m3/min降低至6 m3/min。
从图 5可看出，该井段共加注暂堵转向剂两次。第一次加注暂堵转向剂后，施工压力上升近20 MPa；第二次加注暂堵转向剂后，施工压力仍有5 MPa左右的上升，表明该暂堵转向剂两次均取得了转向效果。
(1) 采用直链型聚合物细颗粒与粒径更小的水膨体复配，并引入矿物油对暂堵材料进行分散，使其表面具有一定疏水性，制备出了一种储层改造用暂堵转向剂。
(2) 该暂堵转向剂耐140 ℃高温，可直接加入水基储层改造液体中注入地层，在储层温度下逐渐溶解/降解，对基质和裂缝均具有良好的封堵效果，封堵率＞99%，封堵后的正向突破压力≥60 MPa。
(3) 该暂堵转向剂利用不同粒径材料堆砌、架桥作用在基质和裂缝端面以及裂缝内部形成堵剂层，并利用水膨体的吸水膨胀作用进一步填充颗粒间的空隙，提高了封堵率。
(4) 该暂堵转向剂现场直接加入混砂车与压裂液混合后注入地层，适当降低施工排量以利于暂堵转向剂沉积，在四川页岩气套损井段的合并压裂中取得了良好的转向效果。
2017, Vol. 46 Issue (2): 59-62, 67
2017, Vol. 46 Issue (2): 59-62, 67