煤層氣壓裂施工設(shè)計(jì)

1、王坡煤礦地面瓦斯綜合抽采系統(tǒng)建設(shè)壓裂工程WP01-1D 井壓裂施工設(shè)計(jì)建設(shè)單位：山西天地王坡煤業(yè)有限公司 承擔(dān)單位：中煤科工集團(tuán)西安研究院 設(shè)計(jì)單位：中原油田井下特種作業(yè)處2012年 10月項(xiàng)目名稱：王坡煤礦地面瓦斯綜合抽采系統(tǒng)建設(shè)壓裂工程設(shè)計(jì)人（簽字）：審核人（簽字）：總工程師（簽字）：設(shè)計(jì)單位（蓋章）：設(shè)計(jì)提交日期:項(xiàng)目承擔(dān)單位審核意見:審核人（簽字）：設(shè)計(jì)審核日期:年 月日項(xiàng)目建設(shè)單位審批意見:審批人（簽字）：設(shè)計(jì)批準(zhǔn)日期:年 月日前言 11 WP01-1D井基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 11.1 鉆井基本數(shù)據(jù) 11.2 煤層射孔設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 22 施工目的及設(shè)計(jì)依據(jù) 22.1 施工目的 22.2 設(shè)計(jì)依據(jù) 2

2、2.3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 23 施工工序 24 WP01-1D井3煤壓裂設(shè)計(jì) 34.1 壓裂施工方案 34.2 壓裂前施工準(zhǔn)備 44.3 現(xiàn)場(chǎng)施工泵注程序 44.4 壓裂裂縫模擬 55 技術(shù)保障措施 65.1 液體配制要求 65.2 壓裂施工要求 65.3 排液要求 76 壓裂施工組織機(jī)構(gòu) 77 壓裂施工應(yīng)急程序 87.1 壓裂液傷人應(yīng)急預(yù)案 87.2 高壓管線破裂傷人應(yīng)急預(yù)案 87.3 施工過(guò)程中出現(xiàn)砂堵情況應(yīng)急措施 88 QHSE要求 98.1 質(zhì)量保證要求 98.2 健康要求 108.3 安全要求 108.4 環(huán)保要求 119 壓裂施工井身結(jié)構(gòu)及管柱示意圖 12附圖：壓裂施工設(shè)備擺放示意圖 13

3、II王坡煤礦地面瓦斯綜合抽采系統(tǒng)建設(shè)壓裂工程WP01-1D井壓裂施工設(shè)計(jì)該壓裂施工項(xiàng)目屬于王坡煤礦地面瓦斯綜合抽采系統(tǒng)建設(shè)壓裂工程， 目的是在煤層 建立高導(dǎo)流能力的石英砂支撐裂縫， 提高煤層泄流面積，本設(shè)計(jì)依據(jù)王坡煤礦地面瓦 斯綜合抽采系統(tǒng)建設(shè)壓裂工程招標(biāo)文件、合同及相關(guān)技術(shù)資料和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。1 WP01-1D井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1.1 鉆井基本數(shù)據(jù)表1 WP01-1D井鉆井基本數(shù)據(jù)表坐標(biāo)X: 19651026.684地理位置山西省澤州縣下村鎮(zhèn)塔里村東南向1km處Y: 3951518.742構(gòu)造位置塔里南背斜南翼H: 1101.181井 別地面瓦斯抽采試驗(yàn)井設(shè)計(jì)井深/m729補(bǔ)心高/m1.10完鉆原貝

4、Lt鉆穿3號(hào)煤層以下60m完鉆鉆頭程序一開鉆頭直徑/mm一開鉆達(dá)井深/m二開鉆頭直徑/mm完鉆井深/m311.1521215.9729鉆 遇 地 層地層符號(hào)QP2shP2sPixPisC3t實(shí)際底深(m)6.1040.30572.45641.20683.95729視厚(m)5.0034.20532.1568.7542.7545.05(未 鉆穿)目 的 煤 層鉆探見煤深度/m673.30-680.40結(jié)構(gòu)/總 厚 度 /m7.10采收 率3測(cè)井672.82-679.925.69 (0.34) 1.077.10/套 管 程 序名 稱尺寸/mm鋼級(jí)壁厚/mm聯(lián)入/m下深/m阻位/m定位短節(jié)/m試壓

5、情況 /MPa表層244.5J558.941.121/生產(chǎn)139.7J557.720.85729.6726.74656.43-658.92合格固 井 參 數(shù)水泥用量/t25水泥漿平均密度/g/cm31.601.85替量/ 3/m9.1碰壓/MPa15人工井底/m磁定位 /m水泥返深/m固井水泥環(huán)質(zhì)量726.50656.43-658.92154.003煤層頂合格3煤層底合格井 身 質(zhì) 量最大井斜井總移/m最大全角變化率井深/m井斜/ o方位/ o井深/m全角變化率/o/30m測(cè)井55030.2421.69201.584005.45備 注全井平均井徑擴(kuò)大率為：10.79%煤層井徑擴(kuò)大率：10.35

6、%1.2 煤層射孔設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表2 WP01-1D井3煤層射孔數(shù)據(jù)表某層射孔井段/m射孔厚度/m槍型/彈型孔密/孔/m相位角/ °布孔方式孔數(shù)3672.82-679.927.1102 槍/127 彈1690螺旋114說(shuō)明：射孔質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為檢查發(fā)射率達(dá)到95%為合格，否則重新補(bǔ)孔2施工目的及設(shè)計(jì)依據(jù)2.1 施工目的通過(guò)對(duì)煤層的壓裂改造，在煤層中建立高導(dǎo)流能力的石英砂支撐裂縫， 提高煤層泄 流面積。2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)(1)王坡煤礦地面瓦斯綜合抽采系統(tǒng)建設(shè)壓裂工程合同及招標(biāo)文件。(2)WP01-1D井鉆井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。(3)相關(guān)的壓裂施工標(biāo)準(zhǔn)。2.3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(1)射孔施工及質(zhì)量監(jiān)控規(guī)范(SYT

7、5325-2005)(2)油水井常規(guī)修井作業(yè)通井、刮削套管作業(yè)規(guī)程(SY/T5587.16-1993)(3)壓裂設(shè)計(jì)規(guī)范及施工質(zhì)量評(píng)價(jià)方法(QSY 91-2004)(4)壓裂施工作業(yè)技術(shù)規(guī)范(Q/CNPC.HB0856-2004)(5)煤層氣井壓裂技術(shù)規(guī)范(試行-2000)(6)壓裂工程質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督及驗(yàn)收規(guī)范(QSY 31-2002)3施工工序(1)通井、替漿、實(shí)探人工井底，洗井并試壓合格。(2)通洗井24小時(shí)后，全井段測(cè)基礎(chǔ)井溫曲線。(3)按射孔審批單對(duì)3煤層進(jìn)行射孔。(4)按設(shè)計(jì)要求上壓裂液大罐，備水，配液。(5)安裝KQ350型壓裂井口，四角用鋼絲繩繃緊并用地錨固定。(6)擺車，連接高、

8、低壓管線(高壓管線接雙管線)，地面高壓管匯及井口試壓 35MPa,穩(wěn)壓5min,壓降小于0.5MPa,不滲漏為合格。(7)按設(shè)計(jì)泵注程序?qū)?煤層進(jìn)行加砂壓裂施工。(8)壓后2、4小時(shí)各測(cè)1條井溫曲線，測(cè)量井段目標(biāo)煤層以上 100m至遇阻位置。(9)停泵后通過(guò)指針式壓力表觀測(cè)井口壓力，待井口壓力下降到1MPa時(shí)，用3mm汕嘴或針形閥控制放噴，排出液體進(jìn)排污池或排水溝。4 WP01-1D井3煤壓裂設(shè)計(jì)4.1壓裂施工方案(1)壓裂層位：3煤層(2)壓裂井段：深度：672.82-679.92 厚度：7.10m： 5.69 (0.34) 1.07 m(3)壓裂方式：光套管壓裂(4)施工排量：8.0 m3

9、/min(5)加砂強(qiáng)度：12m3/m(6)壓裂液類型：活性水，配方：清水 +1%KCL+0.05%殺菌劑(7)支撐劑類型及數(shù)量：蘭州石英砂，中砂(20-40目)64.2 m3、粗砂(16-20目) 一一一 3 20.9 m3支撐劑質(zhì)量要求：所使用的壓裂砂粒度均勻、干凈、無(wú)雜質(zhì)。濁度、粒徑符合率、破碎率等指標(biāo)符合SY/T 5108-2006壓裂支撐劑性能指標(biāo)及測(cè)試推薦方法。壓裂砂圓度0.8壓裂砂球度0.8(8)井口要求：KQ350型壓裂井口(9)施工最高限壓：35MPa(10)壓前壓后測(cè)井溫：壓后2、4小時(shí)各測(cè)一次井溫(11)壓后測(cè)壓力降落曲線：壓后測(cè)1小時(shí)壓力降落曲線(12)施工壓力預(yù)測(cè)見下表

10、：表3施工壓力預(yù)測(cè)表裂縫延伸壓力/MPa施工壓力/MPa破裂壓力/MPa摩阻壓力/MPa10.714.015.62.04.2 壓裂前施工準(zhǔn)備4.2.1 施工設(shè)備WP01-1D井3煤壓裂施工需要設(shè)備見表表4 WP01-1D井3煤壓裂設(shè)備表設(shè)備數(shù)量型號(hào)備注主壓泵車/臺(tái)72500 型/2000 型3臺(tái)2000型、4臺(tái)2500型儀表車/臺(tái)12500 型混砂車/臺(tái)12500 型管匯車/臺(tái)12500 型管線車/臺(tái)15t砂罐車/臺(tái)715m7 臺(tái)壓裂液大罐/個(gè)18容積50m34.2.2 壓裂液準(zhǔn)備WP01-1D井3煤壓裂施工壓裂液準(zhǔn)備量850m3,所需材料數(shù)量見下表。表5 WP01-1D井3煤壓裂施工壓裂液及

11、化工材料準(zhǔn)備表名稱清水/m3KCL /Kg殺菌劑/Kg數(shù)量85085004254.2.3 支撐劑準(zhǔn)備準(zhǔn)備中砂(20-40目)70m3 ,粗砂(16-20目)25m3。4.2.4 井筒準(zhǔn)備(1)井場(chǎng)平整，便于大型壓裂設(shè)備擺放；(2)下通井規(guī)通井，實(shí)探人工井底，用1%KCl徹底洗井；(3)通洗井24小時(shí)后，全井段測(cè)基礎(chǔ)井溫曲線；(4)按射孔通知單要求對(duì)3煤層進(jìn)行射孔；(5)安裝KQ350型壓裂井口，上平上緊，在井口四個(gè)方向加繃純地錨固定；在井 口閘門一側(cè)接一條硬放噴管線，出口至放噴池固定捆牢。4.3 現(xiàn)場(chǎng)施工泵注程序表6 WP01-1D井3煤壓裂施工泵注程序表程序步 驟凈液量3/m累計(jì)凈液量3/m

12、混砂液量3 /m累計(jì) 混砂 液量3/m砂比 /%砂重3 /m砂量3/m排量3/m /min階段 時(shí)間 /min備注前直液3240 m1808080.080.00810.0中砂八36 m2120200123.6203.656.06.0815.534024040.0243.66.085.0混砂液 3520 m3平均砂比 15.2%14028041.2284.852.08.085.2中砂358.2m24032041.9326.783.211.285.235037053.0379.7105.016.286.646043064.3444.0127.223.488.058051087.2531.21512

13、.035.4810.968059088.2619.41713.649.0811.078067089.1708.51915.264.2811.182069022.3730.8193.868.082.8粗砂320.9m92571528.3759.1225.573.583.5102574028.6787.7246.079.583.6112076023.4811.1285.685.182.9頂替液18.2768.28.2819.381.0-測(cè)壓降1測(cè)壓降60min合計(jì)-768.2819.385.1-102.4-備注：1、中砂加完后開始加粗砂，粗砂不得與中砂混合添加。2、首先灌滿井筒，然后開始加砂壓裂。

14、3、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況由現(xiàn)場(chǎng)施工人員和甲方協(xié)調(diào)及時(shí)修正施工參數(shù)。4、現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)束后向甲方提供壓裂施工數(shù)據(jù)、施工曲線及相關(guān)資料。4.4 壓裂裂縫模擬運(yùn)用FracproPT三維壓裂設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)設(shè)計(jì)的施工泵注程序?qū)?WP01-1D井3煤層壓 裂裂縫進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬計(jì)算結(jié)果如下：表7 WP01-1D井3煤壓裂施工裂縫參數(shù)模擬結(jié)果表裂縫長(zhǎng)度/m116.5支撐縫長(zhǎng)/m116.5裂縫總高度/m23.7支撐裂縫總高度 /m23.7裂縫頂部的深度 /m661裂縫底部的深度 /m684.7平均裂縫寬度/cm2.67圖1 WP01-1D井3煤壓裂裂縫剖面示意圖5技術(shù)保障措施5.1 液體配制要求(1)配液用水要清潔

15、、干凈，所有盛液及備液設(shè)備必需清洗干凈，最大程度地降低煤層傷害。(2)配液大灌和運(yùn)水車輛要清潔、干凈。(3)嚴(yán)格按配方及配制要求進(jìn)行操作， 準(zhǔn)確計(jì)量，配制液量預(yù)留出施工過(guò)程中的損失。5.2 壓裂施工要求(1)采用套管注入方式。(2)連接好施工設(shè)備，對(duì)井口及高壓管匯試壓35MPa,要求高壓試壓5min壓降小于0.5MPa,不滲不漏為合格；(3)壓裂施工按設(shè)計(jì)參數(shù)執(zhí)行，并準(zhǔn)確記錄泵壓、排量、施工砂密度等。施工時(shí)若發(fā) 生特殊情況，需要更改設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知甲方有關(guān)人員；（4）頂替液泵注完畢，記錄停泵壓力，測(cè)壓降 60min；（5）施工結(jié)束后由施工隊(duì)提交全部原始記錄、圖表及數(shù)據(jù)。5.3 排液要求停泵后

16、通過(guò)指針式壓力表觀測(cè)井口壓力，待井口壓力擴(kuò)散到 1MPa時(shí)，用3mm油 嘴或針形閥控制放噴，排出液體進(jìn)排污池或排水溝。放噴過(guò)程中控制放噴速度，要求放 噴速度不大于10m3/d。6壓裂施工組織機(jī)構(gòu)為了安全高效完成該項(xiàng)目的壓裂施工任務(wù)， 成立了以項(xiàng)目經(jīng)理為安全質(zhì)量的領(lǐng)導(dǎo)小 組組長(zhǎng)、副經(jīng)理為安全質(zhì)量的領(lǐng)導(dǎo)小組副組長(zhǎng)， 工程施工作業(yè)期間負(fù)責(zé)安全及質(zhì)量方面 的日常事情。開工前由項(xiàng)目經(jīng)理組織全體項(xiàng)目人員召開安全質(zhì)量會(huì)議，組織全體人員認(rèn)真學(xué)習(xí)壓裂施工設(shè)計(jì)方案，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和各項(xiàng)制度，密切配合減少人為的事故， 安全高效的完成壓裂施工任務(wù)。壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工組織機(jī)構(gòu)圖見下圖：表8壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工組織人員安排表職務(wù)姓名

17、人數(shù)（人）經(jīng)理謝林德1副經(jīng)理時(shí)云忠胡正強(qiáng)牛茂真3技術(shù)負(fù)責(zé)人張建濤張家根周佳3安全人員劉克軍1項(xiàng)口經(jīng)理技?xì)w於醫(yī)人T 1I一項(xiàng)目品經(jīng)人二打壯匕“甘甘安全以趣工生.產(chǎn)仃俯喟與后射抖 江的旬刊代打14專業(yè)施工圖2壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工組織機(jī)構(gòu)圖7壓裂施工應(yīng)急程序7.1 壓裂液傷人應(yīng)急預(yù)案(1)發(fā)生壓裂液傷人后要立即通知現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目經(jīng)理。(2)項(xiàng)目經(jīng)理根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況決定是否應(yīng)當(dāng)立即停止施工并組織人員到緊急集合地點(diǎn)清 點(diǎn)人數(shù)。(3)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)傷者，由現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目經(jīng)理組織應(yīng)急救援隊(duì)在現(xiàn)場(chǎng)做必要救護(hù)。(4)副經(jīng)理負(fù)責(zé)向單位領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)情況及請(qǐng)求救援事項(xiàng)。7.2 高壓管線破裂傷人應(yīng)急預(yù)案(1)發(fā)生高壓管線裂破后要立即停泵。(2)由項(xiàng)

18、目經(jīng)理組織所有參加施工人員到緊急集合地點(diǎn)，清點(diǎn)人數(shù)。(3)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)傷者，由項(xiàng)目經(jīng)理組織現(xiàn)場(chǎng)救護(hù)車醫(yī)務(wù)人員做必要救護(hù)。(4)發(fā)生事故后監(jiān)督員立即向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，匯報(bào)內(nèi)容包括：高壓管線裂破時(shí)間、部 位、人員傷亡情況、正在采取或準(zhǔn)備采取的搶險(xiǎn)措施、請(qǐng)求救援事項(xiàng)等。(5)項(xiàng)目經(jīng)理組織人員處理好高壓管線裂破事故，使損失減到最低程度。7.3 施工過(guò)程中出現(xiàn)砂堵情況應(yīng)急措施(1)壓裂施工中泵壓升高，降低砂比，待泵壓正常后繼續(xù)施工。(2)若泵壓持續(xù)上升，確認(rèn)出現(xiàn)砂堵，應(yīng)立即停止加砂。(3)停泵后開井放噴，放出一個(gè)頂替量，將井筒中濃攜砂液放出后停放。(4)重新泵注前置液、攜砂液，將砂子加完。表9壓裂過(guò)程可能遇到

19、的問(wèn)題及處理預(yù)案序 號(hào)可能情況原因及處理預(yù)案負(fù)責(zé)人1井口刺漏前置液期間漏，停泵整改，整改完成后根據(jù)情 況繼續(xù)施工或重新備液壓裂。攜砂液期間漏，停砂頂替完，討論下步方案。頂替液期間刺漏，頂替完成，正常轉(zhuǎn)排液。施工指揮、作業(yè)隊(duì)2油管失效停止施工，放噴排液。施工指揮3主壓車故障調(diào)整設(shè)備滿足設(shè)計(jì)排量， 如多臺(tái)主壓車出現(xiàn)故障， 無(wú)法滿足設(shè)計(jì)排量，頂替完后停止施工。施工指揮4混砂車故障停止施工，討論下步方案。施工指揮5儀表車故障停止施工施工指揮6液罐故障及時(shí)整改，或停用。施工指揮7砂罐故障及時(shí)整改，或停用。施工指揮8高低壓管匯故障前置液期間漏，停泵整改，根據(jù)情況繼續(xù)施工 或重新備液壓裂。攜砂液期間漏，停砂

20、頂替完，討論下步方案。頂替液期間漏，頂替完成，正常轉(zhuǎn)排液。施工指揮9泵壓局，排量不能 滿足設(shè)計(jì)要求。及時(shí)請(qǐng)示匯報(bào)，經(jīng)同意后可降低10%-15%排量施I O施工指揮10前.置液期間壓力持 續(xù)下降濾失嚴(yán)重。提高排量，低砂比加砂。施工指揮11壓力突然大幅度卜 降管柱失效。執(zhí)行第 2項(xiàng)。縫高失控?，F(xiàn)場(chǎng)判斷，停砂頂替或繼續(xù)施工。裂縫延伸至高濾失帶 (或開啟的斷層)。停砂頂替完。施工指揮12加砂壓力持續(xù)上升裂縫延伸困難、縫寬較窄，微裂縫、多裂縫影響 嚴(yán)重。提高排量 10% 20%,保持或降低10%- 20%砂比施工。施工指揮13套管壓力快速上升砂堵跡象明顯，停砂頂替。施工指揮14脫砂停泵，立即用3mm油嘴

21、放噴排液，至壓力降為 0 時(shí)，立即反洗井。施工指揮15安全情況執(zhí)行安全預(yù)案各單位負(fù)責(zé)人8 QHSE要求8.1 質(zhì)量保證要求(1)壓裂入井液體要清潔、干凈，所有盛液及備液設(shè)備必需清洗干凈，最大程度地降 低煤層傷害。(2)確保井場(chǎng)、道路暢通?，F(xiàn)場(chǎng)壓裂液大罐擺放合理，給壓裂機(jī)組留出足夠場(chǎng)地。(3)各工序嚴(yán)格按照其操作規(guī)程、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工， 取全取準(zhǔn)各項(xiàng)資料(4)入井材料、管柱、工具等清潔干凈，符合有關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。(5)施工前應(yīng)檢查保養(yǎng)好設(shè)備，保證施工設(shè)備性能良好，確保施工順利進(jìn)行。(6)關(guān)鍵工序及崗位專人負(fù)責(zé)，確保施工質(zhì)量。(7)壓裂施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，如遇特殊情況需要調(diào)整設(shè)計(jì)時(shí)，必

22、需經(jīng)甲乙方 商定，甲方同意后方能調(diào)整。(8)儲(chǔ)液罐清潔無(wú)殘存液體及雜物，壓裂用水需做采樣分析。每罐加料結(jié)束后，采用 大排量循環(huán)，直至罐內(nèi)上下層液體性能一致為止。(9)取全取準(zhǔn)施工壓力、排量、液量等參數(shù)。8.2 健康要求上崗人員穿戴好勞保用品，施工中非崗位人員一律不準(zhǔn)進(jìn)入高壓區(qū)，嚴(yán)禁違章作業(yè)。8.3 安全要求(1)施工過(guò)程嚴(yán)格按SY5727-2007井下作業(yè)安全規(guī)程執(zhí)行。(2)壓裂施工前，在壓裂現(xiàn)場(chǎng)開一個(gè)全體人員參加的安全會(huì)，全面了解施工井的作業(yè) 情況、基本數(shù)據(jù)，對(duì)施工可能出現(xiàn)的問(wèn)題要有防范措施，各工作崗位分工明確， 聽從統(tǒng)一指揮。(3)壓裂施工之前確保壓裂井口合格，施工前四角用鋼絲繩固定繃緊，并用地錨固定。(4)壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)必須有 危險(xiǎn)”、閑人禁止入內(nèi)”等警示標(biāo)志。(5)嚴(yán)格遵守SY 6443-2000壓裂酸化作業(yè)安全規(guī)定,Q/CNPC HB0856-2004壓裂 施工作業(yè)技術(shù)規(guī)程，SY/T5587.5常規(guī)修井作業(yè)規(guī)程以及井下作業(yè)井控實(shí)施 細(xì)則。(6)安全員負(fù)責(zé)阻止非工作人員進(jìn)入井場(chǎng)，工作人員進(jìn)入高壓區(qū)要確保在安全的地方 進(jìn)行施工。(7)壓裂施工時(shí)作業(yè)隊(duì)要有負(fù)責(zé)人員在場(chǎng)。(8)壓裂隊(duì)在施工前全面檢查設(shè)備儀表，高壓、超壓保護(hù)裝置必須