杨 超，肖 兵

（中石化中原石油工程有限公司井下特种作业公司，河南濮阳 457164）

摩阻压力是油气井压裂处理的一项重要参数，很多时候油气井能否用压裂作为增产措施，主要取决于压裂液在管柱中流动时产生的摩阻。随着世界石油工业形势的日趋严峻，各类高压、超深或致密油气藏的压裂改造，及页岩气井大规模压裂（排量甚至达到20 m3以上），由于受井口、管柱、施工设备的耐压限制[1-2]，若不能降低管柱内的摩阻损失，就无法达到压裂施工的目的。由于压裂液具有“湍流降阻特征”[3-4]，因而能使油气井的水力压裂取得极大的成功。因此本文主要研究水基胍胶压裂液中各种添加剂对其所产生的摩阻影响，从而在施工中尽量降低由此类因素而引起的摩阻，从而达到压裂施工的目的。

1 实验部分

1.1 实验设备与原理

FPR-170 管道流动仪（见图1），由美国TN 科技有限责任公司生产，可分析不同流体在不同剪切速率、温度下的流变性能。其主要原理是测量流体在达到紊流状态（雷诺数Re＞3 000）[5]后，一定剪切速率下，流经一定长度和直径的光滑管路时，均产生一定的压差，由此可知流体所产生的摩阻[5-7]。

图1 管道流动仪

1.2 实验药品

羟丙基胍胶（HPG），二级品，相对分子质量约2.5×106，北京宝丰春石油技术有限公司产品；阴离子聚丙烯酰胺（BHP-2），相对分子质量800～1 000 万，室内合成产品；KCl，分析纯，郑州市上街试验化工厂；NaOH，分析纯，北京化工厂；可降解纤维，长度10 mm，直径50 μm，濮阳众孚有限责任公司。

1.3 实验方法

通过改变稠化剂类型及浓度、KCl、pH、温度、纤维实验参数，分析压裂液在不同剪切速率下所产生的摩擦压力变化。

2 实验结果与分析

2.1 稠化剂类型影响

聚合物分子降阻机理是减轻和减少液流中的漩涡和涡流，因而能够抑制紊流，降低摩阻[3]。

温度15 ℃，用FPR-170 管道流动仪分别对清水及浓度为0.05 %的羟丙基胍胶（HPG）、合成高分子聚合物BHP-2（相对分子质量800 万）进行变剪切速率的摩阻测试，结果（见图2）。

由图2 可知，0.05 %HPG 在低剪切速率下所产生的摩阻高于清水产生的摩阻，但在较高剪切速率下又低于清水摩阻的趋势；0.05 %BHP-2 所产生的摩阻一直低于清水摩阻，而且在较高剪切速率时，摩阻增大幅度减小。因此在压裂施工过程中高分子聚合物BHP-2在较低的剪切速率下就能显示出较好的降阻趋势，而HPG 压裂液只有在较高排量下才能显现出降阻趋势。认为应该是BHP-2 与HPG 相比具有更高的相对分子质量，具有更长的分子链结构，因此在低剪切速率下即显示出优异的降摩阻效果。

图2 稠化剂类型对摩阻影响

2.2 稠化剂浓度影响

温度15 ℃，用FPR-170 管道流动仪分别对不同浓度的HPG 进行变剪切速率的摩阻测试，结果（见图3），由结果可知，在低剪切速率时，摩阻随着HPG 加入浓度的增高而增大，在高剪切速率时，高浓度的HPG所产生的摩阻有低于低浓度HPG 的趋势，而且高浓度HPG 产生的摩阻增加幅度低于低浓度HPG。稠化剂浓度和摩阻既不是正比关系也非反比关系，因此施工设计时，在压裂液性能满足储层要求情况下，可根据井筒结构、排量等参数对稠化剂浓度进行优化，以降低摩阻，使有效水功率最大化。

图3 稠化剂浓度对压裂液摩阻影响

2.3 KCl 对摩阻影响

温度15 ℃，HPG 浓度0.5 %，加入5 %KCl，进行变剪切速率的摩阻测试，结果（见图4），由结果可知，由于KCl 的加入，低剪切速率下比0.5 %HPG 所产生的摩阻要大，而且随着剪切速率的增加所产生的摩阻也有降低趋势。分析原因应该是无机盐的加入使空间网架结构增强，n 值相应减小；K 值增大，使液相粘度增加。因此对于加重液体应考虑盐的加入对摩阻变化影响，低剪切速率时，非加重液体摩阻较低；高剪切速率时，加重液体有低于非加重液趋势[1]。

图4 KCl 对压裂液摩阻影响

2.4 温度影响

以0.5 %浓度HPG 为例，改变实验温度，观察温度对压裂液摩阻影响，结果（见图5），由结果可知，随着温度的升高，体系摩阻有所降低。分析原因应该是温度升高使体系粘度降低所致。

2.5 pH 影响

温度15 ℃，HPG 浓度0.5 %，用NaOH 调节体系pH，观察pH 对压裂液摩阻影响，结果（见图6），由结果可知，随着pH 增大，体系摩阻有降低趋势，并且pH越大，摩阻降低幅度也越大。分析原因应该是pH 增加使液体体系n 值降低，因此具有更好的剪切稀释性。

图5 温度对压裂液摩阻影响

图6 pH 对压裂液摩阻影响

2.6 纤维影响

温度15 ℃，HPG 浓度为0.5 %，添加0.015 %浓度的纤维，观察纤维对压裂液摩阻影响，结果（见表1），由结果可知由于纤维的加入，摩阻有明显下降。分析原因主要有：（1）纤维加入使体系n 值增大，K 值减小，表观粘度降低，降低了摩阻[1]；（2）抑制了管线内形成湍流漩涡（即边界层效应），从而降低了摩阻。

3 结论及建议

（1）通过改变实验条件对压裂液进行变切摩阻测试，发现0.05 %HPG 和BHP-2 相比，大分子量的BHP-2 表现出更低的摩阻趋势；在低剪切速率时，摩阻随着HPG 加入浓度的增高而增大，在高剪切速率时，高浓度的HPG 所产生的摩阻又低于低浓度HPG的趋势；KCl 的加入，低剪切速率下比所产生的摩阻要大，而且随着剪切速率的增加所产生的摩阻也有降低趋势；随着pH 增大，体系摩阻有降低趋势，并且pH 越大，摩阻降低幅度也越大；随着温度的升高，体系摩阻有所降低；纤维的加入，摩阻有明显下降，因此现场施工时可通过控制此类因素，将压裂液在管柱中流动时产生的摩阻降至最低，从而有效降低所需水功率，以达到满足现场压裂施工的目的。

（2）由于实验条件限制，暂时无法模拟交联剂及支撑剂添加对体系摩阻的影响，仍需进一步改进研究。

［1］ 谢娟，肖兵，曾雨辰，等.抗高温加重压裂液的研究与应用［J］.石油化工应用，2011，30（12）：43-46.

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