煤礦井下高壓水力壓裂安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)審查修改稿

1、ICS73點(diǎn)擊此處添加中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)分類號(hào)DB50重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)DB 50/ XXXXX煤礦井下水力壓裂安全技術(shù)規(guī)范Safety and Technical Specification for Coalmine Underground Hydraulic FracturingXXXX - XX - XX發(fā)布XXXX - XX - XX實(shí)施發(fā)布目次前言III1范圍12規(guī)范性引用文件13術(shù)語(yǔ)和定義14壓裂條件25壓裂方式與壓裂孔布置26壓裂孔封堵37壓裂設(shè)備及附件配置48壓裂液與支撐劑59壓裂施工場(chǎng)地510壓裂操作要求611壓裂保障6附錄A（資料性附錄）壓裂設(shè)計(jì)方案編寫(xiě)提綱1附錄B（資料性附錄）壓裂

2、效果評(píng)估報(bào)告編寫(xiě)大綱3前言煤礦井下高壓水力壓裂是提高煤礦瓦斯抽采率的有效手段，對(duì)防治瓦斯事故，促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)有著重要意義。為保障煤礦安全生產(chǎn)和職工人身安全，規(guī)范煤礦井下高壓水力壓裂，特制定本標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A、附錄B為資料性附錄。本標(biāo)準(zhǔn)由重慶煤礦安全監(jiān)察局提出，由重慶市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：余模華、張鳳舞、周東平、郭臣業(yè)、唐其武、周聲才、王文春、覃樂(lè)、沈大富、魏福生、歐才全、王聯(lián)、張迪、李棟、文世元、唐仁學(xué)、文良兵、何華、孫大發(fā)、黃昌文、何苗、周俊杰、徐濤、陳坤、張翠蘭、何興玲、徐印、龍官波、張正輝。煤礦井下水力壓裂安全技

3、術(shù)規(guī)范1 范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了煤礦井下水力壓裂的實(shí)施條件、工藝技術(shù)、設(shè)備要求及安全保障措施。本標(biāo)準(zhǔn)適用于重慶市行政轄區(qū)煤礦進(jìn)行井下水力壓裂。2 規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB50471-2008 煤礦瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)規(guī)范AQ1029-2007 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測(cè)儀器使用管理規(guī)范MT49-87 煤的堅(jiān)固性系數(shù)測(cè)定方法MT/T661-2011 煤礦井下用電器設(shè)備通用技術(shù)條件SY/T6566-2003 水力壓裂安全技術(shù)要求防治煤與瓦斯突出規(guī)定（國(guó)家安全生產(chǎn)

4、監(jiān)督管理總局令第19號(hào)）煤礦安全規(guī)程（2011）3 術(shù)語(yǔ)和定義3.1 水力壓裂（hydraulic fracturing）在鉆孔內(nèi)以水作為動(dòng)力，使煤巖體裂隙擴(kuò)展、導(dǎo)通，提高煤巖透氣性的一種措施。3.2 壓裂孔（fracture bore）用于水力壓裂的鉆孔。3.3 穿層壓裂（through beds fracturing）壓裂孔與煤層（巖層）正交或斜交的一種水力壓裂方式。3.4 順層壓裂（along beds fracturing）壓裂孔與煤層（巖層）平行的一種水力壓裂方式。3.5 采煤工作面壓裂（coal face fracturing）對(duì)采煤工作面煤層或頂（底）板實(shí)施的一種水力壓裂方式。3

5、.6 掘進(jìn)工作面壓裂（roadway head fracturing）對(duì)掘進(jìn)工作面前方煤巖體實(shí)施的一種水力壓裂方式。3.7 石門(mén)壓裂（crosscut fracturing）石門(mén)揭煤過(guò)程中對(duì)石門(mén)前方煤層或頂（底）板實(shí)施的一種水力壓裂方式。3.8 閉合壓力（closure pressure）作用在裂縫壁面上裂縫閉合的臨界壓力。3.9 壓裂管（fracturing string）封堵在壓裂孔內(nèi)，用于輸送壓裂液的管柱。3.10 注水管（water injection string）連接壓裂管與壓裂泵，用于輸送壓裂液的管柱。4 壓裂條件4.1 煤體結(jié)構(gòu)類型按照破碎程度將煤體劃分為五種類型，不同類型煤體

6、具有不同的壓裂適應(yīng)性，見(jiàn)表1。表1 不同類型煤體結(jié)構(gòu)的壓裂適應(yīng)性煤體結(jié)構(gòu)類型壓裂適應(yīng)性適合壓裂可壓裂不適合壓裂其中 類：煤體未遭受破壞，原生沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造清晰；類：煤體遭受輕微破壞，呈碎塊狀，條帶結(jié)構(gòu)和層理仍可被識(shí)別；類：煤體遭受中等破壞，呈碎塊狀，原生結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和裂隙系統(tǒng)已不被保存；類：煤體遭受強(qiáng)破壞，呈粒狀；類：煤體破碎成粉狀。4.2 煤體硬度按照硬度將煤體劃分為三種類型，不同硬度煤體具有不同的壓裂適應(yīng)性，見(jiàn)表2。表2 煤體硬度與壓裂適應(yīng)性煤體硬度f(wàn)f 0.20.2f0.5f 0.5壓裂適應(yīng)性不適合壓裂可壓裂適合壓裂煤體硬度測(cè)定應(yīng)符合MT49-1987的規(guī)定。4.3 地質(zhì)條件4.3.1 頂

7、（底）板為含水層的煤層不宜壓裂。4.3.2 壓裂半徑范圍內(nèi)存在透水型地質(zhì)構(gòu)造的煤巖層不宜壓裂。5 壓裂方式與壓裂孔布置5.1 壓裂分類5.1.1 按壓裂孔與煤層的交切關(guān)系分為穿層壓裂和順層壓裂。穿層壓裂分為單煤層穿層壓裂和多煤層組合壓裂；順層壓裂分為順煤層壓裂和順煤層頂（底）板壓裂。5.1.2 按壓裂與生產(chǎn)工作面的關(guān)系分為采煤工作面壓裂、掘進(jìn)工作面壓裂、石門(mén)壓裂5.2 壓裂方式選擇5.2.1 嚴(yán)重突出危險(xiǎn)地帶不宜采用順煤層壓裂，嚴(yán)重突出危險(xiǎn)地帶的鑒定按 “防治煤與瓦斯突出規(guī)定”執(zhí)行。5.2.2 石門(mén)揭煤應(yīng)采用穿層壓裂，揭近距離煤層群應(yīng)采用多煤層組合壓裂。5.2.3 突出煤層進(jìn)行區(qū)域性預(yù)處理時(shí)，

8、煤體f值小于0.5或煤體結(jié)構(gòu)為、類的煤層應(yīng)采用順煤層頂（底）板壓裂。5.3 壓裂孔布置5.3.1 壓裂孔開(kāi)孔位置應(yīng)布置在巖石或煤層完整性較好的地段。5.3.2 穿層壓裂時(shí)，壓裂孔開(kāi)孔位置與壓裂煤層的垂距應(yīng)不小于10m，壓裂孔應(yīng)穿過(guò)目標(biāo)煤層。5.3.3 采用水泥砂漿封孔時(shí)，封孔段孔徑不小于90mm，終孔孔徑不小于75mm；采用封隔器封孔時(shí)，孔徑應(yīng)與封隔器尺寸相匹配。6 壓裂孔封堵6.1 封孔方式可采用水泥砂漿、封隔器或其他經(jīng)驗(yàn)證有效的封孔方式。6.2 封孔方式選擇6.2.1 封孔段巖層較軟、較破碎的壓裂孔宜選用水泥砂漿封孔。水平夾角小于10的壓裂孔宜選用封隔器或其它經(jīng)驗(yàn)證有效的封孔方式。6.2.

9、2 封孔段巖層完整性較好宜采用封隔器封孔。6.3 水泥砂漿封孔6.3.1 水泥砂漿抗壓強(qiáng)度不小于50MPa。6.3.2 順煤層壓裂封孔長(zhǎng)度不小于20m；穿層壓裂孔封孔長(zhǎng)度不小于10m，壓裂孔封孔段巖性較差時(shí)應(yīng)加大封孔長(zhǎng)度。6.3.3 封孔壓裂管管徑不小于25mm，距孔口5m段及注水管承壓能力不小于壓裂泵額定壓力。6.4 封隔器封孔6.4.1 采用取巖芯鉆頭或低進(jìn)度高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)方式。6.4.2 本煤層順層壓裂時(shí)，封隔器前端距孔口距離不小于20m；穿層壓裂時(shí)，封隔器前端距孔口距離不小于10m，壓裂孔封孔段巖性較差應(yīng)加大封孔段長(zhǎng)度。6.4.3 必須采取防止反沖措施。采用錨桿或后支撐方式防止反沖，防反沖

10、力必須大于壓裂過(guò)程中產(chǎn)生的最大反沖力。最大反沖力按下式計(jì)算：式中：Fmax最大反沖力，kN；D鉆孔直徑，mm；p壓裂泵額定注水壓力，MPa；F封隔器重力沿鉆孔軸方向的分力，kN；仰孔時(shí)F為正值，俯孔時(shí)F為負(fù)值。7 壓裂設(shè)備及附件配置7.1 壓裂設(shè)備及附件組成壓裂設(shè)備及附件包括壓裂泵、配液箱、壓裂管件及儀器儀表等見(jiàn)圖1；壓裂設(shè)備及附件基本配置見(jiàn)表3。圖1 壓裂系統(tǒng)示意圖表3 壓裂設(shè)備及附件基本配置表序號(hào)名稱數(shù)量備注1壓裂泵1臺(tái)2配液箱1個(gè)清水壓裂時(shí)不要求3壓裂管匯若干按需要配置4流量計(jì)1個(gè)5壓力表1個(gè)6逆止閥1個(gè)7卸載閥1個(gè)8視頻儀2個(gè)9監(jiān)視屏1個(gè)10CH4傳感器2個(gè)11H2S傳感器在含硫化氫區(qū)

11、域安裝12監(jiān)測(cè)分站1臺(tái)13通訊電話1臺(tái)7.2 壓裂泵組7.2.1 壓裂泵組必須具有“防爆合格證”、“生產(chǎn)許可證”、“檢驗(yàn)合格證”和“MA”標(biāo)志，額定壓力不小于50MPa，額定流量不小于60m3/h。7.2.2 壓裂泵組應(yīng)達(dá)到以下要求：a）具有顯示與記錄壓力、流量、泵溫等參數(shù)及智能保護(hù)的功能；b）具有自動(dòng)和手動(dòng)操作及遠(yuǎn)程控制功能。7.3 配液箱配液箱滿足配置壓裂液、支撐劑的要求，容量不小于3m3。7.4 壓裂管件及儀器儀表7.4.1 壓裂管件承壓不小于壓裂泵額定壓力。7.4.2 壓裂管徑不低于25mm。7.4.3 采用硬質(zhì)壓裂管時(shí)應(yīng)配置與之相匹配的連接管件。7.4.4 位于高壓端的儀器儀表承壓能

12、力應(yīng)高于壓裂泵額定壓力。7.4.5 壓裂管件及儀器儀表應(yīng)符合SY/T6566-2003的要求。8 壓裂液與支撐劑8.1 壓裂液壓裂液與煤體、巖層有較好的配伍性，濾失少、低摩阻、低殘?jiān)?、易返排?.2 支撐劑支撐劑的選擇應(yīng)綜合考慮煤巖體的巖石力學(xué)性質(zhì)、裂縫的閉合壓力、支撐裂縫的形態(tài)。9 壓裂施工場(chǎng)地9.1 壓裂作業(yè)場(chǎng)地9.1.1 壓裂設(shè)備的安裝場(chǎng)地平整、堅(jiān)實(shí)，能保證設(shè)備的安放和運(yùn)行。9.1.2 壓裂泵組與壓裂影響區(qū)之間應(yīng)設(shè)立安全風(fēng)門(mén)，或距離壓裂孔不小于100m。9.1.3 設(shè)置排水溝，滿足返排液排水要求。9.2 通風(fēng)要求壓裂設(shè)備安裝地點(diǎn)設(shè)在通風(fēng)良好的巷道內(nèi)，位于壓裂孔上風(fēng)側(cè)。壓裂設(shè)備安裝巷道按采

13、區(qū)進(jìn)風(fēng)巷要求配風(fēng)，風(fēng)速符合煤礦安全規(guī)程（2011）第101條規(guī)定。9.3 供水要求供水系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，滿足壓裂要求，供水量不低于60 m3/h。9.4 供電要求供電系統(tǒng)采用專用的電纜和開(kāi)關(guān)，穩(wěn)定可靠，供電能力滿足泵組要求。按MT/T661-2011執(zhí)行。9.5 監(jiān)測(cè)監(jiān)控要求9.5.1 壓裂監(jiān)測(cè)監(jiān)控儀器使用應(yīng)符合AQ1029-2007的要求。9.5.2 視頻儀應(yīng)能監(jiān)視壓裂泵站、壓裂管及壓裂孔的情況。9.5.3 壓裂孔所在巷道的回風(fēng)側(cè)分別安裝瓦斯監(jiān)測(cè)傳感器，含H2S區(qū)域必須安裝H2S傳感器。9.5.4 壓裂操作地點(diǎn)安設(shè)監(jiān)測(cè)分站、監(jiān)視屏及直通調(diào)度室電話。9.6 抽采要求在壓裂施工區(qū)安裝連入礦井抽采系統(tǒng)

14、的抽采管路及抽采參數(shù)測(cè)定裝置，符合GB50471-2008的要求。10 壓裂操作要求10.1 試壓壓裂前必須進(jìn)行試壓。試壓壓力必須達(dá)到泵的額定壓力，且保持該壓力運(yùn)行時(shí)間不少于10min。10.2 壓裂10.2.1 壓裂施工嚴(yán)格按照壓裂設(shè)計(jì)進(jìn)行。10.2.2 壓裂過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵組運(yùn)行狀況，記錄壓力和流量數(shù)據(jù)。10.2.3 壓裂過(guò)程中連續(xù)觀測(cè)壓裂影響區(qū)域內(nèi)的瓦斯變化情況。10.2.4 壓裂結(jié)束后，保壓時(shí)間不少于1h。10.3 返排返排過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瓦斯排放情況，巷道瓦斯?jié)舛瘸藁蚺欧帕窟_(dá)到0.5m3/min，立即停止返排或?qū)⒐艿澜尤霘馑蛛x器。11 壓裂保障11.1 工程質(zhì)量保障11.1.1

15、必須編制專門(mén)的壓裂設(shè)計(jì)方案，經(jīng)煤炭生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人審批后方可實(shí)施。壓裂設(shè)計(jì)方案以一個(gè)工作面或一個(gè)采區(qū)為單元，方案編寫(xiě)提綱格式參見(jiàn)附錄A。11.1.2 壓裂施工前必須對(duì)通風(fēng)、抽采、供電、供水、排水、通訊、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、設(shè)備安裝、壓裂孔情況進(jìn)行驗(yàn)收。11.1.3 壓裂及抽采工程完成后，對(duì)壓裂工藝、壓裂效果進(jìn)行分析評(píng)估。評(píng)估報(bào)告編寫(xiě)提綱格式參見(jiàn)附錄B。11.2 安全保障11.2.1 水力壓裂應(yīng)實(shí)行遠(yuǎn)程操作，遠(yuǎn)程壓裂操作地點(diǎn)應(yīng)設(shè)在壓裂影響區(qū)之外，可設(shè)在大巷、主石門(mén)、井底車場(chǎng)、避險(xiǎn)硐室、地面或其它安全場(chǎng)所。壓裂操作地點(diǎn)安裝監(jiān)測(cè)分站、監(jiān)視屏、直通調(diào)度室的電話。壓裂操作地點(diǎn)如設(shè)在井下，還應(yīng)配備足夠數(shù)量的自救裝

16、置。11.2.2 進(jìn)入壓裂工作區(qū)的工作人員應(yīng)熟悉避災(zāi)路線及方法。11.2.3 通往壓裂影響區(qū)的各通道按要求設(shè)置警戒或柵欄。11.2.4 壓裂前對(duì)設(shè)備及高壓管路系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題之后，才允許實(shí)施壓裂。11.2.5 壓裂實(shí)施前，與工作無(wú)關(guān)人員全部撤離到警戒區(qū)以外。11.2.6 壓裂泵司機(jī)按特殊工種管理，必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，熟悉設(shè)備性能及安全措施，持證上崗。11.2.7 壓裂期間，必須連續(xù)觀察壓裂區(qū)的瓦斯變化情況，在含硫化氫區(qū)域，還必須連續(xù)觀察硫化氫變化情況；發(fā)現(xiàn)異常情況立即停止壓裂，向礦調(diào)度室匯報(bào)。11.2.8 壓裂泵停止工作直到壓力降到0.5MPa以下，方可打開(kāi)卸壓閥卸壓。11.2.9 壓裂

17、泵停止工作30min后，利用視頻儀全面仔細(xì)觀察現(xiàn)場(chǎng)情況，無(wú)異常后由不少于2名救護(hù)隊(duì)員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，確定現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異常后，向礦調(diào)度室匯報(bào)，宣布?jí)毫呀Y(jié)束，其他人員方可進(jìn)入。11.2.10 采用封隔器封孔時(shí)撤出封隔器的安全措施a）停止壓裂，排液24h后，經(jīng)技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)方可撤除封隔器。b）撤除封隔器及高壓管之前，將孔內(nèi)水壓卸至零壓力。c）支撐底座卸載后，發(fā)現(xiàn)壓裂孔內(nèi)仍有高壓瓦斯或水存在時(shí)立即停止作業(yè)，打孔卸壓后方可撤除封隔器。d）撤除封隔器的過(guò)程中，操作人員不得正對(duì)鉆孔，發(fā)現(xiàn)異常立即避險(xiǎn)。A附錄A （資料性附錄）壓裂設(shè)計(jì)方案編寫(xiě)提綱A1 章、節(jié)層次編號(hào)、名稱及主要內(nèi)容A.1 前言設(shè)計(jì)目的及意義、前期工作及工

18、程背景。A.2 礦井概況及壓裂條件A.2.1 礦井基本情況礦井隸屬關(guān)系、地理位置、生產(chǎn)規(guī)模、開(kāi)采煤層及瓦斯賦存情況。A.2.2 礦井生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)狀簡(jiǎn)述礦井開(kāi)拓、開(kāi)采、通風(fēng)、供水、供電、排水、抽采、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、通訊系統(tǒng)情況。A.2.3 地質(zhì)特征A.2.3.1 地層及構(gòu)造地層、構(gòu)造等情況。A.2.3.2 水文地質(zhì)礦井水文地質(zhì)復(fù)雜程度、主要含水層、礦井水補(bǔ)給源、礦井涌水量等。A.2.3.3 煤層及頂?shù)装迕簩赢a(chǎn)狀及頂?shù)装鍘r性、煤層破壞類型、煤層硬度等。A.2.3.4 瓦斯礦井瓦斯等級(jí)、賦存參數(shù)、涌出量、突出情況等。A.2.3.5 地溫、地壓礦井地溫、地壓情況。A.2.4 壓裂區(qū)概況壓裂區(qū)范圍；巷道布置、通

19、風(fēng)、供水、供電、監(jiān)測(cè)、通訊、抽采系統(tǒng)情況；工作面作業(yè)情況；壓裂煤層埋深等。A.3 壓裂工藝A.3.1 壓裂參數(shù)及壓裂方式A.3.1.1 根據(jù)煤層物理性質(zhì)、破壞類型、賦存條件、巷道布置等因素選擇壓裂方式。A.3.1.2 計(jì)算破裂壓力。A.3.2 壓裂設(shè)備A.3.2.1 壓裂泵選型選擇合適的壓力泵，列出所選壓裂泵的技術(shù)參數(shù)。A.3.2.2 壓裂管確定壓裂管徑，類型，配置管件等。A.3.2.3 平面布置選擇壓裂設(shè)備布置地點(diǎn)，繪制平面布置圖。A.3.3 壓裂孔A.3.3.1 壓裂孔布置確定壓裂孔參數(shù)，繪制鉆孔布置圖以及剖面圖。A.3.3.2 壓裂孔封孔選擇封孔方式，確定封孔工藝，繪制封孔工藝圖。A.3

20、.4 壓裂液與支撐劑A.3.4.1 壓裂液選擇壓裂液，確定配置要求。A.3.4.2 支撐劑選擇支撐劑，確定配置要求。A.3.5 壓裂程序確定壓裂操作程序，包括試壓、壓裂、返排。A.4 安全措施組織保障措施、安全防護(hù)措施、應(yīng)急救援措施。A2 附圖目錄格式及內(nèi)容序號(hào)圖 紙 名 稱圖紙編號(hào)備 注新制采用12345678綜合地質(zhì)柱狀圖通風(fēng)系統(tǒng)圖監(jiān)測(cè)監(jiān)控及通訊系統(tǒng)圖供水系統(tǒng)圖供電系統(tǒng)圖壓裂孔布置圖壓裂管線布置圖避災(zāi)路線圖AB附錄B （資料性附錄）壓裂效果評(píng)估報(bào)告編寫(xiě)大綱B1 章、節(jié)層次編號(hào)、名稱及主要內(nèi)容B.1 概況B.1.1 基本情況壓裂區(qū)概況。壓裂工藝、壓裂設(shè)備、管道等配置情況。壓裂孔布置：壓裂孔參數(shù)、封孔方式、封孔工藝、壓裂孔布置圖。B.1.2 壓裂實(shí)施情況壓裂過(guò)程：試壓、壓裂、返排。壓裂液、支撐劑的配置。參數(shù)測(cè)定：壓力、流量變化情況；瓦斯抽采參數(shù)。出現(xiàn)的問(wèn)題及處理措施。B.2 效果分析壓裂曲線分析；壓裂有效范圍分析；壓裂后抽采效果分析；煤層含水增加量、煤層透氣性、煤體硬度、瓦斯壓力與含量等變化