井区钻井用主供水管线工程方案.docx

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井区钻井用主供水管线工程方案

1项目提要

1.1项目背景

为充分发挥“一带一路”和长江经济带建设重要战略支撑的作用，通过扶持战略性新兴产业的发展实现重庆老工业基地的转型升级，今年全国“两会”上，来自重庆的政协委员提出集体提案：

支持重庆建设国家级页岩气开发利用综合示范区。

　　事实上，随着重庆页岩气开采迈入规模化时代，页岩气已成为重庆正在崛起的一个战略性新兴产业，包括页岩气勘探开发、综合利用、装备制造、天然气化工等，日渐形成页岩气产业集群。

据统计，2014年重庆涪陵焦石页岩气产能达到25亿立方米，累计产气超过12亿立方米。

预计2020年全市页岩气产能达到300亿立方米，产量200亿立方米，占全国页岩气总产量2/3以上。

重庆市政府常务会议审议通过《重庆市页岩气产业发展规划（2015—2020年）》，提出将在两年内实现页岩气产能150亿立方米，产量100亿立方米；5年内实现页岩气产能300亿立方米、产量200亿立方米的目标，并将重庆建成全国页岩气勘探开发、综合利用、装备制造和生态环境保护综合示范区。

重庆页岩气勘探开发有限责任公司为了加快**地区的页岩气开采，为探明区域内上奥陶统五峰组～下志留统龙马溪组下部页岩气层储藏情况，为区域气田后续开采提供强有力的数据支撑，便于气藏合理、有序、有效开采，决定在**县1平台、2平台、3平台率先开展钻井勘探开发工作。

为此特编制本方案，为主体工程的高效实施提供强有力的支持。

1.2项目区基本情况

本供水项目所在区域位于**县城西面，其中1井组平台位于**县**镇松花村7组，2平台位于**县**镇人和村3组，3平台位于**县**向子村8组。

地处S102主干线上，有快速通道与奉溪高速公路、渝安高速公路连接，处于湖北宜昌和武汉、陕西安康和西安、重庆万洲和重庆主城中心位置，相距均在高速公路150公里和410公里范围内。

距离县城约70km，自**县城有S102省道（渝巫路）及乡村公路可达拟建供水管道沿线附近，总体交通较为便利。

1.3供水方案选取

本供水方案拟从预沉池取水，在水池旁设置转输泵站加压分别输送至1、2、3钻井平台。

1.4项目建设的必要性

由于页岩气井勘探开发的特点，在钻井、压裂酸化阶段使用水量是常规气井的数十倍甚至百倍以上，其水源点的选择、取供水方式等相关问题都有其特殊要求。

目前**2井区已确定井位的3个平台预计用水量将超过60×104m3，而整个**2井区规模开发阶段的总用水量更是高达数百万方。

本供水工程的建设是页岩气开采过程中必须具备的因素。

1.5总体方案布局

本工程钻探作业用水属于初级勘探作业用水量2000m3/d，用于满足**2井区H1、H2、溪203页岩气初步勘探开发用水需求。

拟定取水水源为**县文峰镇思源水厂，在该水厂预沉池旁新建供水泵站一座，通过加压泵分别将水单点输送至2井区H1、H2、溪203钻井平台，以满足H1、H2、溪203各平台初步勘探用水需求。

1.6工程主要建设内容

本项目主要建设内容包含:

新建泵房一座，安装设备2台（一用一备），铺设聚氨酯高压软管17.0km，高压配电线7km、配电柜、备用柴油发电机等。

1.7工程投资估算

本工程估算总投资1766.33万元，其中：

建筑工程投资243.84万元，施工临时工程费11.98万元,机电设备费134.12,金属结构827.52,独立费用250.75万元，基本预备费146.82万元，建设期贷款利息30.8万元，施工建设征地费53万元，水土保持费7.5万元，环境工程18万元，其他费用42万元（可研报建、地质灾害评估及地震安全性评估）。

2项目区基本情况

2.1自然状况

2.1.1项目区地理位置

重庆市**县位于渝东边陲，渝、峡、鄂三省（市）交界处，东连湖北省神农架林县、竹溪县，南接奉节县、巫山县，西临开县、云阳县，北与城口县和陕西省镇坪县接壤。

至2013年，**县总面积4030平方公里。

大巴山东段南麓，长江上游一级支流大宁河、梅溪河、汤溪河上游。

地跨东经108°44′～109°58′，北纬31°14′～31°44′。

本供水项目所在区域位于**县城西面，地处渝巫路S102主干线上，有快速通道与奉溪高速公路、渝安高速公路连接，处于湖北宜昌和武汉、陕西安康和西安、重庆万洲和重庆主城中心位置，相距均在高速公路150公里和410公里范围内。

距离县城约70km，自**县城有S102省道（渝巫路）及乡村公路可达拟建供水管道沿线附近，总体交通较为便利。

2.1.2项目区气象要素

**属北亚热带暖温季风气候区，受秦岭、大巴山阻挡，北方冷空气南下，气候温暖湿润。

因地势高差极其悬殊，又具有“一山兼四季，十里不同天”的立体气候特征。

四季分明，雨量充沛，无霜期长，光照充足，气候温和，主要气候特征为春季气候回升快，夏热多伏旱，秋凉、绵雨多，冬季干寒冷。

据流域邻近的塘坊雨量站，**县气象站，历年资料统计，多年平均气温17.7℃，多年平均降雨量为1386.6mm,多年平均蒸发量为（20cm,蒸发皿观测值）为1381.5mm；多年平均相对湿度为69.1%，多年平均日照数为1576.3小时；多年平均风速为1.75m/s，最大风速为21m/s，相应风向为东风。

项目区气象要素与全县的一致。

2.1.3工程地质条件

全县地处大巴山弧形构造与淮阳山字型构造西翼及身弧的结合部，大部地区居于南大巴山弧形构造挤压带。

由一系列近东西走向的弧形褶皱和中断裂群组成。

地形切割强烈，山峦重迭，岭谷相间，河道纵横。

中部由北至南有依次平行有6道山脉，呈东西走向，间夹东溪河、西溪河、茶登河、柏杨河、桐元河5条水系，地层破碎，分别与北走向的巴岩子河、大宁河、汾水河、湾滩河平行切割，全县东、西、北部高而中南部低，一般高差多在1000多米左右，为典型的中切割中山地形。

1）区域地质构造

供水管道沿线位于扬子准台地，南大巴山弧形褶皱带南部、田坝背斜北翼，本构造带之褶皱在咸瑞—前河一线以北，岩层产状普遍陡立（60°～90°），局部倒转，且越往北褶皱越紧密，地层多呈倒置，向斜成山，背斜成谷。

以南则褶皱逐渐变缓，成梳状、箱状或宽缓状，岩层倾角20°～40°，向斜成宽谷，背斜成山。

田坝背斜为一短轴似箱状斜歪不对称褶曲，背斜北翼平缓、南翼较陡。

地层一般倾角10°～15°，区域内张性节理裂隙较发育，延伸2～8m，多被粘土或碎石填充。

2）新构造运动与地震

根据实地调查和区域地质资料分析，沿线及其附近地区新构造运动活动不强烈。

拟建管线地区地震活动较弱，沿线未发现第四纪晚更新世以来明显断裂活动迹象，基本不存在发生断错地表的强震构造条件。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），沿线设计基本地震加速度值为0.05g，抗震设防烈度为6度。

2.1.4自然灾害情况

**县因山大坡陡，立体气候明显，暴雨时空分布不均，时常有冰雹、泥石流，山体滑坡等自然灾害现象，自然灾害十分频繁。

本次项目区属高山平谷地区，自然灾害相对较好。

2.2农业生产和社会经济状况

2.2.1农业生产状况

根据**县统计年鉴资料，截止到2012年底，**县有30个乡（镇）、298个村、26个社区，总人口53.56万人，其中：

农业人口46.72万人（占88.23%），非农业人口6.84万人（占11.8%）。

耕地面积76.41万亩。

森林面积264.77万亩，森林覆盖率43.8%。

农业以粮食生产为主，主要粮食作物为水稻、小麦、玉米、薯类、高粱、豆类等，经济作物主要为油料、烟叶、麻类、药材等，其他作物主要为蔬菜、瓜果、青饲料等。

2012年底农作物播种面积134.47万亩，其中粮食作物播种面积93.72万亩，总产量20.15万吨，平均亩产187.8kg，农民人均产粮400kg；经济作物播种面积15.045万亩，其他作物播种面积9.21万亩。

全县现有灌溉面积28.67万亩，其中有效灌溉面积12.31万亩，节水灌溉面积4.32万亩。

2.2.2社会经济状况

**县是一个以农业为主导产业的区县，综合经济实力极其薄弱，属重庆市贫困县之一，也是国家确定的三峡库区扶贫开发重点县，同时是水利部重点扶贫县。

全县幅员面积604.05万亩，辖15个乡、15个镇、2个街道办，38个居委会和292个村委会，总人口53.56万人，其中：

农业人口46.72万人（占77.9％），非农业人口6.84万人（占22.1％），农村劳动力21.89万个。

耕地面积76.41万亩，有效灌溉面积12.31万亩，粮食综合生产能力23.17万吨，发展有高效农业区1.84万亩，其中喷、微灌面积1.2万亩。

农业人均耕地面积0.98亩，耕地种田14.07万亩，土32.42万亩。

森林面积320.39万亩，森林覆盖率53％。

2014年,全县生产总值66.7亿元，增长9.3%；固定资产投资134.5亿元，增长20.9%；社会消费品零售总额24.6亿元，增长13.3%。

二是稳中有进，结构调整有新进展。

三次产业比调整为20.5︰38.8︰40.7，二三产业占比提高1.3个百分点。

第一产业增加值13.7亿元，增长4.9%；第二产业增加值25.9亿元，增长12.7%；第三产业增加值27.2亿元，增长8.2%。

三是稳中提质，发展质量有新提升。

城镇居民人均可支配收入18111元，增长10.6%；农村居民人均可支配收入6392元，增长12.7%；城镇登记失业率3.78％；万元GDP能耗下降2.5%，区域环境质量全市最优。

2.3项目区水资源状况

1平台位于**县**松花村7组，H2平台位于**县**人和村3组西南彭家坡附近，3平台位于重庆市**县**乡向子村8组。

该3处钻井平台成东西分布，其中1、3平台位于**镇西南侧，两井场南北相距约3km，2平台位于**镇东南侧，与1、3平台相距约22km。

拟建钻井平台所在地属于典型的深切割中山地形，境内山大坡陡，立体地貌明显。

整个区域水系属于长江一级支流梅溪河水系，钻井平台周边主要河流为汾水河。

根据现场实地勘察，各钻井平台附近地下水储集分散、水量小，不能满足本工程用水量需求，因此本工程考虑采用地表水作为给水水源。

在钻井平台附近区域主要有渡口坝水库、蓄水池、大堰等地表水体，现对各水源调查情况分述如下：

1）**蓄水池

**蓄水池属于重庆******公司，位于重庆市**县**镇思源村，该水池容积约3×104m3，主要为*8镇等乡镇居民饮用水水源。

该水池补给来源为**镇**村青草坪北侧地下暗河。

根据提供资料，该水池丰水期补给量为（5～6）m3/s，枯水期补给量为0.15m3/s。

该水池丰水期满足钻井平台用水需求，枯水期经过水池管理公司协调，也能保证给重庆页岩气公司供水6000m3/d。

该水池水质较好，满足钻井压裂用水水质需求。

2）渡口坝水库

渡口坝水库属于重庆梅溪河流域水电开发有限公司，位于重庆市奉节县新华镇梅溪河上游渡口坝附近。

该水库总库容9854×104m3，调节库容7011×104m3，死库容2243×104m3，校核洪水位577.25m，设计洪水位575.3m，正常蓄水位575.0m，死水位536.0m。

水库水质各指标满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中Ⅲ类标准要求，满足钻井压裂用水水质需求。

水库距离钻井平台较近的取水点位于重庆市奉节县平安乡向子村关门山附近，距渡口坝水库大坝约8km。

正常蓄水位575.0m，水库回水长度约10km，该取水点水量充足可靠，冬季枯水期该取水点不在水库回水范围内，水量补给主要由汾水河上游地下暗河补给，补给量约1m3/s，满足钻井平台用水量的需求。

3供水方案选取

本工程针对渡口坝水库和思源青草坪蓄水池作为主要水源，并结合各水源点、供水管线长度、施工难易程度等进行综合比选分析。

3.1渡口坝供水方案

渡口坝水库取水点位于位于重庆市奉节县平安乡向子村关门山分水河三叉河口西北侧。

据重庆梅溪河流域水电开发有限公司提供技术资料分析，渡口坝水库是以发电为主的调节型水库，水库坝前设计洪水位575.3m（P=1%），取水点对应设计洪水位580m，枯水期河床水面高程为545m，调查期（2015年6月）水面高程为563m，取水点水位波动高达35m。

因此，该水源点取水方案优先推荐浮船取水，浮船承载潜水泵将水提升至分水河右岸泵站（高程为585m）玻璃钢制水箱，再经转输泵加压送至1、3钻井平台。

转输泵站位于分水河右岸坡地，分水河河谷深切，河谷与两岸山体相对高差600m～800m，泵站布局将较为紧凑，按照台阶式布置。

泵站周边均为灌木、乔木林地，站址所在三叉河口附近有人行吊桥两座，不具备通车条件，周边交通依托条件较差。

丰水期重型设备、主要建筑材料可以通过渡口坝水库水运抵达，枯水期则可将设备陆路运输至站址下游200m处通过河床修筑临时道路运输抵达，重型设备机具转运至现场存在一定困难。

转输泵站距离3钻井平台管线长度为2.8km，管线抵达3钻井平台前经过“T”接管线，向北侧敷设管道3.1km后进入1钻井平台。

由于渡口坝水库转输泵站位于山谷底部，海拔为585m，3钻井平台海拔为912m，高差为327m。

管线从泵站出来沿西侧山坡爬升，附近交通依托条件较差，施工较为困难。

管线至1钻井平台时尚需翻越垭口，该处海拔为1210m与泵站高差为625m，为最不利水力条件处。

本方案采用DN250无缝钢管，转输泵参数Q=250m3/h,H=700m,N=900KW；取水泵参数Q=250m3/h,H=50m,N=75kW。

泵站建设地存在较大的土石方开挖量，且站址所在地正在进行旅游开发，选址困难。

新建输水钢管长度为6.0km，沿途周边为林地，坡度较且无交通依托条件，工程施工较为困难。

3.2蓄水池供水方案

本供水方案拟从预沉池取水，在水池旁设置转输泵站加压分别输送至1、2、3钻井平台。

水池所在地高程为：

1060m，转输泵站所在地高程为：

1035m。

水源经过加压，输送至各钻井平台。

由于各井场呈东西分布，供水管线向南先经1.0km输水钢管，再沿S102省道向西敷设17km软管至3钻井平台，即可满足3和1平台的用水需求。

当2平台开始钻探工作时，则可将3平台铺设管道移至2平台再利用。

故本方案只考虑17km聚氨酯高压软管和1Km输水钢管。

管道沿线有省道、县道可依托，总体交通条件较好。

本方案优缺点在于：

优点：

水源及水质较好，满足用水需求；站址有乡村公路通行，沿途施工条件较为便利；且主要输水管道—聚氨酯高压软管，该管道材质轻便，采用卡扣连接，能快速装拆，具有很好的适应性。

该型管道适合用作临时性供水管材，发生管道破损后能快速更换和修补，并能方便回收再利用。

缺点：

工程片区有居民活动，施工期间噪音可能会扰民；软管容易被人为损坏。

综上所述，尽管方案一（渡口坝水库供水方案）管线建设长度短，但因需建设2座泵站导致投资并无经济性，且渡口坝泵站建站条件较差，周边社会依托条件差，管道施工困难等诸多原因不予推荐。

方案二（思源青草坪蓄水池供水方案），管线建设较长，沿线居民区较多，施工协调难度大，但因泵站、管道沿线交通依托条件较好，后期运行维护方便，总体方案相对可靠，满足**2井区现有3个井场钻井用水需求。

方案一考虑到周围人为因素，可采取降低施工噪音，加大平时施工巡查力度以解决。

故设计推荐方案一（蓄水池供水方案）为本工程的水源及管线建设总体方案。

4项目建设的必要性

由于页岩气井勘探开发的特点，在钻井、压裂酸化阶段使用水量是常规气井的数十倍甚至百倍以上，其水源点的选择、取供水方式等相关问题都有其特殊要求。

目前**2井区已确定井位的3个平台预计用水量将超过60×104m3，而整个**2井区规模开发阶段的总用水量更是高达数百万方。

页岩气生产是一个高密度集型用水的过程，单个井的钻孔和压裂作业通常需要约4ⅹ104m3的水（取决于具体的盆地结构和地质构造）。

压裂过程用水量最大，需要大量的水混合着沙子和化学品注入井内，以便于抽取气体；剩下的水用于钻井阶段，水是钻井液的主要成分，而现场除尘及清洁和冲洗钻探设备仅需相对少量的水。

虽然越来越多的用水得到回收和再利用，但是钻井作业仍然需要大量淡水，这是因为咸水可能会损坏设备，并引发地层损害且有可能降低钻井的成功几率。

故本供水工程的建设是页岩气开采过程中必须具备的因素。

5项目设计方案

5.1设计参考资料

（1）《水工混凝土结构设计规范》SL/T191-96

（2）《泵站设计规范》（GB50265-2010）

（3）《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001

（4）《水利水电工程施工组织设计规范》SL303-2004

（5）《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程》CECS193：

2005

（6）《室外排水设计规范》GB50014-2006（2014年版）

（7）《室外给水设计规范》GB50013-2006

（8）《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332-2002

（9）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

（10）《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）

（11）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

（12）《构筑物抗震设计规范》（GB50191-2012）

（13）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

（14）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

（15）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）

（16）《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）

（17）《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）

（18）《建筑地面设计规范》（GB50037-2013）

（19）《建筑采光设计标准》（GB50033-2013）

（20）《屋面工程技术规范》（GB50345-2012）

（21）《工业企业噪声控制设计规范》（GB/T50087-2013）

（22）《供配电系统设计规范》GB50052-2009

（23）《低压配电设计规范》GB50054-2011

（24）《通用用电设备配电设计规范》GB50055-2011

（25）《建筑照明设计标准》GB50034-2013

5.2总体方案布局

本工程钻探作业用水属于初级勘探作业用水量2000m3/d，用于满足**2井区1、2、3页岩气初步勘探开发用水需求。

拟定取水水源为**县**镇**水厂，在该水厂预沉池旁新建供水泵站一座，通过加压泵分别将水各输送至2井区1、2、3钻井平台，铺设聚氨酯高压软管17.0km。

项目平面位置图

5.3工程设计

5.3.1水源工程

根据建设单位《**页岩气区块钻井与压裂供水系统》和前期现场调研，**2井区钻井工程每口井压裂平均用水量约4×104m3，单个钻井平台暂定钻井5口，3个钻井平台压裂用水总量约为60×104m3。

本工程钻探作业用水属于初级勘探作业用水量2000m3/d。

本工程的设计水源为**县**镇**水厂原水预沉池，水池蓄水容量30000m3。

根据思源水厂提供的数据，丰水期来水量5～6m3/s，枯水期来水量0.15m3/s。

水源为暗河溶洞水，水质、水量均能满足钻探作业要求。

5.3.2泵房、输水工程

本工程新建供水泵站一座，位于思源水厂预沉池旁，水池高程1040m，通向该水池有已建水泥公路，交通方便，便于泵站建筑材料及设备的运输。

本工程分别向2井区1、2、3钻井平台供水，供水管线向南先经1.0km输水钢管，再沿S102省道向西敷设17km软管至3钻井平台（最远处），即可满足3和1平台的用水需求。

当2平台开始钻探工作时，则可将3平台铺设管道移至2平台再利用。

根据《室外给水设计规范》GB50013-20066.3.1规定，泵房吸水、出水流速规定：

表5-1

吸水管道

出水管道

D（直径mm）

流速V（m/s）

D（直径mm）

流速V（m/s）

﹤250mm

1.0～1.2

﹤250mm

1.5～2.0

250～1000mm

1.2～1.6

250～1000mm

2～2.5

﹥1000mm

1.5～2.0

﹥1000mm

2.5～3.0

根据《给水排水设计手册》第二版第三册管渠水力计算公式确定：

式中：

QT---时用水量m3/h；

QR---最高日用水量m3/d；

根据以上公式得出QT=83.33m3/h、0.023m3/s、23.15L/s；

◆管径计算：

式中：

D---管道直径（m）；

V---管道经济流速m/s（根据表1-1经济流速按1.5m/s取值）；

根据以上公式得出供水管道管径为DN150。

◆沿程损失：

根据《室外给水设计规范》GB50013-20067.2.2-1公式：

式中：

hy---管道沿程水头损失（m）；

λ---沿程阻力系数；

l---管道长度（m）；

d---管道计算内径（m）；

v---管道经济流速（m/s）；

g---重力加速度（m/s2）；

根据以上公式得出：

泵房至1km处、H1溪203、H2，沿程水头损失hy=218m。

局部水头损失按沿程水头损失的10%计算，局部水头损失21.8m，总水头损失240m。

本工程泵房高程1035m，输水管线最大高程1182m，高差147m，最低高程900m，高差-135m。

5.3.3设备工程

本工程配备多级离心泵2台，一用一备:

表5-2水泵选型表

泵站

设备型号

设计流量（m3/h）

设计扬程（m）

电机型号

机组（Kw）

泵房

100D-67x6

100

365

Y315L1-2

160

5.3.4管件安装

泵房设备进水管直接引入思源水厂预沉池，吸水管2根DN150无缝钢管，进水管设DN150蝶阀、压力表、橡胶接头或金属软管、法兰盘。

出水管道DN150无缝钢管，出水管设DN150蝶阀、止回阀、压力表、泄压管、橡胶接头或金属软管、法兰盘。

出水管道分别向东南和西南方向钻井平台供水，供水管道为聚氨酯高压软管，抱捆连接。

管道承压5Mpa，管径DN150。

管道上水扬程大于100m，在上水底端处设置一个止回阀，防止水锤。

5.3.5供配电工程

5.3.5.1设备配电

泵房内配设备机组一用二备，设备型号多级离心泵100D-67x6，设备功率160kw，进线由低压配电柜引入设备控制柜进行降压启动、变频启动、软启动器方式为机组供电。

配电电缆YJV22-4x120+1x70。

泵房内其他设备供电（排风机、灯、插座等其他低压配电）由泵房总配电箱供电。

配电电缆YJV22-4x25+1x16。

末端配电采用BV电线。

泵房内考虑可能出现断电，影响作业，设置一台柴油发电机，发电量按一台水泵输出功率确定容量。

5.3.5.2供电线路

本工程设备用电为专用，从35kV变电站引10kV专用回路，导体为LGJ-120架空至水泵站站内10kV变配电房，架空线路长度7km。

进线设10/0.4kV变压器250kva1台，站内配高压配电柜（总开关柜、计量柜、补偿柜、出线柜）、低压配电柜（总开关柜、计量柜、补偿柜、出线柜），站内低压配电采用YJV22电缆，室外电缆采用直埋敷设方式，室内采用CT电缆沟和穿SC钢管埋地敷设方式。

6建设规模及主要建设内容和工程量

6.1工程建设规模及涉及的范围

建设范围：

重庆市**县2井区钻井用主供水管线建设工程涉及**县*

*镇及**县平安乡。

建设规模：

，**2井区钻井用主供水管线建设工程输水规模确定为2000m3/d。

供水管线连续运行约100天即可满足所有平台的用水总量。

考虑到各钻井平台均设置有2000m3清水池，对钻井压裂供水具有一定调节性，供水管线按照24h连续运行考虑，最终确定供水管线建设规模为83.33m3/h。

6.2项目主要建设内