水力压裂摩阻类型及降阻措施

1 压裂摩阻产生机理
水力压裂施工过程中，压裂液从泵出口经地面管线、井筒管柱和射孔孔眼进入裂缝，在每个流动通道内都会因为摩阻而产生压力损失。

如果压裂施工过程中产生的摩阻过大将会导致井口压力过高，甚至超过压裂泵车的负荷，从而增大了压裂施工风险。

准确计算压裂液在流动过程中产生的各种压力损失并分析其影响因素，对于确定井底施工压力以及指导优化压裂工艺参数以降低压裂施工摩阻具有重要意义。

20世纪80年代以来，水力压裂施工产生的摩阻问题逐渐引起工程师和学者的重视。

基于对压裂液施工排量、裂缝起裂及扩展、射孔工艺等多方面的探索，对整套压裂施工中的压力损耗问题进行了深入研究[1]。

前期研究表明，由于地面管线比较短，一般忽略由地面管线产生的摩阻。

因此，水力压裂施工的摩阻损耗主要由两部分组成：第一部分是液体在压裂管柱（油管、套管或油套环空）中的沿程摩阻，即存在于管柱壁面的阻滞作用产生的摩擦阻力所造成的水头损失。

一般情况下，压裂排量越大、管柱直径越小、压裂液黏度越大、支撑剂浓度越大，其产生的管柱沿程摩阻越大。

第二部分是近井摩阻，其包括流体通过射孔孔眼的局部摩阻以及近井地带的弯曲摩阻，矿场一般采用降排量法对以上2种近井摩阻进行测试。

近井摩阻产生的机理较为复杂，主要归纳如下[2]：
1）孔眼局部摩阻：射孔数不足、孔眼的清洁度差以及孔眼堵塞均会产生孔眼局部摩阻。

由于通常采用电缆配套射孔枪对套管进行射孔，导致射孔弹在套管—水泥环内部形成及不规则的圆孔。

从径向来看，孔眼内存在的凹凸不平的通道，会对流体的流入过程造成一定的影响，将会在孔眼处产生明显的压力降[3]。

2）裂缝弯曲摩阻：射孔相位不当、固井质量差以及多裂缝竞争延伸均会导致裂缝在延伸过程中并不总沿着一个方向前进，而是会发生弯曲和转向的现象[4]，从而产生裂缝弯曲摩阻。

这种情况将引起净压力增大，限制近井筒裂缝宽度，从而增大支撑剂的运移难度。

裂缝弯曲摩阻一般在压裂施工初期最大，随着施工进行逐渐减小[2]。

2 降低压裂摩阻的工艺措施
2.1 支撑剂段塞工艺
该工艺是目前降低近井摩阻最为常用的方法。

其原理是在主压裂的前置液阶段，以脉冲加砂的形式，间断地泵入低砂比携砂液进入地层中，高速的含砂压裂液能够产生很强的水力切割作用，对不完善的射孔孔眼和近井带迂曲且粗糙的水力裂缝进行磨蚀，使压裂液流动路径逐渐趋于完善、光滑，从而达到降低近井摩阻的效果。

一般情况下，孔眼越不完善、近井裂缝迂曲程度越高、表面粗糙度越大，支撑剂段塞的实施效果越好。

世界范围内众多水力压裂现场压裂实践经验表明，支撑剂段塞技术配合其他技术可以大幅提高水力压裂成功率[5]。

因此，有必要根据测试压裂分析的近井裂缝摩阻数据，科学合理地进行段塞冲刷设计，并实时分析评价段塞冲刷的效果，合理调整携砂液阶段的砂浓度和砂量，并最大限度地提高施工砂浓度，以确保压裂施工达到预期效果。

支撑剂段塞还可以用于封堵微小裂隙，主要用于对天然裂缝进行封堵，从而降低滤失，保证主裂缝的充分延伸[6]。

此外，支撑剂段塞还可以增大裂缝延伸的净压力，从而增大水力裂缝的应力干扰强度，促进复杂裂缝网络的形成。

因此为了支撑剂段塞的使用达到各自所需的目的，需要对其相关参数进行优化设计，确定合理的支撑剂性能、目数、段塞数量以及泵注时机等。

2.2 增大缝内压裂液黏度
增加压裂液的黏度，可以在裂缝条数较多时有效减少裂缝条数，增加主裂缝的宽度，从而进一步起到减小
水力压裂摩阻类型及降阻措施
刘炜1 刘觐瑄2 华继军1 王小军1 肖佳林1
1. 中国石化江汉油田分公司石油工程技术研究院 湖北 武汉 430000
2. 西南石油大学国家重点实验室 四川 成都 610500
摘要：水力压裂摩阻引起施工压力增加，施工风险增大。

水力压裂摩阻包括沿程摩阻和近井摩阻。

近井摩阻产生机理最为复杂，其中射孔数不足、孔眼清洁度差以及孔眼堵塞产生孔眼摩阻；射孔相位不当、固井质量差以及多裂缝竞争延伸产生裂缝弯曲摩阻。

降低压裂摩阻的工艺措施主要包括定向射孔、支撑剂段塞磨蚀、增大压裂液黏度、压裂液延迟交联等。

关键词：水力压裂 摩阻 降阻 施工压力
Friction Types of Hydraulic Fracturing and Measures for Reducing Friction
Liu Wei1，Liu Jianbao2，Hua Jijun1，Wang Xiaojun1，Xiao Jialin1
1. Research Institute of Petroleum Engineering Technology，Jianghan Oilfield Branch，Sinopec 430000，Wuhan，Hubei Province
Abstract：Hydraulic fracturing friction increases the fracturing work pressure and increases the risk of construction. Hydraulic fracturing friction includes friction along the path and friction near wellbore. The mechanism of near-well friction is the most complex，in which perforation number is insufficient，hole cleanliness is poor and hole plugging produces hole friction；perforation phase is improper，cementing quality is poor，and multi-fracture competitive extension produces fracture bending friction. The technological measures to reduce fracturing friction include directional perforation，slug abrasion of proppant，increasing viscosity of fracturing fluid and delayed crosslinking of fracturing fluid.
Keywords：Hydraulic fracturing；Frictional resistance；Resistance reduction；fracturing work pressure
下转第149页）
备的运行原理具有清晰的了解，同时在对相关的操作方法进行学习的过程中，对于机械设备维修过程中所需要了解的知识也能够进行掌握。

部分生产设备其生产制造的精度都比较高，并且相应的设备组成也比较复杂，所以在对这些设备进行维修的过程中，对于维修人员的技能水平要求非常高，所以为了能够更好的达到维修效果，需要针对这些设备进行示范性操作。

专业的维修培训人员，需要对每一个步骤都进行分解性的示范培训，使员工能够对每一个步骤都具有清晰的认识以及了解，然后进行针对性的练习。

通过每一个环节的重点练习，为员工进行连贯性维修打好基础。

4.3 辅助方法技能培训
在维修钳工实践培训过程中，除了以上2种方法之外，还可以通过辅助器械使员工的维修技能水平得到提升。

辅助器械培训方法就是训练过程中可以通过多媒体设备等等，将理论知识的学习变得更加趣味，例如通过多媒体设备将理论知识制造成动画以及课件等等，提升理论知识的学习趣味性，让知识体系以及内容变得更加灵活生动。

既提升知识的科学性，又能够使课堂趣味性得到增强，激发员工学习的积极性。

而且对于想要的知识以及技能培训来讲，只有员工真正的拥有兴趣，才能够达到更好的学习效果，所以通过辅助器械来对员工知识技能培训进行辅助，能够发挥出的效果是非常显著的。

5 结束语
对于生产制造企业来讲，在企业正常运转生产的过程中，维修钳工是非常必要且重要的，能够使企业生产经营过程中的机械设备运行效率以及维修效率都得到增强，将企业整体运行效率进行提升。

所以针对于维修钳工的技能培训工作也是非常必要的，需要在明确培训目标的基础之上，对其进行基本训练，并加强知识储备，同时通过辅助器械来对培训效果进行提升，促进维修钳工技能水平以及知识储备的质量提高。

参考文献
[1]李云贵. 浅析提高维修钳工操作技能的方法[J]. 商品与质量，2016（3）.
[2]张丽娟. 浅谈如何加强维修电工的操作技能培训[J]. 商情，2016（27）.
[3]于杨. 浅谈提高维修钳工操作技能的措施[J]. 科技创新与应用，2016（14）：152.
[4]李峰. 提高维修钳工操作技能的方法[J]. 工程技术：全文版，2017（3）：217.
[5]吕洪善，杨清志. 浅谈提高维修电工技能操作考试效率的措施[J]. 山东农业工程学院学报，2017（2）：150-151.
[6]王志军. 维修钳工操作技能提高的探究[J]. 中国设备工程，2016（15）：154-155.
裂缝弯曲摩阻的作用。

当液体在裂缝壁面发生剪切稀释而降黏时，高黏的液体正好弥补了其黏度损失。

首先，由于高黏液体更易流入较宽的裂缝中，即使存在多裂缝情况，液体也不易发生分流，大部分都进入到主裂缝中，由此增加了主裂缝的宽度；另一方面，该方法可以看作是对支撑剂段塞冲刷作用的辅助手段。

具体来讲，就是增加压裂液的携砂效率，从而加大了高速携砂液对远井裂缝的磨蚀几率。

2.3 定向射孔技术
目前常规射孔方式通常采用电缆传输螺旋式射孔，相位角一般为90°，在压裂施工时，会造成有效孔眼较少，地层破裂压力较高，再加上部分射孔孔眼方向与最大水平主应力方向不一致，由这个孔眼产生的裂缝有相当大的几率发生弯曲，从而加大了产生弯曲摩阻的可能性。

相关研究表明，采取沿最大水平应力方向的定向射孔（射孔相位角为180°）可以有效减小地层破裂压力，并将孔眼有效率提高50%以上，同时裂缝直接沿着最大水平主应力方向延伸，大大减少了裂缝的弯曲摩阻。

一般情况下，定向射孔技术在直井中采用主动定向，如电缆配旋转短节；在水平井中则采用被动定向，如射孔器材偏心设计或配重设计。

2.4 压裂液延迟交联
高黏液体虽然可以有效降低近井摩阻，但是也会增加油管中的压力损耗。

压裂液延迟交联技术可以使得携砂液在管柱中为基液形态（未交联），压裂液黏度较低，其对应的摩阻系数较低，可以有效降低水力压裂过程中的管柱沿程摩阻。

因此有必要改善压裂液体系性能从而延迟压裂液交联的时间，但交联时间又不不能过长，这样会造成裂缝内支撑剂发生沉降。

目前广泛使用的压裂液延迟交联技术是根据pH值的变化来获得延迟交联性。

pH值对压裂液的性能影响较大，压裂液可能在酸性、中性以及碱性条件下完成交联（一般为碱性条件交联）。

研究表明，随着pH值增加，延迟交联时间延长，而随着温度升高，延迟交联时间减小。

因此，可以通过在一定温度（模拟井筒温度）下调节压裂液体系的pH值，从而优选获得最佳的延迟交联剂，确定合适延迟交联时间，以满足深井压裂施工中降低管柱摩阻的要求。

3 结束语
水力压裂过程中的降摩阻技术经过多年的发展，已经取得很多结果。

但在整口井的施工过程中，若只选取某种方法或只考虑某种影响，则很容易暴露弊端。

如一味增加压裂液黏度，则势必增加液体在各处流动的摩擦阻力，从而造成过多的沿程摩阻；如果只考虑支撑剂段塞液对近井的磨蚀作用，选取较大颗粒支撑剂进行磨蚀，则有可能造成裂缝的早期砂堵。

因此，有必要针对压裂施工中摩阻的主要类型和主控因素，优选配套的降阻工艺，以降低压裂施工风险。

参考文献
[1]王鸿勋. 水力压裂原理[M].北京：石油工业出版社，1987.
[2]梁兵，郭建春，党勇杰，等. 水力压裂过程中近井摩阻分析[J]. 石油地质与工程，2006，20（1）：74-75.
[3]张建涛，陈小新，潘卫东，等. 水力压裂中近井筒效应分析及支撑剂段塞技术在中原油田的应用[J]. 钻采工艺，2004，27（5）：37-39. 
[4]沈建国，陆灯云，刘同斌. 支撑剂段塞冲刷的水力压裂新工艺[J]. 天然气工业. 2004，23：91-94.
（上接第69页）。