煤層氣壓裂施工設計

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

2、2.3 技術標準 23 施工工序 24 WP01-1D井3煤壓裂設計 34.1 壓裂施工方案 34.2 壓裂前施工準備 44.3 現(xiàn)場施工泵注程序 44.4 壓裂裂縫模擬 55 技術保障措施 65.1 液體配制要求 65.2 壓裂施工要求 65.3 排液要求 76 壓裂施工組織機構 77 壓裂施工應急程序 87.1 壓裂液傷人應急預案 87.2 高壓管線破裂傷人應急預案 87.3 施工過程中出現(xiàn)砂堵情況應急措施 88 QHSE要求 98.1 質量保證要求 98.2 健康要求 108.3 安全要求 108.4 環(huán)保要求 119 壓裂施工井身結構及管柱示意圖 12附圖：壓裂施工設備擺放示意圖 13

3、II王坡煤礦地面瓦斯綜合抽采系統(tǒng)建設壓裂工程WP01-1D井壓裂施工設計該壓裂施工項目屬于王坡煤礦地面瓦斯綜合抽采系統(tǒng)建設壓裂工程， 目的是在煤層 建立高導流能力的石英砂支撐裂縫， 提高煤層泄流面積，本設計依據(jù)王坡煤礦地面瓦 斯綜合抽采系統(tǒng)建設壓裂工程招標文件、合同及相關技術資料和標準進行設計。1 WP01-1D井基礎數(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構造位置塔里南背斜南翼H: 1101.181井 別地面瓦斯抽采試驗井設計井深/m729補心高/m1.10完鉆原貝

4、Lt鉆穿3號煤層以下60m完鉆鉆頭程序一開鉆頭直徑/mm一開鉆達井深/m二開鉆頭直徑/mm完鉆井深/m311.1521215.9729鉆 遇 地 層地層符號QP2shP2sPixPisC3t實際底深(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結構/總 厚 度 /m7.10采收 率3測井672.82-679.925.69 (0.34) 1.077.10/套 管 程 序名 稱尺寸/mm鋼級壁厚/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)質量726.50656.43-658.92154.003煤層頂合格3煤層底合格井 身 質 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測井55030.2421.69201.584005.45備 注全井平均井徑擴大率為：10.79%煤層井徑擴大率：10.35

6、%1.2 煤層射孔設計數(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說明：射孔質量驗收標準為檢查發(fā)射率達到95%為合格，否則重新補孔2施工目的及設計依據(jù)2.1 施工目的通過對煤層的壓裂改造，在煤層中建立高導流能力的石英砂支撐裂縫， 提高煤層泄 流面積。2.2 設計依據(jù)(1)王坡煤礦地面瓦斯綜合抽采系統(tǒng)建設壓裂工程合同及招標文件。(2)WP01-1D井鉆井基礎數(shù)據(jù)。(3)相關的壓裂施工標準。2.3 技術標準(1)射孔施工及質量監(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)壓裂設計規(guī)范及施工質量評價方法(QSY 91-2004)(4)壓裂施工作業(yè)技術規(guī)范(Q/CNPC.HB0856-2004)(5)煤層氣井壓裂技術規(guī)范(試行-2000)(6)壓裂工程質量技術監(jiān)督及驗收規(guī)范(QSY 31-2002)3施工工序(1)通井、替漿、實探人工井底，洗井并試壓合格。(2)通洗井24小時后，全井段測基礎井溫曲線。(3)按射孔審批單對3煤層進行射孔。(4)按設計要求上壓裂液大罐，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)按設計泵注程序對3煤層進行加砂壓裂施工。(8)壓后2、4小時各測1條井溫曲線，測量井段目標煤層以上 100m至遇阻位置。(9)停泵后通過指針式壓力表觀測井口壓力，待井口壓力下降到1MPa時，用3mm汕嘴或針形閥控制放噴，排出液體進排污池或排水溝。4 WP01-1D井3煤壓裂設計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支撐劑質量要求：所使用的壓裂砂粒度均勻、干凈、無雜質。濁度、粒徑符合率、破碎率等指標符合SY/T 5108-2006壓裂支撐劑性能指標及測試推薦方法。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)壓前壓后測井溫：壓后2、4小時各測一次井溫(11)壓后測壓力降落曲線：壓后測1小時壓力降落曲線(12)施工壓力預測見下表

10、：表3施工壓力預測表裂縫延伸壓力/MPa施工壓力/MPa破裂壓力/MPa摩阻壓力/MPa10.714.015.62.04.2 壓裂前施工準備4.2.1 施工設備WP01-1D井3煤壓裂施工需要設備見表表4 WP01-1D井3煤壓裂設備表設備數(shù)量型號備注主壓泵車/臺72500 型/2000 型3臺2000型、4臺2500型儀表車/臺12500 型混砂車/臺12500 型管匯車/臺12500 型管線車/臺15t砂罐車/臺715m7 臺壓裂液大罐/個18容積50m34.2.2 壓裂液準備WP01-1D井3煤壓裂施工壓裂液準備量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、化工材料準備表名稱清水/m3KCL /Kg殺菌劑/Kg數(shù)量85085004254.2.3 支撐劑準備準備中砂(20-40目)70m3 ,粗砂(16-20目)25m3。4.2.4 井筒準備(1)井場平整，便于大型壓裂設備擺放；(2)下通井規(guī)通井，實探人工井底，用1%KCl徹底洗井；(3)通洗井24小時后，全井段測基礎井溫曲線；(4)按射孔通知單要求對3煤層進行射孔；(5)安裝KQ350型壓裂井口，上平上緊，在井口四個方向加繃純地錨固定；在井 口閘門一側接一條硬放噴管線，出口至放噴池固定捆牢。4.3 現(xiàn)場施工泵注程序表6 WP01-1D井3煤壓裂施工泵注程序表程序步 驟凈液量3/m累計凈液量3/m

12、混砂液量3 /m累計 混砂 液量3/m砂比 /%砂重3 /m砂量3/m排量3/m /min階段 時間 /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-測壓降1測壓降60min合計-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)場施工情況由現(xiàn)場施工人員和甲方協(xié)調及時修正施工參數(shù)。4、現(xiàn)場施工結束后向甲方提供壓裂施工數(shù)據(jù)、施工曲線及相關資料。4.4 壓裂裂縫模擬運用FracproPT三維壓裂設計軟件，根據(jù)設計的施工泵注程序對 WP01-1D井3煤層壓 裂裂縫進行模擬計算，模擬計算結果如下：表7 WP01-1D井3煤壓裂施工裂縫參數(shù)模擬結果表裂縫長度/m116.5支撐縫長/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)配液大灌和運水車輛要清潔、干凈。(3)嚴格按配方及配制要求進行操作， 準確計量，配制液量預留出施工過程中的損失。5.2 壓裂施工要求(1)采用套管注入方式。(2)連接好施工設備，對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)壓裂施工按設計參數(shù)執(zhí)行，并準確記錄泵壓、排量、施工砂密度等。施工時若發(fā) 生特殊情況，需要更改設計時，應及時通知甲方有關人員；（4）頂替液泵注完畢，記錄停泵壓力，測壓降 60min；（5）施工結束后由施工隊提交全部原始記錄、圖表及數(shù)據(jù)。5.3 排液要求停泵后

16、通過指針式壓力表觀測井口壓力，待井口壓力擴散到 1MPa時，用3mm油 嘴或針形閥控制放噴，排出液體進排污池或排水溝。放噴過程中控制放噴速度，要求放 噴速度不大于10m3/d。6壓裂施工組織機構為了安全高效完成該項目的壓裂施工任務， 成立了以項目經(jīng)理為安全質量的領導小 組組長、副經(jīng)理為安全質量的領導小組副組長， 工程施工作業(yè)期間負責安全及質量方面 的日常事情。開工前由項目經(jīng)理組織全體項目人員召開安全質量會議，組織全體人員認真學習壓裂施工設計方案，嚴格遵守操作規(guī)程和各項制度，密切配合減少人為的事故， 安全高效的完成壓裂施工任務。壓裂現(xiàn)場施工組織機構圖見下圖：表8壓裂現(xiàn)場施工組織人員安排表職務姓名

17、人數(shù)（人）經(jīng)理謝林德1副經(jīng)理時云忠胡正強牛茂真3技術負責人張建濤張家根周佳3安全人員劉克軍1項口經(jīng)理技歸於醫(yī)人T 1I一項目品經(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)場施工組織機構圖7壓裂施工應急程序7.1 壓裂液傷人應急預案(1)發(fā)生壓裂液傷人后要立即通知現(xiàn)場項目經(jīng)理。(2)項目經(jīng)理根據(jù)現(xiàn)場情況決定是否應當立即停止施工并組織人員到緊急集合地點清 點人數(shù)。(3)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)傷者，由現(xiàn)場項目經(jīng)理組織應急救援隊在現(xiàn)場做必要救護。(4)副經(jīng)理負責向單位領導匯報現(xiàn)場情況及請求救援事項。7.2 高壓管線破裂傷人應急預案(1)發(fā)生高壓管線裂破后要立即停泵。(2)由項

18、目經(jīng)理組織所有參加施工人員到緊急集合地點，清點人數(shù)。(3)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)傷者，由項目經(jīng)理組織現(xiàn)場救護車醫(yī)務人員做必要救護。(4)發(fā)生事故后監(jiān)督員立即向上級領導匯報，匯報內容包括：高壓管線裂破時間、部 位、人員傷亡情況、正在采取或準備采取的搶險措施、請求救援事項等。(5)項目經(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 施工過程中出現(xiàn)砂堵情況應急措施(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，確認出現(xiàn)砂堵，應立即停止加砂。(3)停泵后開井放噴，放出一個頂替量，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壓裂過程可能遇到

19、的問題及處理預案序 號可能情況原因及處理預案負責人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，正常轉排液。施工指揮、作業(yè)隊2油管失效停止施工，放噴排液。施工指揮3主壓車故障調整設備滿足設計排量， 如多臺主壓車出現(xiàn)故障， 無法滿足設計排量，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液罐故障及時整改，或停用。施工指揮7砂罐故障及時整改，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，正常轉排液。施工指揮9泵壓局，排量不能 滿足設計要求。及時請示匯報，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?？p高失控?，F(xiàn)場判斷，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，立即反洗井。施工指揮15安全情況執(zhí)行安全預案各單位負責人8 QHSE要求8.1 質量保證要求(1)壓裂入井液體要清潔、干凈，所有盛液及備液設備必需清洗干凈，最大程度地降 低煤層傷害。(2)確保井場、道路暢通。現(xiàn)場壓裂液大罐擺放合理，給壓裂機組留出足夠場地。(3)各工序嚴格按照其操作規(guī)程、技術標準和設計要求進行施工， 取全取準各項資料(4)入井材料、管柱、工具等清潔干凈，符合有關質量標準。(5)施工前應檢查保養(yǎng)好設備，保證施工設備性能良好，確保施工順利進行。(6)關鍵工序及崗位專人負責，確保施工質量。(7)壓裂施工嚴格按照設計要求進行，如遇特殊情況需要調整設計時，必

22、需經(jīng)甲乙方 商定，甲方同意后方能調整。(8)儲液罐清潔無殘存液體及雜物，壓裂用水需做采樣分析。每罐加料結束后，采用 大排量循環(huán)，直至罐內上下層液體性能一致為止。(9)取全取準施工壓力、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進入高壓區(qū)，嚴禁違章作業(yè)。8.3 安全要求(1)施工過程嚴格按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)場開一個全體人員參加的安全會，全面了解施工井的作業(yè) 情況、基本數(shù)據(jù)，對施工可能出現(xiàn)的問題要有防范措施，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)場必須有 危險”、閑人禁止入內”等警示標志。(5)嚴格遵守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)井控實施 細則。(6)安全員負責阻止非工作人員進入井場，工作人員進入高壓區(qū)要確保在安全的地方 進行施工。(7)壓裂施工時作業(yè)隊要有負責人員在場。(8)壓裂隊在施工前全面檢查設備儀表，高壓、超壓保護裝置必須