煤层气压裂施工设计

1、王坡煤矿地面瓦斯综合抽采系统建设压裂工程WP01-1D 井压裂施工设计建设单位：山西天地王坡煤业有限公司 承担单位：中煤科工集团西安研究院 设计单位：中原油田井下特种作业处2012年 10月项目名称：王坡煤矿地面瓦斯综合抽采系统建设压裂工程设计人（签字）：审核人（签字）：总工程师（签字）：设计单位（盖章）：设计提交日期:项目承担单位审核意见:审核人（签字）：设计审核日期:年 月日项目建设单位审批意见:审批人（签字）：设计批准日期:年 月日前言 11 WP01-1D井基础数据 11.1 钻井基本数据 11.2 煤层射孔设计数据 22 施工目的及设计依据 22.1 施工目的 22.2 设计依据 2

2、2.3 技术标准 23 施工工序 24 WP01-1D井3煤压裂设计 34.1 压裂施工方案 34.2 压裂前施工准备 44.3 现场施工泵注程序 44.4 压裂裂缝模拟 55 技术保障措施 65.1 液体配制要求 65.2 压裂施工要求 65.3 排液要求 76 压裂施工组织机构 77 压裂施工应急程序 87.1 压裂液伤人应急预案 87.2 高压管线破裂伤人应急预案 87.3 施工过程中出现砂堵情况应急措施 88 QHSE要求 98.1 质量保证要求 98.2 健康要求 108.3 安全要求 108.4 环保要求 119 压裂施工井身结构及管柱示意图 12附图：压裂施工设备摆放示意图 13

3、II王坡煤矿地面瓦斯综合抽采系统建设压裂工程WP01-1D井压裂施工设计该压裂施工项目属于王坡煤矿地面瓦斯综合抽采系统建设压裂工程， 目的是在煤层 建立高导流能力的石英砂支撑裂缝， 提高煤层泄流面积，本设计依据王坡煤矿地面瓦 斯综合抽采系统建设压裂工程招标文件、合同及相关技术资料和标准进行设计。1 WP01-1D井基础数据1.1 钻井基本数据表1 WP01-1D井钻井基本数据表坐标X: 19651026.684地理位置山西省泽州县下村镇塔里村东南向1km处Y: 3951518.742构造位置塔里南背斜南翼H: 1101.181井 别地面瓦斯抽采试验井设计井深/m729补心高/m1.10完钻原贝

4、Lt钻穿3号煤层以下60m完钻钻头程序一开钻头直径/mm一开钻达井深/m二开钻头直径/mm完钻井深/m311.1521215.9729钻 遇 地 层地层符号QP2shP2sPixPisC3t实际底深(m)6.1040.30572.45641.20683.95729视厚(m)5.0034.20532.1568.7542.7545.05(未 钻穿)目 的 煤 层钻探见煤深度/m673.30-680.40结构/总 厚 度 /m7.10采收 率3测井672.82-679.925.69 (0.34) 1.077.10/套 管 程 序名 称尺寸/mm钢级壁厚/mm联入/m下深/m阻位/m定位短节/m试压

5、情况 /MPa表层244.5J558.941.121/生产139.7J557.720.85729.6726.74656.43-658.92合格固 井 参 数水泥用量/t25水泥浆平均密度/g/cm31.601.85替量/ 3/m9.1碰压/MPa15人工井底/m磁定位 /m水泥返深/m固井水泥环质量726.50656.43-658.92154.003煤层顶合格3煤层底合格井 身 质 量最大井斜井总移/m最大全角变化率井深/m井斜/ o方位/ o井深/m全角变化率/o/30m测井55030.2421.69201.584005.45备 注全井平均井径扩大率为：10.79%煤层井径扩大率：10.35

6、%1.2 煤层射孔设计数据表2 WP01-1D井3煤层射孔数据表某层射孔井段/m射孔厚度/m枪型/弹型孔密/孔/m相位角/ °布孔方式孔数3672.82-679.927.1102 枪/127 弹1690螺旋114说明：射孔质量验收标准为检查发射率达到95%为合格，否则重新补孔2施工目的及设计依据2.1 施工目的通过对煤层的压裂改造，在煤层中建立高导流能力的石英砂支撑裂缝， 提高煤层泄 流面积。2.2 设计依据(1)王坡煤矿地面瓦斯综合抽采系统建设压裂工程合同及招标文件。(2)WP01-1D井钻井基础数据。(3)相关的压裂施工标准。2.3 技术标准(1)射孔施工及质量监控规范(SYT

7、5325-2005)(2)油水井常规修井作业通井、刮削套管作业规程(SY/T5587.16-1993)(3)压裂设计规范及施工质量评价方法(QSY 91-2004)(4)压裂施工作业技术规范(Q/CNPC.HB0856-2004)(5)煤层气井压裂技术规范(试行-2000)(6)压裂工程质量技术监督及验收规范(QSY 31-2002)3施工工序(1)通井、替浆、实探人工井底，洗井并试压合格。(2)通洗井24小时后，全井段测基础井温曲线。(3)按射孔审批单对3煤层进行射孔。(4)按设计要求上压裂液大罐，备水，配液。(5)安装KQ350型压裂井口，四角用钢丝绳绷紧并用地锚固定。(6)摆车，连接高、

8、低压管线(高压管线接双管线)，地面高压管汇及井口试压 35MPa,稳压5min,压降小于0.5MPa,不渗漏为合格。(7)按设计泵注程序对3煤层进行加砂压裂施工。(8)压后2、4小时各测1条井温曲线，测量井段目标煤层以上 100m至遇阻位置。(9)停泵后通过指针式压力表观测井口压力，待井口压力下降到1MPa时，用3mm汕嘴或针形阀控制放喷，排出液体进排污池或排水沟。4 WP01-1D井3煤压裂设计4.1压裂施工方案(1)压裂层位：3煤层(2)压裂井段：深度：672.82-679.92 厚度：7.10m： 5.69 (0.34) 1.07 m(3)压裂方式：光套管压裂(4)施工排量：8.0 m3

9、/min(5)加砂强度：12m3/m(6)压裂液类型：活性水，配方：清水 +1%KCL+0.05%杀菌剂(7)支撑剂类型及数量：兰州石英砂，中砂(20-40目)64.2 m3、粗砂(16-20目) 一一一 3 20.9 m3支撑剂质量要求：所使用的压裂砂粒度均匀、干净、无杂质。浊度、粒径符合率、破碎率等指标符合SY/T 5108-2006压裂支撑剂性能指标及测试推荐方法。压裂砂圆度0.8压裂砂球度0.8(8)井口要求：KQ350型压裂井口(9)施工最高限压：35MPa(10)压前压后测井温：压后2、4小时各测一次井温(11)压后测压力降落曲线：压后测1小时压力降落曲线(12)施工压力预测见下表

10、：表3施工压力预测表裂缝延伸压力/MPa施工压力/MPa破裂压力/MPa摩阻压力/MPa10.714.015.62.04.2 压裂前施工准备4.2.1 施工设备WP01-1D井3煤压裂施工需要设备见表表4 WP01-1D井3煤压裂设备表设备数量型号备注主压泵车/台72500 型/2000 型3台2000型、4台2500型仪表车/台12500 型混砂车/台12500 型管汇车/台12500 型管线车/台15t砂罐车/台715m7 台压裂液大罐/个18容积50m34.2.2 压裂液准备WP01-1D井3煤压裂施工压裂液准备量850m3,所需材料数量见下表。表5 WP01-1D井3煤压裂施工压裂液及

11、化工材料准备表名称清水/m3KCL /Kg杀菌剂/Kg数量85085004254.2.3 支撑剂准备准备中砂(20-40目)70m3 ,粗砂(16-20目)25m3。4.2.4 井筒准备(1)井场平整，便于大型压裂设备摆放；(2)下通井规通井，实探人工井底，用1%KCl彻底洗井；(3)通洗井24小时后，全井段测基础井温曲线；(4)按射孔通知单要求对3煤层进行射孔；(5)安装KQ350型压裂井口，上平上紧，在井口四个方向加绷纯地锚固定；在井 口闸门一侧接一条硬放喷管线，出口至放喷池固定捆牢。4.3 现场施工泵注程序表6 WP01-1D井3煤压裂施工泵注程序表程序步 骤净液量3/m累计净液量3/m

12、混砂液量3 /m累计 混砂 液量3/m砂比 /%砂重3 /m砂量3/m排量3/m /min阶段 时间 /min备注前直液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顶替液18.2768.28.2819.381.0-测压降1测压降60min合计-768.2819.385.1-102.4-备注：1、中砂加完后开始加粗砂，粗砂不得与中砂混合添加。2、首先灌满井筒，然后开始加砂压裂。

14、3、根据现场施工情况由现场施工人员和甲方协调及时修正施工参数。4、现场施工结束后向甲方提供压裂施工数据、施工曲线及相关资料。4.4 压裂裂缝模拟运用FracproPT三维压裂设计软件，根据设计的施工泵注程序对 WP01-1D井3煤层压 裂裂缝进行模拟计算，模拟计算结果如下：表7 WP01-1D井3煤压裂施工裂缝参数模拟结果表裂缝长度/m116.5支撑缝长/m116.5裂缝总高度/m23.7支撑裂缝总高度 /m23.7裂缝顶部的深度 /m661裂缝底部的深度 /m684.7平均裂缝宽度/cm2.67图1 WP01-1D井3煤压裂裂缝剖面示意图5技术保障措施5.1 液体配制要求(1)配液用水要清洁

15、、干净，所有盛液及备液设备必需清洗干净，最大程度地降低煤层伤害。(2)配液大灌和运水车辆要清洁、干净。(3)严格按配方及配制要求进行操作， 准确计量，配制液量预留出施工过程中的损失。5.2 压裂施工要求(1)采用套管注入方式。(2)连接好施工设备，对井口及高压管汇试压35MPa,要求高压试压5min压降小于0.5MPa,不渗不漏为合格；(3)压裂施工按设计参数执行，并准确记录泵压、排量、施工砂密度等。施工时若发 生特殊情况，需要更改设计时，应及时通知甲方有关人员；（4）顶替液泵注完毕，记录停泵压力，测压降 60min；（5）施工结束后由施工队提交全部原始记录、图表及数据。5.3 排液要求停泵后

16、通过指针式压力表观测井口压力，待井口压力扩散到 1MPa时，用3mm油 嘴或针形阀控制放喷，排出液体进排污池或排水沟。放喷过程中控制放喷速度，要求放 喷速度不大于10m3/d。6压裂施工组织机构为了安全高效完成该项目的压裂施工任务， 成立了以项目经理为安全质量的领导小 组组长、副经理为安全质量的领导小组副组长， 工程施工作业期间负责安全及质量方面 的日常事情。开工前由项目经理组织全体项目人员召开安全质量会议，组织全体人员认真学习压裂施工设计方案，严格遵守操作规程和各项制度，密切配合减少人为的事故， 安全高效的完成压裂施工任务。压裂现场施工组织机构图见下图：表8压裂现场施工组织人员安排表职务姓名

17、人数（人）经理谢林德1副经理时云忠胡正强牛茂真3技术负责人张建涛张家根周佳3安全人员刘克军1项口经理技归於医人T 1I一项目品经人二打壮匕“甘甘安全以趣工生.产仃俯喟与后射抖 江的旬刊代打14专业施工图2压裂现场施工组织机构图7压裂施工应急程序7.1 压裂液伤人应急预案(1)发生压裂液伤人后要立即通知现场项目经理。(2)项目经理根据现场情况决定是否应当立即停止施工并组织人员到紧急集合地点清 点人数。(3)现场发现伤者，由现场项目经理组织应急救援队在现场做必要救护。(4)副经理负责向单位领导汇报现场情况及请求救援事项。7.2 高压管线破裂伤人应急预案(1)发生高压管线裂破后要立即停泵。(2)由项

18、目经理组织所有参加施工人员到紧急集合地点，清点人数。(3)现场发现伤者，由项目经理组织现场救护车医务人员做必要救护。(4)发生事故后监督员立即向上级领导汇报，汇报内容包括：高压管线裂破时间、部 位、人员伤亡情况、正在采取或准备采取的抢险措施、请求救援事项等。(5)项目经理组织人员处理好高压管线裂破事故，使损失减到最低程度。7.3 施工过程中出现砂堵情况应急措施(1)压裂施工中泵压升高，降低砂比，待泵压正常后继续施工。(2)若泵压持续上升，确认出现砂堵，应立即停止加砂。(3)停泵后开井放喷，放出一个顶替量，将井筒中浓携砂液放出后停放。(4)重新泵注前置液、携砂液，将砂子加完。表9压裂过程可能遇到

19、的问题及处理预案序 号可能情况原因及处理预案负责人1井口刺漏前置液期间漏，停泵整改，整改完成后根据情 况继续施工或重新备液压裂。携砂液期间漏，停砂顶替完，讨论下步方案。顶替液期间刺漏，顶替完成，正常转排液。施工指挥、作业队2油管失效停止施工，放喷排液。施工指挥3主压车故障调整设备满足设计排量， 如多台主压车出现故障， 无法满足设计排量，顶替完后停止施工。施工指挥4混砂车故障停止施工，讨论下步方案。施工指挥5仪表车故障停止施工施工指挥6液罐故障及时整改，或停用。施工指挥7砂罐故障及时整改，或停用。施工指挥8高低压管汇故障前置液期间漏，停泵整改，根据情况继续施工 或重新备液压裂。携砂液期间漏，停砂

20、顶替完，讨论下步方案。顶替液期间漏，顶替完成，正常转排液。施工指挥9泵压局，排量不能 满足设计要求。及时请示汇报，经同意后可降低10%-15%排量施I O施工指挥10前.置液期间压力持 续下降滤失严重。提高排量，低砂比加砂。施工指挥11压力突然大幅度卜 降管柱失效。执行第 2项。缝高失控。现场判断，停砂顶替或继续施工。裂缝延伸至高滤失带 (或开启的断层)。停砂顶替完。施工指挥12加砂压力持续上升裂缝延伸困难、缝宽较窄，微裂缝、多裂缝影响 严重。提高排量 10% 20%,保持或降低10%- 20%砂比施工。施工指挥13套管压力快速上升砂堵迹象明显，停砂顶替。施工指挥14脱砂停泵，立即用3mm油嘴

21、放喷排液，至压力降为 0 时，立即反洗井。施工指挥15安全情况执行安全预案各单位负责人8 QHSE要求8.1 质量保证要求(1)压裂入井液体要清洁、干净，所有盛液及备液设备必需清洗干净，最大程度地降 低煤层伤害。(2)确保井场、道路畅通。现场压裂液大罐摆放合理，给压裂机组留出足够场地。(3)各工序严格按照其操作规程、技术标准和设计要求进行施工， 取全取准各项资料(4)入井材料、管柱、工具等清洁干净，符合有关质量标准。(5)施工前应检查保养好设备，保证施工设备性能良好，确保施工顺利进行。(6)关键工序及岗位专人负责，确保施工质量。(7)压裂施工严格按照设计要求进行，如遇特殊情况需要调整设计时，必

22、需经甲乙方 商定，甲方同意后方能调整。(8)储液罐清洁无残存液体及杂物，压裂用水需做采样分析。每罐加料结束后，采用 大排量循环，直至罐内上下层液体性能一致为止。(9)取全取准施工压力、排量、液量等参数。8.2 健康要求上岗人员穿戴好劳保用品，施工中非岗位人员一律不准进入高压区，严禁违章作业。8.3 安全要求(1)施工过程严格按SY5727-2007井下作业安全规程执行。(2)压裂施工前，在压裂现场开一个全体人员参加的安全会，全面了解施工井的作业 情况、基本数据，对施工可能出现的问题要有防范措施，各工作岗位分工明确， 听从统一指挥。(3)压裂施工之前确保压裂井口合格，施工前四角用钢丝绳固定绷紧，并用地锚固定。(4)压裂施工现场必须有 危险”、闲人禁止入内”等警示标志。(5)严格遵守SY 6443-2000压裂酸化作业安全规定,Q/CNPC HB0856-2004压裂 施工作业技术规程，SY/T5587.5常规修井作业规程以及井下作业井控实施 细则。(6)安全员负责阻止非工作人员进入井场，工作人员进入高压区要确保在安全的地方 进行施工。(7)压裂施工时作业队要有负责人员在场。(8)压裂队在施工前全面检查设备仪表，高压、超压保护装置必须