稠油油藏蒸汽驱深部封窜可膨胀石墨堵剂体系及注入方法技术领域
本发明属于油田化学领域，具体地，涉及一种用于稠油油藏蒸汽深部封窜的可膨
胀石墨堵剂体系及其注入方法。
技术背景
我国稠油资源比较丰富，约占石油总储量的30％，注蒸汽是稠油油藏开采的主要
方式。对于疏松砂岩稠油油藏或含裂缝的稠油油藏，经过长期的蒸汽驱方式开采之后，地层
形成优势渗流通道，使得注入的蒸汽沿高渗层窜出，蒸汽波及体积降低，导致油井含水量上
升，产量降低。蒸汽驱汽窜防治是提高稠油油藏蒸汽驱波及效率的重要途径和亟待解决的
问题。对于长期蒸汽驱的稠油油藏，地层温度较高，尤其对于汽水窜的渗流优势通道温度更
高，达到150～350℃。为降低注蒸汽高温对蒸汽驱封窜所用堵剂的不利影响，在实施常规蒸
汽驱封窜措施之前，现场通常关闭注蒸汽井或往地层中注入大量冷水降低地层温度，以保
证注入的封窜剂能够进入地层达到封窜的目的。但采取长时间关井或注入冷水降温的措
施，对于长期蒸汽驱的稠油油藏地层温度降低程度有限，难以延缓封窜剂的固结时间或成
胶时间，进而降低封窜剂进入到地层深部的能力。此外，长时间关井或注入冷水降温的措施
也增加了蒸汽驱封窜的作业成本。
目前用于稠油油藏蒸汽封窜的堵剂主要包括高温泡沫类、高温冻胶类、无机刚性
颗粒等体系。常规的蒸汽封窜措施因高温泡沫有效期短、冻胶成胶快、无机颗粒运移性差等
技术，稠油油藏蒸汽驱深部封窜技术面临巨大挑战。高温泡沫类封窜剂主要包括烷基苯磺
酸盐、α-烯烃磺酸盐等耐温起泡剂，能够改善蒸汽(水)驱波及系数，提高驱油效率，但高温
泡沫施工较为复杂，在地层中可控性差，有效期短。此外，对于长期蒸汽驱的高温地层，泡沫
的稳定性急剧下降，降低了封窜效果。高温冻胶类封窜剂主要由耐温的聚合物、栲胶(改性
栲胶)、木质素等体系与醛类交联剂形成，可耐温200℃，但由于使用浓度过大，成本较高；此
外，由于地层温度较高(≥150℃)，冻胶类封窜剂体系成胶时间一般小于10小时，导致冻胶
类堵剂体系深部运移能力较差，无法实现蒸汽深部封窜；颗粒型堵剂主要包括超细水泥、粘
土等无机刚性颗粒，此类堵剂运移性较差往往在近井地带沉积，难以实现蒸汽深部封窜，且
受温度影响敏感，形成的固化堵剂体系固结时间短，施工过程中存在一定的工程风险。
对于蒸汽驱的稠油油藏，存在蒸汽驱温度场梯度分布，越靠近井口附近，地层温度
越高，可达300℃以上。当稠油油藏长期实施蒸汽驱措施时，地层温度可达150℃以上。鉴于
常规蒸汽驱封窜剂的特点，为了提高稠油油藏蒸汽驱的封窜效果，研发了一种能够注的进、
耐高温(150～350℃)、可膨胀石墨堵剂体系，并根据蒸汽驱温度场梯度分布特点，提供了可
膨胀石墨堵剂体系的注入方法，使得堵剂体系能够进入地层深部进行封窜，进而提高蒸汽
驱的波及效率，改善稠油油藏蒸汽驱开采效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于稠油油藏蒸汽驱封窜的可膨胀石墨堵
剂体系及其注入方法；以耐温非离子聚合物水溶液为携带液，将不同初始膨胀温度的石墨
颗粒携带进入地层深部，根据蒸汽驱汽窜通道温度梯度场分布特点，不同初始膨胀温度的
石墨颗粒缓慢膨胀，实现对蒸汽驱汽窜通道的深部封窜，进而提高蒸汽驱的波及体积。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
稠油油藏蒸汽驱深部封窜可膨胀石墨堵剂体系，包括：低温可膨胀石墨颗粒、中温
可膨胀石墨颗粒、高温可膨胀石墨颗粒、携带液和配液水，重量组份如下：
低温可膨胀石墨颗粒：0.5％～1.0％；
中温可膨胀石墨颗粒：0.4％～0.8％；
高温可膨胀石墨颗粒：0.3％～0.6％；
携带液：0.1％～0.2％；
余量为配液水，各组分总和为100％。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、可膨胀石墨堵剂体系可适用于长期蒸汽驱形成汽窜的稠油油藏，不同初始膨胀
温度的可膨胀石墨封窜体系可满足150～350℃的油藏条件使用，克服了常规封窜体系耐温
差、高温交联时间快或固结时间短，无法深部注入的难点；
2、可膨胀石墨堵剂体系可以在稠油油藏蒸汽驱进行的同时注入，注入封窜剂之前
不需要关井或长时间注入冷水使地层降温，节约了经济成本，提高了稠油油藏开采效率；
3、可膨胀石墨堵剂体系可耐温300℃以上，在初始膨胀温度条件下可缓慢膨胀，膨
胀时间持续3～10天，膨胀倍数30～60倍，膨胀后的石墨堵剂体系具有较好的柔韧性利于深
部运移，长时间的缓慢膨胀保证了封窜体系能够顺利进入地层深部，高膨胀倍数保证了封
窜剂的强度，提高了稠油油藏蒸汽驱深部封窜能力；
4、可膨胀石墨堵剂体系以耐温非离子聚合物水溶液为携带液，提高了可膨胀石墨
封窜体系在水溶液中的悬浮能力，克服了常规无机颗粒封窜体系运移差的缺点；
5、可膨胀石墨堵剂体系注入方法选择注入不同初始膨胀温度的石墨颗粒，可以保
证所注入的可膨胀石墨颗粒在各自的温度分布空间缓慢膨胀，实现对蒸汽驱汽窜通道有效
的封堵；
6、可膨胀石墨堵剂体系注入方法简单，通过设置五个封窜段塞，充分保障可膨胀
石墨封窜体系的封窜能力，设置的前置预处理段塞和过顶替段塞进一步增强了封窜体系地
层深部运移能力，强化了可膨胀石墨封窜体系深部封窜效果。
附图说明
图1是无携带液和添加携带液的低温可膨胀石墨封窜体系室温静置10小时后的分
散效果；
图2是低温可膨胀石墨封窜体系的初始形貌与150℃老化5天后的形貌；
图3是无携带液和添加携带液的中温可膨胀石墨封窜体系室温静置10小时后的分
散效果；
图4是中温可膨胀石墨封窜体系初始形貌与220℃老化5天后的形貌；
图5是无携带液和添加携带液的高温可膨胀石墨封窜体系室温静置10小时后的分
散效果；
图6是高温可膨胀石墨封窜体系初始形貌与300℃老化5天后的形貌。
具体实施方式
稠油油藏蒸汽驱深部封窜可膨胀石墨堵剂体系，包括：低温可膨胀石墨颗粒、中温
可膨胀石墨颗粒、高温可膨胀石墨颗粒、携带液和配液水，重量组份如下：
低温可膨胀石墨颗粒：0.5％～1.0％；
中温可膨胀石墨颗粒：0.4％～0.8％；
高温可膨胀石墨颗粒：0.3％～0.6％；
携带液：0.1％～0.2％；
余量为配液水，各组分总和为100％。
低温可膨胀石墨颗粒为初始膨胀温度为150℃的可膨胀石墨颗粒，该封窜体系在
150℃时开始缓慢膨胀，初始粒径55～60μm；
中温可膨胀石墨封窜体系为初始膨胀温度为220℃的可膨胀石墨颗粒，该封窜体
系在220℃时开始缓慢膨胀，初始粒径65～70μm；
高温可膨胀石墨封窜体系为初始膨胀温度为300℃的可膨胀石墨颗粒，该封窜体
系在300℃时开始缓慢膨胀，初始粒径75～110μm；
携带液为非离子聚合物的水溶液，所用的非离子聚合物分子量为500万～800万，
水解度为3.0～8.0％；
配液水为清水或经过处理的油田回注污水。
上述的稠油油藏蒸汽驱深部封窜可膨胀石墨堵剂体系的制备方法，步骤如下：
室温下(20±5℃)，在配液水中先加入非离子聚合物制得携带液，搅拌60分钟待其
充分溶解后；再加入低温可膨胀石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得稠油油藏蒸汽
驱深部封窜用低温膨胀颗粒堵剂体系；室温下(20±5℃)，在配液水中先加入非离子聚合物
制得携带液，搅拌60分钟待其充分溶解后；再加入中温可膨胀石墨颗粒，搅拌10分钟待其充
分分散后制得稠油油藏蒸汽驱深部封窜用中温膨胀颗粒堵剂体系；室温下(20±5℃)，在配
液水中先加入非离子聚合物制得携带液，搅拌60分钟待其充分溶解后；再加入高温可膨胀
石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得稠油油藏蒸汽驱深部封窜用高温膨胀颗粒堵剂
体系。
上述所述的低温、中温和高温可膨胀石墨颗粒均可市场购买到。
稠油油藏蒸汽驱深部封窜用可膨胀石墨堵剂体系封窜方法，当稠油油藏长期持续
实施蒸汽驱时，蒸汽驱低效或无效形成蒸汽窜通道时，采用上述的稠油油藏蒸汽驱深部封
窜用可膨胀石墨堵剂体系进行封窜，包括以下步骤：
1、向地层中注入前置预处理段塞，其体积注入量为蒸汽窜通道孔隙体积的5％～
10％；
所采用的前置预处理段塞为清水或经过处理的油田回注污水，可以降低蒸汽驱窜
流通道的温度，有利于后续工作液的注入；
2、向地层中注入低温可膨胀石墨封窜体系远井段塞，其体积注入量为蒸汽窜通道
孔隙体积的15％～30％；
低温可膨胀石墨封窜体系，初始膨胀温度为150℃，该封窜体系在150℃时开始缓
慢膨胀，利于低温可膨胀石墨封窜体系深部封窜；
3、向地层中注入中温可膨胀石墨封窜体系过渡段塞，其体积注入量为蒸汽窜通道
孔隙体积的5％～15％；
中温可膨胀石墨封窜体系，初始膨胀温度为220℃，该封窜体系在220℃时开始缓
慢膨胀，低于此温度中温可膨胀石墨封窜体系无法膨胀，利于该封窜体系深部运移；
4、向地层中注入高温可膨胀石墨颗粒封窜体系近井段塞，其体积注入量为蒸汽窜
通道孔隙体积的5％～10％；
高温可膨胀石墨封窜体系，初始膨胀温度为300℃，该封窜体系在300℃时开始缓
慢膨胀，低于此温度高温可膨胀石墨封窜体系基本不膨胀，利于提高该封窜体系的运移性
能，使之不易在井口附近沉积；
5、向地层中注入过顶替液，其体积注入量为地层孔隙体积的5％～10％；
过顶替液为上述的携带液，过顶替液的使用可以将可膨胀石墨封窜体系顶离井口
附近；
6、关井2～5天后开井恢复生产。
实施例1：
本实例提供了稠油油藏蒸汽驱深部封窜用可膨胀石墨堵剂体系的制备方法与注
入方法。
稠油油藏蒸汽驱深部封窜用可膨胀石墨堵剂体系，包括：携带液，低温可膨胀石墨
颗粒(初始膨胀温度150℃)，中温可膨胀石墨颗粒(初始膨胀温度220℃)，高温可膨胀石墨
颗粒(初始膨胀温度300℃)，配液清水。
室温下(20±5℃)，在99.4g配液清水中边搅拌加入0.1g非离子聚合物搅拌60分
钟，待其充分溶解后制得携带液，然后加入0.5g的低温可膨胀石墨颗粒，搅拌10分钟待其充
分分散后制得稠油油藏蒸汽驱深部封窜用低温可膨胀石墨堵剂体系(如图1，图2)，其中该
堵剂体系携带液中聚合物的质量分数为0.1％，可膨胀石墨颗粒的质量分数为0.5％；室温
下(20±5℃)，在99.3g配液清水中边搅拌加入0.1g非离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶
解后制得携带液，然后加入0.6g的中温可膨胀石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得
稠油油藏蒸汽驱深部封窜用中温可膨胀石墨堵剂体系，其中该堵剂体系携带液中聚合物的
质量分数为0.1％，中温可膨胀石墨颗粒的质量分数为0.6％；室温下(20±5℃)，在99.4g配
液清水中边搅拌加入0.1g非离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解后制得携带液，然后加
入0.5g的高温可膨胀石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得稠油油藏蒸汽驱深部封窜
用高温可膨胀石墨堵剂体系，其中该堵剂体系携带液中聚合物的质量分数为0.1％，高温可
膨胀石墨颗粒的质量分数为0.5％。
本实施例提供了稠油油藏蒸汽驱深部封窜用可膨胀石墨堵剂体系的注入方法，
为：采用湿填法制作长岩心填砂模型(长度100cm，直径2.5cm)，其中岩心渗透率为6.67μm2，
孔隙体积160mL，将制备的岩心置于150℃恒温箱中10小时，然后蒸汽驱冲刷15倍孔隙体积，
按照以下五个段塞进行可膨胀石墨堵剂体系注入：前置预处理段塞、远井段塞、过渡段塞、
近井段塞和后置保护段塞，具体操作如下：
(1)前置预处理段塞：前置预处理段塞为清水，体积注入量为岩心蒸汽窜通道孔隙
体积的5％；
(2)远井段塞：远井段塞为质量分数0.1％聚合物+质量分数0.5％低温可膨胀石墨
颗粒，体积注入量为岩心蒸汽窜通道孔隙体积的25％；
(3)过渡段塞：过渡段塞为质量分数0.1％聚合物+质量分数0.6％中温可膨胀石墨
颗粒，体积注入量为岩心蒸汽窜通道孔隙体积的15％；
(4)近井段塞：近井段塞为质量分数0.1％聚合物+质量分数0.5％高温可膨胀石墨
颗粒，体积注入量为岩心蒸汽窜通道孔隙体积的10％；
(5)后置保护段塞：后置保护段塞为0.1％聚合物，体积注入量为岩心蒸汽窜通道
孔隙体积的5％。
完成上述五个步骤，将岩心置于150℃恒温箱中老化3天之后，再次蒸汽驱15倍孔
隙体积，测定岩心渗透率为0.125μm2，岩心封堵率达到98.13％，说明注入的可膨胀石墨堵
剂体系能够对蒸汽驱汽窜通道形成有效的封堵。
实施例2：
本实例提供了稠油油藏蒸汽驱深部封窜用可膨胀石墨堵剂体系的制备方法与注
入方法。
稠油油藏蒸汽驱深部封窜用可膨胀石墨堵剂体系，包括：携带液，低温可膨胀石墨
颗粒(初始膨胀温度150℃)，中温可膨胀石墨颗粒(初始膨胀温度220℃)，高温可膨胀石墨
颗粒(初始膨胀温度300℃)，配液清水。
室温下(20±5℃)，在98.85g配液清水中边搅拌依次加入0.15g聚合物搅拌60分
钟，待其充分溶解后制得携带液，然后加入1.0g的低温可膨胀石墨颗粒，搅拌10分钟待其充
分分散后制得稠油油藏蒸汽驱深部封窜用低温可膨胀石墨堵剂体系，其中该堵剂体系携带
液中聚合物的质量分数为0.15％，可膨胀石墨颗粒的质量分数为1.0％；室温下(20±5℃)，
在99.35g配液清水中边搅拌加入0.15g非离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解后制得携
带液，然后加入0.5g的中温可膨胀石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得稠油油藏蒸
汽驱深部封窜用中温可膨胀石墨堵剂体系(如图3，图4)，其中该堵剂体系携带液中聚合物
的质量分数为0.15％，中温可膨胀石墨颗粒的质量分数为0.5％；室温下(20±5℃)，在
99.35g配液清水中边搅拌加入0.15g非离子聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解后制得携带
液，然后加入0.5g的高温可膨胀石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得稠油油藏蒸汽
驱深部封窜用高温可膨胀石墨堵剂体系，其中该堵剂体系携带液中聚合物的质量分数为
0.1％，高温可膨胀石墨颗粒的质量分数为0.5％。
本实施例提供了稠油油藏蒸汽驱深部封窜用可膨胀石墨堵剂体系的注入方法，
为：采用湿填法制作长岩心填砂模型(长度100cm，直径2.5cm)，其中岩心渗透率为7.53μm2，
孔隙体积165mL，将制备的岩心置于150℃恒温箱中10小时，然后蒸汽驱冲刷15倍孔隙体积，
按照以下五个段塞进行可膨胀石墨堵剂体系注入：前置预处理段塞、远井段塞、过渡段塞、
近井段塞和后置保护段塞，具体操作如下：
(1)前置预处理段塞：前置预处理段塞为清水，体积注入量为岩心蒸汽窜通道孔隙
体积的10％；
(2)远井段塞：远井段塞为质量分数0.15％聚合物+质量分数1.0％低温可膨胀石
墨颗粒(初始膨胀温度150℃)，体积注入量为岩心蒸汽窜通道孔隙体积的30％；
(3)过渡段塞：过渡段塞为质量分数0.15％聚合物+质量分数0.5％中温可膨胀石
墨颗粒(初始膨胀温度220℃)，体积注入量为岩心蒸汽窜通道孔隙体积的10％；
(4)近井段塞：近井段塞为质量分数0.15％聚合物+质量分数0.5％中温可膨胀石
墨颗粒(初始膨胀温度300℃)，体积注入量为岩心蒸汽窜通道孔隙体积的10％；
(5)后置保护段塞：后置保护段塞为0.15％聚合物，体积注入量为岩心蒸汽窜通道
孔隙体积的5％。
完成上述五个步骤，将岩心置于150℃恒温箱中老化5天之后，再次蒸汽驱15倍孔
隙体积，测定岩心渗透率为0.164μm2，岩心封堵率达到97.82％，说明注入的可膨胀石墨颗
粒堵剂体系能够对蒸汽驱汽窜通道形成有效的封堵，使得蒸汽转向中低渗层，提高蒸汽波
及体系。
实施例3：
本实例提供了稠油油藏蒸汽驱深部封窜用可膨胀石墨堵剂体系的制备方法与注
入方法。
稠油油藏蒸汽驱深部封窜用可膨胀石墨堵剂体系，包括：携带液，低温可膨胀石墨
颗粒(初始膨胀温度150℃)，中温可膨胀石墨颗粒(初始膨胀温度220℃)，高温可膨胀石墨
颗粒(初始膨胀温度300℃)，配液清水。
室温下(20±5℃)，在98.8g配液清水中边搅拌依次加入0.2g聚合物搅拌60分钟，
待其充分溶解后制得携带液，然后加入1.0g的低温可膨胀石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分
分散后制得稠油油藏蒸汽驱深部封窜用低温膨胀颗粒堵剂体系，其中该堵剂体系携带液中
聚合物的质量分数为0.2％，可膨胀石墨颗粒的质量分数为1.0％；室温下(20±5℃)，在
99.3g配液清水中边搅拌依次加入0.2g聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解后制得携带液，然
后加入0.5g的中温可膨胀石墨颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得稠油油藏蒸汽驱深部
封窜用中温膨胀颗粒堵剂体系，其中该堵剂体系携带液中聚合物的质量分数为0.2％，中温
可膨胀石墨颗粒的质量分数为0.5％；室温下(20±5℃)，在99.3g配液清水中边搅拌依次加
入0.2g聚合物搅拌60分钟，待其充分溶解后制得携带液，然后加入0.5g的高温可膨胀石墨
颗粒，搅拌10分钟待其充分分散后制得稠油油藏蒸汽驱深部封窜用高温膨胀颗粒堵剂体系
(如图5，图6)，其中该堵剂体系携带液中聚合物的质量分数为0.2％，高温可膨胀石墨颗粒
的质量分数为0.5％。
本实施例提供了稠油油藏蒸汽驱深部封窜用可膨胀石墨堵剂体系的注入方法，
为：采用湿填法制作长岩心填砂模型(长度100cm，直径2.5cm)，其中岩心渗透率为7.25μm2，
孔隙体积163mL，将制备的岩心置于150℃恒温箱中10小时，然后蒸汽驱冲刷15倍孔隙体积，
按照以下五个段塞进行可膨胀石墨堵剂体系注入：前置预处理段塞、远井段塞、过渡段塞、
近井段塞和后置保护段塞，具体操作如下：
(1)前置预处理段塞：前置预处理段塞为清水，体积注入量为岩心蒸汽窜通道孔隙
体积的10％；
(2)远井段塞：远井段塞为质量分数0.2％聚合物+质量分数1.0％低温可膨胀石墨
颗粒(初始膨胀温度150℃)，体积注入量为岩心蒸汽窜通道孔隙体积的30％；
(3)过渡段塞：过渡段塞为质量分数0.2％聚合物+质量分数0.8％中温可膨胀石墨
颗粒(初始膨胀温度220℃)，体积注入量为岩心蒸汽窜通道孔隙体积的15％；
(4)近井段塞：近井段塞为质量分数0.2％聚合物+质量分数0.6％高温可膨胀石墨
颗粒(初始膨胀温度300℃)，体积注入量为岩心蒸汽窜通道孔隙体积的5％；
(5)后置保护段塞：后置保护段塞为0.2％聚合物，体积注入量为岩心蒸汽窜通道
孔隙体积的5％。
完成上述五个步骤，将岩心置于150℃恒温箱中老化10天之后，再次蒸汽驱15倍孔
隙体积，测定岩心渗透率为0.151μm2，岩心封堵率达到97.91％，说明注入的可膨胀石墨堵
剂体系能够对蒸汽驱汽窜通道形成有效的封堵，利于增加蒸汽波及体积，提高蒸汽驱开采
效果。