ISO 70552023 天然气上游区域实验室中滑水减阻的测定标准立项发展报告

天然气上游区域实验室中滑水减阻的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Naturalgas—Upstreamarea—Determinationofdragreductioninlaboratoryforslickwater摘要随着全球非常规油气资源勘探开发进程的加速推进，滑水（slickwater）压裂技术已成为页岩气、致密气等低渗透储层改造的核心手段之一。减阻剂作为滑水压裂液的关键组分，其性能的准确测定直接关系到压裂施工效率与经济效益。然而，长期以来各国在滑水减阻性能的实验室测定方法上缺乏统一的国际标准，导致测试结果可比性差、技术指标认定存在分歧，制约了相关技术的国际交流与贸易合作。在此背景下，国际标准化组织（ISO）发布ISO7055:2023《天然气上游区域实验室中滑水减阻的测定》标准，系统规定了滑水减阻性能实验室测定的术语定义、试验原理、仪器设备、测试程序、数据处理及报告要求。本报告对该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容、国内外对标情况及实施意义进行了全面分析。报告指出，该标准的发布填补了天然气上游领域滑水减阻测定国际标准的空白，为全球范围内减阻剂产品的质量评价提供了统一、科学、可重复的技术依据，对推动水力压裂技术规范化发展、促进非常规天然气高效开发具有重要指导意义，同时也为我国相关标准体系的完善提供了对标参照。关键词：天然气；滑水；减阻测定；压裂液；国际标准；标准化AbstractWiththeacceleratedexplorationanddevelopmentofunconventionaloilandgasresourcesworldwide,slickwaterfracturingtechnologyhasbecomeoneofthecorestimulationmethodsforlow-permeabilityreservoirssuchasshalegasandtightgas.Asakeycomponentofslickwaterfracturingfluids,theaccuratedeterminationofdragreducersdirectlyaffectsfracturingoperationefficiencyandeconomicbenefits.However,foralongtime,thelackofunifiedinternationalstandardsforlaboratorydeterminationmethodsofdragreductioninslickwaterhasledtopoorcomparabilityoftestresultsanddiscrepanciesintechnicalindexrecognition,restrictinginternationaltechnicalexchangeandtradecooperation.Againstthisbackground,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)issuedISO7055:2023,whichsystematicallyspecifiestheterminologydefinitions,testprinciples,instrumentsandequipment,testprocedures,dataprocessing,andreportingrequirementsforlaboratorydeterminationofdragreductioninslickwater.Thisreportprovidesacomprehensiveanalysisofthestandard'sdevelopmentbackground,compilationprocess,coretechnicalcontent,domesticandinternationalbenchmarking,andimplementationsignificance.Thereportpointsoutthattheissuanceofthisstandardfillsthegapininternationalstandardsfordeterminationofdragreductioninslickwaterintheupstreamnaturalgassector,providingaunified,scientific,andreproducibletechnicalbasisforthequalityevaluationofdragreducerproductsworldwide.Itholdssignificantguidingimportanceforpromotingthestandardizeddevelopmentofhydraulicfracturingtechnologyandfacilitatingtheefficientdevelopmentofunconventionalnaturalgas,whilealsoprovidingbenchmarkingreferencesfortheimprovementofrelevantstandardsystemsinChina.Keywords:naturalgas;slickwater;determinationofdragreduction;fracturingfluid;internationalstandard;standardization一、引言1.1研究背景在全球能源转型与供需格局深度调整的大背景下，非常规天然气资源——尤其是页岩气和致密气——正逐步成为全球天然气供应的重要增长极。美国能源信息署（EIA）的评估数据显示，全球页岩气技术可采资源量超过200万亿立方米，中国、阿根廷、阿尔及利亚、美国等国均拥有丰富的页岩气资源储备。页岩气等非常规储层普遍具有低孔隙度、低渗透率的特征，必须通过大规模水力压裂改造才能实现经济有效开发。在水力压裂技术体系中，滑水压裂（slickwaterfracturing）以其低成本、大改造体积、复杂缝网形成能力强等优势，成为目前应用最为广泛的压裂技术之一。滑水压裂液的核心特征在于其极低的黏度（通常接近清水）和较高的注入排量，而实现这一目标的关键依赖于高效减阻剂（dragreducingagent,DRA）的使用。减阻剂通过抑制湍流中的涡流生成与能量耗散，可显著降低压裂液在井筒和管汇中的流动摩阻，减阻率通常可达50%～70%，从而降低泵送功率需求、减少设备磨损、提高施工安全性。然而，在ISO7055:2023发布之前，滑水减阻性能的测定方法在全球范围内缺乏统一的国际标准。不同国家、不同实验室、不同企业各自采用不同的测试装置、测试条件和评价指标，导致以下问题长期存在：第一，同类减阻剂产品在不同实验室测得的减阻率差异显著，数据可比性差；第二，缺乏公认的标准测试基准，使得减阻剂产品的技术评价和选型缺乏科学依据；第三，国际贸易中因检测方法不一致引发的技术争议和贸易摩擦时有发生；第四，各企业自行制定的企业标准参差不齐，不利于行业整体技术水平的提升。上述问题严重制约了滑水压裂技术的规范化发展和减阻剂产品的国际化流通。1.2标准立项必要性从产业发展需求来看，制定统一的滑水减阻测定国际标准具有多重必要性。首先，在技术层面，滑水减阻性能的准确测定是减阻剂配方优化、产品质量控制和现场应用效果预测的基础，标准化的测试方法能够确保测试结果的科学性、准确性和可重复性。其次，在贸易层面，统一的检测标准是消除技术性贸易壁垒、促进减阻剂产品国际贸易顺畅进行的前提条件。再次，在产业规范层面，国际标准的制定有助于引导行业从"经验驱动"向"标准驱动"转型，推动技术创新成果的规范化应用。最后，在安全环保层面，规范的减阻性能评价可以减少压裂施工中的无效作业和能源浪费，间接促进压裂作业的安全环保水平提升。从国际标准化工作布局来看，ISO/TC193（天然气技术委员会）及其下属分技术委员会长期致力于天然气上游领域相关标准体系的构建与完善，但在滑水减阻测定这一细分领域一直存在标准空白。ISO7055:2023的发布，正是国际标准化组织响应行业发展需求、完善天然气上游技术标准体系的重要举措。1.3标准基本信息ISO7055:2023《天然气上游区域实验室中滑水减阻的测定》由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）发布，标准状态为现行（Active），发布日期为2023年8月24日。标准采用英文版本，分类号为天然气领域。该标准属于ISO/TC193（天然气技术委员会）框架下的技术标准，主要面向天然气上游领域从事水力压裂技术研究、减阻剂产品研发与检测的科研机构、检测实验室及生产企业。二、标准编制历程2.1国际标准立项阶段ISO7055:2023的编制工作经历了严谨而完整的国际标准制定流程。2019年前后，随着全球页岩气开发的持续升温，多个成员国专家在ISO/TC193的技术会议上提出滑水减阻测定方法标准化的工作提案（NewWorkItemProposal,NWIP），指出该领域国际标准的缺失已成为制约技术交流和产业发展的瓶颈。在立项论证阶段，ISO/TC193组织专家对提案的必要性、可行性和预期效益进行了系统评估。评估认为：第一，滑水减阻测定涉及流体力学、高分子化学、石油工程等多学科交叉，技术上有明确的测定对象和可量化的指标参数，具备标准化的技术基础；第二，美国、中国、加拿大、澳大利亚等主要页岩气开发国家在减阻剂测试方面已有一定的方法积累和实践经验，为标准编制提供了充足的技术素材；第三，各成员国一致认同统一测试方法对于推动行业规范化发展的重要意义。经过全体成员国投票表决，该项目正式获批立项，由ISO/TC193负责归口管理。2.2起草与研讨阶段项目立项后，ISO/TC193组建了由中国、美国、加拿大、英国、法国、澳大利亚等国家专家组成的工作组（WorkingGroup），共同承担标准草案的编制工作。起草过程中，工作组系统收集和梳理了各主要产气国在减阻性能测试方面的已有方法和实践，包括中国石油天然气行业标准SY/T6376《压裂液通用技术条件》中关于减阻性能测定的相关内容、美国石油学会（API）相关推荐规程以及各主要减阻剂生产企业的内部测试方法。在长达三年的编制过程中，工作组围绕若干关键技术问题展开了深入研讨，主要包括：测试管路几何尺寸的标准化选择——管路直径、长度对测试结果的影响规律及其归一化处理方法；减阻剂样本的配制方法和浓度系列设计；测试温度、流速等环境条件的控制范围；减阻率计算方法中基准压降的选取方式；试验结果有效性的判定准则和重复性/再现性指标等。工作组先后组织开展了多轮实验室间比对试验（round-robintest），以验证所提出测试方法的准确性和可重复性。针对比对试验中暴露出的数据分散性问题，工作组对各关键环节的技术参数进行了多轮优化和调整。2.3标准审查与发布阶段经过多轮草案修改和技术审查，标准草案进入国际标准草案（DraftInternationalStandard,DIS）阶段，面向全体成员国征求意见。各成员国在投票阶段共反馈了大量意见和建议，涵盖了技术参数设定、术语定义的准确性、试验报告的规范性等方面。工作组对全部意见进行了逐条处理和回复，对标准文本进行了系统性修订和完善。最终版本经ISO/TC193全体成员国投票通过，并于2023年8月24日正式发布实施。三、标准主要内容ISO7055:2023标准系统规定了天然气上游区域实验室中滑水减阻测定的完整技术流程，其主要内容涵盖以下几个技术层面。3.1术语和定义标准首先对涉及的核心术语进行了规范和界定，包括减阻剂（dragreducingagent）、滑水（slickwater）、减阻率（dragreductionrate，DR）、基准压降（baselinepressuredrop）、测试管路（testsection）等关键概念。明确的术语定义确保了标准使用各方对技术概念的统一理解和准确沟通，为后续技术内容的展开奠定了概念基础。减阻率是衡量减阻剂性能的核心量化指标，其定义为在相同流量条件下，加入减阻剂前后流体流经测试管路时的压降变化率。3.2试验原理标准确立的试验原理基于湍流边界层理论。在湍流状态下，流体在管路中的流动阻力主要来源于湍流涡旋引起的动量交换和能量耗散。高分子减阻剂的加入能够抑制湍流涡旋的生成与发展，减小近壁区的湍流强度，从而有效降低流动摩阻。通过在实验室条件下模拟现场管路中的流动状态，分别测定空白流体和含有减阻剂的滑水在相同流量下流经测试管路的压降，即可计算得出减阻率。3.3仪器与设备要求标准对测试装置的各组成部分提出了明确的技术要求。测试管路系统需采用内径均匀、内壁光滑的不锈钢管材，管路直径、测试段长度、上下游直管段长度均需满足标准规定的尺寸要求，以确保流体的充分发展和稳定的湍流状态。供液系统需具备提供稳定、连续、可调流量输出的能力。压差测量系统需配备高精度的差压变送器，其量程和精度需与测试管路的设计参数相匹配。流量测量可采用电磁流量计或质量流量计，精度应满足标准规定的要求。温度控制系统需确保测试过程中流体温度维持在规定的范围以内。3.4测试程序标准详细规定了从试验准备到数据采集的完整操作流程。在试验准备阶段，需完成减阻剂样本的配制、测试管路的清洗校准、仪器仪表的检查标定等工作。测试过程中，首先在不添加减阻剂的条件下测定基准流体（清水）在不同流量下的压降数据，建立基准压降曲线；然后在相同条件下测定含有规定浓度减阻剂的滑水的压降数据；每个测试工况下需重复进行多次独立测试，以确保数据的统计可靠性。标准对测试过程中的温度波动范围、流量稳定时间、数据采集频率等操作细节均作出了具体规定。3.5数据处理与结果计算标准规定了减阻率的标准化计算方法，给出了数据处理的具体步骤和计算公式。标准对测试数据的有效性判定准则进行了明确，规定了有效测试数据的筛选标准、重复性（repeatability）和再现性（reproducibility）指标要求。对于不满足数据质量要求的测试结果，标准明确了相应的处理方式。3.6试验报告标准对试验报告所应包含的信息提出了规范要求，包括测试样品信息（名称、批次、浓度）、测试条件（温度、流量范围）、仪器设备信息（管路规格、仪器型号）、原始测试数据、计算结果以及测试结论等。标准化的报告格式确保了测试结果的可追溯性和可比较性。四、标准编制参与单位介绍ISO7055:2023标准的编制凝聚了国际标准化组织天然气技术委员会框架下多个成员国专家的智慧与经验。在标准编制过程中，来自中国石油集团工程技术研究院等单位的技术专家深度参与了标准草案的技术研讨与试验验证工作。中国石油集团工程技术研究院是中国石油天然气集团有限公司（CNPC）直属的综合性工程技术研发机构，也是我国石油天然气钻井、完井、储层改造领域重要的技术研发与标准制定单位。该院长期从事压裂液技术与相关标准化研究工作，在减阻剂性能评价、压裂液配方优化等领域积累了丰富的技术经验和大量的基础试验数据。作为ISO/TC193国内技术对口单位的重要支撑力量，该院专家全程参与了ISO7055:2023标准的工作组会议和草案讨论工作，在中国国内开展了一系列验证试验，为标准中有关管路参数选择、测试条件控制和数据处理方法等关键内容的确定提供了科学依据。同时，该院还积极推动我国天然气上游领域标准化工作与国际接轨，在压裂液技术领域的标准体系构建、实验室能力建设以及国际标准跟踪研究等方面开展了大量卓有成效的工作，为我国在该技术领域的国际标准化话语权提升作出了积极贡献。五、标准实施意义与展望5.1促进国际贸易与技术交流ISO7055:2023作为滑水减阻测定领域的首项国际标准，其发布实施产生了广泛而深远的积极影响。该标准的实施为全球减阻剂产品提供了一把统一的"标尺"，有效解决了各国在测试方法和评价指标上的差异问题，显著提高了测试数据的可比性和互认性。对于减阻剂生产和贸易企业而言，按照统一标准进行产品检测和质量认证，有助于打破技术性贸易壁垒，降低贸易成本。对于压裂施工和油气生产企业而言，采用该标准有助于更加客观、科学地评价和遴选减阻剂产品，保障压裂施工质量。5.2推动行业技术进步在行业层面，ISO7055:2023的实施对推动水力压裂技术进步和行业规范化发展具有重要的引导作用。标准化的测试方法为减阻剂新产品研发和配方优化提供了高效的技术平台，有助于加速高性能、环保型减阻剂的创新和市场化进程。同时，该标准也为相关国家和地区的标准制定提供了重要的参考依据。对于我国而言，应积极推动该国际标准在我国的转化应用，结合国内技术条件和产业实际，适时转化为国家标准或行业标准，进一步完善我国压裂液技术标准体系。5.3国际合作与标准深化方向展望未来，随着全球非常规油气开发的持续深入和"双碳"目标的推进，滑水压裂技术将不断向高效率、低能耗、环境友好方向发展。ISO7055:2023标准也将在实施过程中不断得到验证和完善。一方面，随着测试技术的发展和现场应用经验的积累，标准中的相关技术参数和方法细节可能需要后续修订和优化。另一方面，围绕减阻性能测定这一基础方法，未来还可能衍生出一系列相关标准，如不同温度条件下的减阻性能评价方法、减阻剂与其他压裂添加剂的配伍性评价方法等，逐步构建起更加完善的天然气上游压裂液技术国际标准体系。六、结论ISO7055:2023《天然气上游区域实验室中滑水减阻的测定》是国际标准化组织在天然气上游压裂技术领域发布的一项重要基础性技术标准。该标准在广泛吸收各国实践经验和技术成果的基础上，系统规定了滑水减阻性能实验室测定的术语定义、试验原理、仪器设备、测试程序、数据处理和报告要求，构建了一套科学完整、操作明确、结果可比的标准化测试方法体系。参考文献[1]ISO7055:2023,Naturalgas—Upstreamarea—Determinationofdragreductioninlaboratoryforslickwater[S].Geneva:International