T/CSER 006-2024 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术规范

ICS 13.020.40
CCS Z 05
团体标准
T/CSER 006—2024
低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术规范
Technical specification for gas-liquid-driven in-situ fracturing remediation of contaminated soil in lowpermeability strata
2024-09-19 发布2024-09-20 实施
中关村众信土壤修复产业技术创新联盟发布

目次
目次............................................................................................................................ I
前言...........................................................................................................................II
1 适用范围.................................................................................................................... 1
2 规范性引用文件........................................................................................................ 1
3 术语和定义................................................................................................................ 2
4 编制目的、设计原则及技术流程............................................................................ 3
5 压裂注入修复井场布局及物资供应........................................................................ 5
6 设备配套.................................................................................................................... 7
7 分段多层压裂施工方法及技术规范........................................................................ 9
8 过程控制.................................................................................................................. 13
9 劳动安全与职业卫生.............................................................................................. 13
10 总体要求................................................................................................................ 14
附录A 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术参数确定................... 15
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II
前言
本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1 部分：标准化文件的结构
和起草规则》规定起草。
本文件由中关村众信土壤修复产业技术创新联盟归口。
本文件由中国石油大学（北京）克拉玛依校区牵头，联合10 家单位起草。
本文件主要起草单位：
中国石油大学（北京）克拉玛依校区、同济大学、中国石油大学（北京）、
北京化工大学、浙江海洋大学、中国矿业大学（北京）、北京大学鄂尔多斯能源
研究院、上海金泰工程机械有限公司、上海亚新城市建设有限公司、同力地质科
技有限公司
本文件主要起草人：
侯冰冯世进张丰收陈宏信张其星戴一凡张宇肖英建王剑波李小迪
徐泉崔壮曾悦王财宝刘珊周洋张晓磊刘见通陈思源李道华王涛顾军
吴希平谢添王小华丁露沈前李全李猛利
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低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术规范
1 适用范围
本标准规定了低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复工程的总体要求、
工艺设计、主要工艺设备和材料、检测与过程控制、主要辅助工程、劳动安全与
职业卫生、施工与调试、运行与维护等。
本标准适用于低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复工程的建设与技
术依据。
本标准也适用于低渗有机污染土壤的原位压裂修复，可与其他修复技术，如
化学氧化、强化抽提等技术协同使用，处理气态有机物、溶剂性有机物、土壤吸
附态有机物、非水相液体（NAPL）污染的地块。
2 规范性引用文件
本标准引用了下列文件或其中的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期
对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改
单）适用于本文。
GB 3096 声环境质量标准
GB 15603-2022 危险化学品仓库储存通则
GB 36600 土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准
GB 50187 工业企业总平面设计规范
GB 50275 风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范
GB 50727 工业设备及管道防腐蚀工程施工质量验收规范
GB/T 19772-2005 城市污水再生利用地下水回灌水质
GB/T 20801 压力管道规范工业管道
GB/T 24600-2009 城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质
GB/T 34525-2017 气瓶搬运、装卸、储存和使用安全规定
GB/T 34807-2017 岩土工程仪器设备的检验测试通用技术规范
HJ 25.5 污染地块风险管控与土壤修复效果评估技术导则
JGJ/T 87-2012 建筑工程地质勘探与取样技术规程
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SY/T 5107-2016 水基压裂液性能评价方法
SY/T 5108-2014 水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法
SY/T 5289-2016 油、气、水井压裂设计与施工及效果评估方法
SY/T 5727 井下作业安全规程
SY/T 6270 石油天然气钻采设备固井、压裂管汇的使用与维护
SY/T 6276 石油天然气工业健康、安全与环境管理体系
SY/T 6362 石油天然气井下作业健康、安全与环境管理体系指南
SY/T 6690 井下作业井控技术规程
T/CSER 001-2023 铬污染土壤修复后安全利用技术导则
Q/SY 02553 井下作业井控技术规范
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
3.1
原位修复In Situ Remediation
原位修复是在不改变土壤位置的情况下，通过添加土壤改良剂等方法对土壤
污染物进行去除，从而实现土壤修复的过程。
3.2
水力压裂Hydraulic Fracturing
采用地面高压泵车，通过压裂管柱，以高于土体自然渗透速度的流速向土体
中注入压裂液，使土体破裂产生裂缝的技术手段。
3.3
气体压裂Gas Fracturing
采用地面高压泵车，通过压裂管柱，以高于土体自然渗透速度的方式向土体
中注入气体（如二氧化碳气体），使土体破裂产生裂缝的技术手段。
3.4
工厂化压裂Factory Fracturing
在施工现场，采用具有供水、供液、供砂、压裂功能的一体化、专业化施工
流程，对平台多井多段等进行批量压裂作业。
3.5
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3
压裂液Fracturing Fluid
压裂液是指由多种添加剂按一定配比形成的非均质不稳定的混合体系，是对
土体进行压裂改造时使用的工作液。
3.6
污染土壤Contaminated Soil
污染物进入土壤并积累到一定阈值，如有机污染物六六六或滴滴涕大于1.0
毫克每千克，引起土壤质量降低，并对人体健康或生态环境产生不利影响的土壤。
3.7
低渗透土壤Low Permeability Soil
透水性差、渗透性低的土壤。一般经过现场原位试验检测渗透系数小于10-6
厘米每秒的土壤。
3.8
塑性指数Plasticity index
塑性指数能综合地反映土的矿物成分和颗粒大小的影响，塑性指数愈大，表
明土的颗粒愈细，比表面积愈大。在工程上常按塑性指数对黏性土进行分类，粉
土为塑性指数小于等于10 且粒径大于0.075 的颗粒含量不超过总质量50%的土，
黏性土为塑性指数大于10 且粒径大于0.075 的颗粒含量不超过总质量50%的土。
3.9
粘性土Clay
含粘土粒较多，透水性较小的土壤，一般指塑性指数大于10 的细粒土。
3.10
粉性土Powdery Soil
含粉土粒较多的土壤，一般指粒径大于0.075 毫米的颗粒质量不超过总质量
的50%，且塑形指数小于或等于10 的细粒土。
3.11
井场Well Site
钻井压裂施工作业的工作场地。
4 编制目的、设计原则及技术流程
4.1 编制目的
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本规范的制定与实施将显著提升我国低渗透污染场地的管理水平，缓解低渗
透污染土壤问题，大大促进工业污染场地土地再利用效率，释放数十万亩可利用
土地，有效缓解因土地资源紧张造成的社会问题，经济、社会、环境效益巨大，
符合我国可持续发展的长期战略规划。
4.2 设计原则
1）绿色性原则：低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术需遵循绿
色修复理念，避免能源和资源浪费
2）同时性原则：低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术应符合环
境影响评价文件及审批意见的要求，其防治污染设施应与主体工程同时设计、同
时施工、同时运行
3）修复性原则：低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术处理后土
壤渗透率需满足修复目标值的要求
4）针对性原则：低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术应因地制
宜、科学合理，具备针对性和有效性。修复工艺设计本着成熟可靠、技术先进、
经济适用的原则，并考虑节能、安全、操作简便。修复工程应与修复工艺水平相
适应
5）规范性原则：应对低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术施工
和运行过程中所产生的废气、废水、固体废物及其他污染物进行治理，并达到
GB9078、GB13271、GB1554、GB16297、GB37822、GB 8978、GB12348 、GB
15618、GB 36600 等国家、地方和相关行业排放标准要求。
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4.3 技术流程
图4.1 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术流程要求
5 压裂注入修复井场布局及物资供应
5.1 场址选择
5.1.1 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复工程实施前，应按国家相
关标准规范要求对目标场址开展调查，确定是否符合工程建设、环境保护及人居
安全相关要求，具体调查内容一般包括：
1 区域气象气候条件，包括气温、降水量、主导风向等。
2 拟选场址工程地质和水文地质条件。
3 拟选场址用途（现状及规划）。
4 拟选场址周边敏感目标分布状况。
5 交通条件。
6 能源供应条件，包括燃气、电力供应等。
5.1.2 宜结合工艺特点和场地现状对主体工程、二次污染防治设施、辅助工
程和配套设施进行分区布置，主体工程和辅助工程应衔接便利。
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5.1.3 应综合考虑场址内及周边敏感目标的分布，办公区应布置在主导上风
向。主体工程应布置在主导下风向且远离居住区等敏感目标，降低施工及运行过
程的环境影响。
5.1.4 场地平面布置应遵从降低环境影响、方便施工及运行维护等原则，并
按照消防要求预留消防通道。
5.1.5 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复区域周边需设置围护和警
示标志，禁止无关人员进入。
5.2 井场准备
5.2.1 井场须平整，井场可使用面积须满足压裂作业占地需求。
5.2.2 井场应设置宽度不小于3.5 米的主安全通道，安全通道要保持畅通，
并标有逃生方向；井场设置的逃生路线、紧急集合点等必须标识清楚。
5.2.3 井场内建有液体分流沟槽，沟槽铺设防渗布进行防渗防漏，沟槽排水
通畅、不得堵塞、占用。
5.2.4 作业期间，在作业区域使用难燃防渗膜、接油盘、围堰等防护设施，
进行环境保护。
5.2.5 作业过程中产生的残液、余液应集中收集处理。
5.3 物资供应与储存
5.3.1 为保障平台压裂连续作业需求，配备多级储水+快速转水系统；在平台
附近设置支撑剂、化工料储存点，不同规格支撑剂、不同类型化工料分区堆放，
便于装卸及使用要求。
5.3.2 供水及蓄水
5.3.2.1 水源应满足压裂施工的用水需求及供水速度。
5.3.2.2 供液系统的供液能力应满足压裂用水需求，并配备应急供液设备。
5.3.2.3 根据蓄水池容量及供水能力匹配合理数量的过渡罐，满足连续压施
工用水要求。
5.3.3 支撑剂储供
5.3.3.1 支撑剂储存点满足储砂和吊车对作业面的需求，支撑剂码放需预置
管排，底部和顶部铺好防渗雨布。
5.3.3.2 支撑剂规格、储备量满足施工要求，并分类存放。
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5.3.3.3 供砂优先使用连续加砂装置，供砂速度满足施工最高砂比要求。
5.3.4 气体储供
5.3.4.1 气瓶搬运、装卸、储存和使用作业人员需持证上岗。
5.3.4.2 气瓶放置时，放置气瓶的地面应平整，同时应对气瓶加以固定，防
止倾倒或滚动。
5.3.4.3 入库的空瓶、实瓶和不合格瓶应分别存放，并有明显区域和标志。
5.3.4.4 气瓶搬运、装卸、储存及使用应按照GB/T 34525-2017 有关规定执行。
5.4 井场区域布局
5.4.1 供液区：相邻供液之间间距不小于1.0 米，供液罐顶部四周设置护栏，
爬梯与供罐顶之间、相邻供液罐之间设置带护栏的廊桥，廊桥使用坚固、耐久的
材料制作，且护栏高度不小于1.05 米。
5.4.2 供砂区：优先采用撬装砂漏供砂，砂漏可以同时储存不少于2 种规格
的支撑剂，并具备快速补充支撑剂能力，砂漏顶部四周设置使用坚固、耐久的材
料制作的高度不小于1.05 米的护栏，不具备砂漏供砂条件时采用砂罐车供砂。
5.4.3 化工料区：化工料分类存放且便于取用，危险化学品堆码应整齐，牢
固，无倒置且不应遮挡消防设备，安全设施，安全标志和通道，化工料区堆码与
储存应满足GB 15603-2022 要求。
5.4.4 压裂作业区：同向相邻压裂车之间间距不小于0.8 米；仪表车应远离
井场压裂注入设备，且距离施工井口不小于15 米。空气单元距离施工井口不小
于10 米。
5.5 安全距离及要求
5.5.1 吊车底盘及上车车架与井口之间最小距离不低于5 米。
5.5.2 压裂设备隔离设施距离不小于1 米。
5.5.3 消防器材房、材料房距离压裂高压管线不小于20 米。
5.5.4 井口液动平板阀远控装置距离井口不小于25 米。
5.5.5 储液池周围安装安全防护围栏、配置救生器材，设置警示标识。
6 设备配套
6.1 地面流程
满足压裂前的通井、洗井、试压、射孔等工序的排液、泄压要求；同时满足
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压裂期间及后期井简砂堵返排、井简清理、节流降压等工艺要求。
6.2 压裂设备
6.2.1 压裂设备分为地面设备和井中设备两部分。其中，地面设备主要为高
压注入设备（增压泵、注浆泵、高压管汇及各类阀门）、数据采集设备等；井中
设备主要为水力膨胀跨接式封隔器、坐封管线和注入管柱。
6.2.2 注浆泵最大注入压力不低于10 兆帕，总输出水马力满足连续施工要求。
6.2.3 混砂装置排量>40 升每分钟，且各种仪表应齐全正常，总供液能力满
足连续施工要求，且现场应有应急备用。
6.2.4 仪表控制室应能控制压裂泵注设备和监测混砂设备，能实时显示主压
车、混砂设备以及井口压力、封隔器压力、排量、液量等各项数据，并能实时采
集、记录、储存、远程传输作业数据。
6.2.5 压裂用高压管汇的最低工作压力按连续施工压力不高于管汇额定工作
压力80%的原则进行选择。
6.3 配液设备
6.3.1 多介质混配装置至少能够满足3 种干粉和液体添加剂的配制要求；
6.3.2 配液设备配液速度应满足施工排量要求，配液速度若达不到施工排量
要求，应配备适量缓冲罐。
6.3.3 配液罐要求
6.3.3.1 配液罐应保证在环境温度-10 摄氏度至+50 摄氏度的条件下正常工作；
6.3.3.2 配液罐应适用于铁路、公路运输，满足装卸要求，并能够在井场附
近短距离移动；
6.3.3.3 当配液罐进行配液及注液工作期间，严禁接触配液罐内部搅拌器及
各连接管卡；
6.3.3.4 严禁配置对配液罐、储液罐及运输管道有腐蚀的介质；
6.3.3.5 定期对配液罐内揽拌器运转情况进行检查，如发现有异常噪音或搅
拌器工作情况不正常等异常情况，应及时关闭设备并进行检修；
6.3.3.6 定期对配液设备密封性能进行检查，如发现漏液、破损等情况应及
时进行修理。
6.3.4 每个压裂周期结束后，应对配液设备进行彻底清洁工作，防止配液设
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备堵塞。
6.4 高压防护设施
6.4.1 压裂作业区与其他作业区采用安全防护挡板隔离，并用警示锥、警示
带标识。
6.4.2 高压管汇管线用绑带绑定，并符合SY/T 6270 中的规定。
6.4.3 井口、压裂区、联合作业区等现场配置视频监控摄像头和满足夜间作
业的照明设施，高压泵注期间施工方落实专人对视频监控区进行监控。
6.5 消防设施
6.5.1 现场应配备消防供水系统，满足消防用水的需求。
6.5.2 井口压裂区域配置2 具35 千克干粉灭火器。
6.5.3 每台压裂车（橇）配备2 具8 千克干粉灭火器，每组压裂泵配备1 具
35 千克泡沫灭火器，灭火器均放置在车头地面位置。
7 分段多层压裂施工方法及技术规范
7.1 资料录取
压裂设计前录取的资料种类区域地质概况资料、土壤资料、流体性质资料、
地层测试资料、井场环境资料等，录取依据SY/T 5289-2016 执行。
7.2 工艺优选
压裂工艺优选根据地层条件、井眼轨迹和地质要求等以实现小层充分动用、
提高单井修复效率为目的，优选压裂工艺：该工艺能有效实施分段压裂，操作简
便经济高效、安全环保、便于压后生产和后期作业。
7.3 压裂作业准备
1.钻孔地点：确定钻孔深度以及压裂修复位置。
2.井间距：设计每两口井所在位置井间距不小于3 米。
3.井深：根据每节钻杆长度以及封隔器长度，设计的压裂深度。
4.先导钻孔深度：利用钻机回转钻进至地下设计深度，钻具采用内螺纹式保
证孔壁光滑完整，施工方式依照JGJ/T 87-2012《建筑工程地质勘探与取样技术
规程》相应条例执行。
5.钻进过程：钻进过程中保持竖直，使用泥浆护壁，钻杆推进方向与竖直方
向每100 米允许偏差为±2 度。
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6.压裂杆下入：缓慢上提钻具，将钻杆替换成带封隔器的压裂杆，然后在缓
慢将压裂杆下放至地下。
7.配置水力压裂液：压裂作业所用水力压裂液应现场配置，所配置的压裂液
流体粘度不小于10.5 毫帕·秒。
8.气体压裂作业：采用气体压裂时，压裂作业所用气体应保证安全无污染。
9.分层压裂：分层压裂采用从自下往上的注入顺序，在每一次坐封、注液压
裂之前，记录时间点，以及相应的地表位移，水压观测数据。
10.压裂注入流量：压裂作业时，注入流量应根据压裂现场土壤强度、土壤
类型、压裂修复面积、风险评估报告等确定，在保证安全的条件下调整注入流量
以覆盖需压裂修复位置。
11.压裂注入时间：压裂作业时，注入时间应根据压裂现场土壤强度、土壤
类型、压裂修复面积、风险评估报告等确定，在保证安全的条件下调整注入时间
以覆盖需压裂修复位置。
12.压裂影响范围：进行压裂作业所影响范围应尽可能覆盖土壤污染位置。
13.压裂施工压力：考虑压裂施工时的压力，做好井内压裂管柱的固定，防
止压裂过程管柱移位，影响压裂施工正常进行。
7.4 压裂作业流程
7.4.1 水力膨胀跨接式封隔器清水坐封流程
1）在指定钻孔深度位置下入水力膨胀跨接式封隔器、坐封管线和注入管柱；
2）打开水箱阀门，让水缓慢流入上下封隔器中，打开泄压阀，控制清水坐
封管道中的压强，这一阶段不应该有压力起伏；
3）压强增加速率需要可控，对于黏土每次压强的增加量应为预计临塑压力
的1/5，其值应在10-100 千帕范围内；
4）每阶段增加后需要维持3 分钟，分别在1 分钟、2 分钟、3 分钟读取进入
封隔器的水量，并在3 分钟的读数读完后施加下一级的压力；
5）压强达到临塑压力或预计的封隔器膨胀体积达到10%，停止加压，维持
压强。
7.4.2 压裂作业流程
1）打眼钻孔：根据区域地质概况资料、土壤资料、流体性质资料、地层测
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试资料、井场环境资料及土壤污染情况等资料，设计原位压裂钻孔井区规划及打
孔设计深度，进行钻孔作业；
2）裸眼完井：指套管下至作业层顶部进行固井，作业层段裸露的完井方法。
根据压裂施工现场土壤含水率及设计压裂深度等情况，选择钻孔井段完全裸露的
完井方法；
3）双封单卡：采用小直径双封隔器单卡目的层压裂，通过反洗、拖动实现
一趟管柱多个层段的压裂。其工艺结构为：封隔器+导压喷射器+封隔器+丝堵；
4）清水坐封：在指定钻孔深度位置下入水力膨胀跨接式封隔器、坐封管线
和注入管柱，保证封隔器中心压裂注射孔位于需压裂深度指定位置；
5）打压验封：进行水力膨胀跨接式封隔器清水座封流程，封隔器坐封成功
后，从压裂注入管内注液打压验封，井口压力超过坐封前压力为合格。
6）配置压裂液：当采用水力压裂时，在配液设备中现场配置水力压裂液，
向搅拌罐中注入清水，加入瓜尔胶粉（CAS：9000-30-0，粘度：5000～5500 厘
泊・秒）及40-70 目质量浓度比例为10%的支撑剂，搅拌至少30 分钟，使支撑
剂和压裂液充分混合，减少支撑剂沉降，所配置的压裂液流体粘度不小于10.5
毫帕·秒；当采用气体压裂时，压裂作业所用气体应保证安全无污染，同时应注
意气体使用安全性。
7）压裂作业：压裂过程中，保持泵和搅拌装置持续运行，确保配液设备配
液速度满足施工排量要求；启动压裂泵，通过压裂管柱将配置好的压裂液以一定
流量注入土层中，先用小流量高水压档打开裂缝，在注射压力明显下降后，逐渐
加大流量。在注液期间注意保持封隔器气压稳定。在注液压裂期间，注意监测地
表起伏变化。
8）分层压裂：分层压裂采用从自下往上的注入顺序，在每一次坐封、注液
压裂之前，记录时间点，以及相应的地表位移，水压观测数据。分层压裂过程中，
需根据录取的施工现场区域地质概况资料、土壤资料、流体性质资料、地层测试
资料等确定分层压裂深度及层数，确保不同深度、不同地层污染土壤得到充分、
有效修复，且针对每层污染土壤进行压裂施工过程中不扰动上下层土壤。
9）数据记录：压裂过程中，在仪表控制室通过监测设备记录主压车、混砂
设备以及井口压力、封隔器压力、排量、液量等各项数据，并能实时采集、记录、
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储存、远程传输作业数据。
10）结束压裂作业：压裂作业中出现典型的压裂曲线或地表发现压裂液或达
到单次注浆体积后停止压裂泵，关闭给水泵，压裂作业结束后，应按要求记录压
降。
11）封隔器解封：逐步解封，封隔器解封时，压强减少量应该等于坐封时的
压强的增加量，每次卸压后要维持1-3 分钟，具体时间根据孔壁稳定性决定。
12）检查设备：压裂作业结束后，检查压裂杆是否竖直，是否有损伤以及传
感器读数是否正常，检查压裂管线、封隔器性能是否完好并对配液设备进行清洗。
13）封井：压裂施工及后续施工流程完毕后，对所钻井实施封井流程。为保
证施工后井段安全、对环境无污染，且不影响后续土层用途，采用覆土回填法进
行封井，根据项目现场实际情况，采用素土或灰土回填。
图7.1 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂施工示意图
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8 过程控制
8.1 监测系统应实时监测地下土壤和地下水的温度并传输到控制系统。
8.2 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复工程所有必备的环节宜采
用自动控制系统，如钻进系统，注入系统、废气、废液处理系统等。
8.3 控制系统对各系统参数如温度、压力、流量、液位等进行监测和数据处
理，同时对生产设备工作状态进行画面监测和控制。
8.4 自动控制系统应设配电柜和控制柜，控制柜具备自动和手动互切换双回
路控制系统，并具有自动保护和声光报警功能。
8.5 控制系统应配有安全联动装置，在发生突发情况时，可以关闭压裂系统。
8.6 控制系统可采用中控室集中控制系统或分站就地控制系统。
8.7 自动控制室、计算机房等机械通风不能满足温度、湿度要求的场所，应
设置空调等温湿度调节装置。
8.8 控制系统应配有对注入流体等材料的现场质量监测管控，对注入流体进
行密度、pH 值、流变参数、静态滤失、动态滤失、配伍性等参数监测，相关监
测可依据SY/T 5107-2016 要求。
8.9 控制系统应配有对施工过程中地表变形监测的风险管控，对地表位移、
沉降、隆起、倾斜、裂缝等微观或宏观变形现象进行记录与管控。
9 劳动安全与职业卫生
9.1 污染土壤修复工程的设计、施工和运行应符合国家和地方的劳动生产安
全与职业卫生法规和标准。
9.2 生产作业区应配备消防器材；厂区各明显位置应配有禁烟、防火和限速
等标志。
9.3 产生有害气体、易燃气体和异味的场所应采取通风措施并设置报警装置。
9.4 电力控制装置应将电网电压调节至合适的电压等级再输送给加热电极，
井场内的导电部件应连接并做等电位处理。变压器、配电盘、工艺设备及其它导
电系统部件应按照相关要求连接并接地。
9.5 工程的受压容器应按压力管道设计的有关规定进行设计和检验,高温设
备和管道应设置保温绝热层。地面管道、装置外表面温度宜不高于60 摄氏度，
同时在现场高温区域设置警示标志。项目现场应设置明显标志，严禁明火。
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9.6 应选用噪声小的设备。对于噪声较大的设备，应采用减震消音措施。
9.7 应对操作人员、技术人员及管理人员进行相关专业技术、安全防护、应
急处理等理论知识和操作技能的培训。
9.8 岗位操作人员应配戴个人专用防护用品，防护用品应根据不同岗位合理
配备。
9.9 所有从事生产作业的人员应定期体检并建立健康档案卡。应定期对职工
进行职业卫生教育，加强防范意识。
10 总体要求
10.1 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复工程应因地制宜、科学合
理，秉承绿色修复理念，避免能源浪费。
10.2 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复工程建设及运行全过程应
符合工艺设计与实施方案的要求。
10.3 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复工程应配备相应的监测设
备，对污染物排放和周边环境质量状况进行定期监测。
10.4 低渗透地层污染土壤修复的目标值应根据前期调查报告、风险评估报
告、修复技术方案等相关报告确定，并满足土壤修复后的去向、用途及相关标准
要求。
10.5 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术适用的低渗透地层，
一般指渗透系数低于10-6 厘米每秒的土层。
10.6 距地表6.0 米以内的淤泥、淤泥质土、松散粉性土等松软低渗土层不宜
采用该技术。
10.7 距地表6.0 米以下的淤泥质黏土地层宜满足如下条件：其原状土样的不
排水抗剪强度应在固结快剪试验中大于或等于16.5 千帕，同时摩擦角应大于或
等于15.0 度；或压缩模量应在侧限压缩试验中不小于3.0 兆帕。对于地表6.0 米
以下的其他土层，其压缩模量应满足大于或等于3.0 兆帕的要求。
10.8 在土体种类和强度均满足要求的前提下，本技术适用于修复距地表
30.0 米以内的饱和或非饱和低渗透污染地层。
10.9 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复工程应针对注入流体与地
层配伍性进行检测，避免注入流体污染地下环境及人居安全。
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附录A 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术参数确定
A.1 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术相似准则
A.1.1 裂缝延伸控制方程来源于Clifton 等人提出的三维模型，其基本假设与
前提为：假设响应裂缝壁面上压力变化的地层为各向同性的线弹性体；考虑只对
低渗透油气藏进行压裂，略去孔隙弹性效应；将压裂液缝内流动状态理想化为不
可压缩幂律流体的层流，压裂液被假定在基本平行的孔隙性壁面间流动；由于缝
宽相对于缝高和缝长较小，因而忽略沿缝宽方向的液体速度梯度；裂缝的扩展受
线弹性断裂力学中断裂准则的控制。为方便相似理论的应用，另假设压裂液为牛
顿流体。
弹性平衡方程
Δ� �, � ≡ � �, � − ���
0 �, �, 0
= ?
�
?
∂
∂�n
1
�
∂� �n, �n
∂�n
+
∂
∂�n
1
�
∂� �n, �n
∂�n
��n��n
# �. 1
连续性方程
���
�� + ���
�� + ��
? +
2��
�−��
��0� 0,0 −��
�−� �,�
− �� = 0# �. 2
压力梯度方程
��
��
+ � �
��
�3 = 0# �. 3
��
��
+ � �
��
�3 = ���# �. 4
裂缝扩展条件
�� =
�?
2�?
2� �
�
12
# �. 5
（Wa(S) < Wc时，裂缝不扩展；Wa S > Wc时，裂缝扩展）
A.1.2 单值性条件分析
几何条件——模型的尺寸大小实际上限制了裂缝的极限尺寸。
介质条件——液体的单位体积力（重度）���、粘度系数�'以及岩石等效模
量Ee（弹性模量E 与泊松比�的组合）、断裂韧性�?、滤失系数��可列为此类单
值条件。
边界条件——就地应力分布���
0 ，压裂液的井眼压力p、单位面积上的体积注
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入速率��、泵入流量Q 可列为此类单值条件量。
其中：
� = 2
−ℎ
2
ℎ2
? �� 0, �, � �� # �. 6
起始条件——当经历时间T 后裂缝抵达界面，有效的模拟过程旋即结束。
即：
� = �, ���� = �# �. 7
A.1.3 约束条件分析
在选择单值量作测量单位前，先采用抽象的测量单位作为过渡。这些抽象的
测量单位分别是：
�0, �0, �0?0, �0, ��, �0, �0, ��0, �n0, ���0, �?�# �. 8
利用这些测量单位构成恒等量，将以上恒等量代入方程组，得出如下9 个约
束条件：
p0
Ee0
= 1， �0
Ee0
= 1，
�0
2
t0q0
= 1，
�0KL0
q0 t0
= 1, qI0�0
q0
= 1,
q0�0
'
p010 2 = 1,
�0�Fy0
p0
= 1,
KIC�
Ee0 �0
= 1,
�0
�0�0
= 1### �. 9
A.1.4 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术相似准则
采用的12 个抽象测量单位受9 个约束条件的限制，故只可自由选择其中的
3 个，现选�0, Ee0, �0作为自由测量单位，并代之以单值条件量，即：
�0 = �, ?0 = ?, �0 = �# �. 10
可得其它9 个准则性测量单位（带上标k）：
p0(k) = Ee, �0
(k) = Ee, q0(k) =
Q
L
, t0(k) =
L3
Q
, KL0
(k) =
Q
L
,
q10
(k) =
Q
L2 , �0
'(k) =
EeL3
Q
, �Fy0
(k) =
Ee
L
,
�?0
� = ? �# �. 11
将方程组写为无因次形式：
�? � − �?��
0 � =
�?
?
∂
∂�?n
1
�?
∂�?
∂�?n
+
∂
∂�?n
1
�?
∂�?
∂�?n
��?n��?n# A. 12
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∂�?�
�
∂�?
+
∂�?�
�
∂�?
+
∂�?
∂�− � +
2�?�
� �? � − �?�
�
�?��
0 � − �?�
�
� � − �? �
− �?�
� = 0# �. 13
�� �
��
+ � � ��
�
�3 = 0# �. 14
�� �
��
+ � � �
��
�
�3 = ���
�
# �. 15
�� =
�?
�
2�
2�
�
12
# �. 16
� = 2
−ℎ
2
ℎ2
��
? � 0, �, � � �� # �. 17
� � = �,
�
���� = 1# �. 18
其中的无因次量分别为：
� = 1, ? = 1, � = 1# �. 19
�? =
�
�
, �?' =
x'
�
, �? =
�
�
, �?' =
y'
�
, �? =
�
�
, �?� =
��
�
, �? =
�
�
,ℎ
?
=
ℎ
�
, �? =
�
�
# �. 20
�? � =
�
?
, �?�
� =
��
?
, �?��
0 � =
���
0
?
, ���
−
� =
����
?
# �. 21
�?�
� =
���2
�
, �?�
� =
���
�
, �?�
� =
���
�
, �'
�
=
�n�
?�3 # �. 22
�− � = �?− � =
��
�3 , �?�
� =
��
��0
� = ��
�
�
, �??
� =
�?
�?0
� =
�?
? �
# �. 23
将所有单值条件量代入无因次量表达式得：
�
?
= �?�,
��
?
= �?�,
���
0
?
= �?�,
����
?
= �?�,
��
�3 = �?�, ��
�
�
= �?�,
�?
? �
= �?�,
� � �
?�3 = �?�# �. 24
式(A.24)即为全由单值条件量构成的相似准则。
A.2 低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复技术压裂参数确定方法
A.2.1 经研究发现水力压裂与气体压裂压裂过程具有差异性，气体压裂时破
裂压力明显明显高于水力压裂。气体粘度相较于压裂液粘度更小，在地层中滤失
速度较大，同时气体注入不会改变地层含水率，试样渗透性不会发生明显的改变。
气体在裂缝中流动速度较快，当保持稳定的高压力注入气体时，缝内压力会在短
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时间内升高，打开主裂缝周围的天然裂缝，同时伴有裂缝转向，沟通各级裂缝与
天然裂缝，形成复杂裂缝网络。
图A.1 水力压裂和气体压裂泵压曲线图
A.2.2 经研究发现，低渗透土壤中在不考虑地应力的影响时，水力裂缝扩展
形态是含水饱和度和粘度、排量等因素综合控制的结果。淤泥质粉质粘土相较于
粉质粘土含水饱和度较高，在淤泥质粉质粘土中，压裂液向土壤中渗滤较少，易
在井底形成一定压力，但裂缝起裂所需的水力能量较大。排量较小且上部井筒封
固质量较差时，压裂液易沿井筒向上渗透最终从表面溢出，无法形成裂缝。但是
在淤泥质粉质粘土中压裂液渗滤速度较慢，裂缝起裂时间短，破裂压力较粉质粘
土高，施工排量较高时，主裂缝起裂后压裂液可以在局部多次累积产生裂缝，有
利于形成复杂缝网。因此建议在进行低渗透地层污染土壤气液驱动原位压裂修复
过程时，配置粘度至少为21 毫帕·秒的压裂液，同时根据相似准则计算出现场
所需压裂液排量进行压裂工作。
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图A.2 含水饱和度和排量、粘度的综合影响
A.2.3 经研究发现，采用气体压裂时，地应力不再是控制裂缝起裂和延伸方
向的唯一因素，同时受到土壤含水率的影响。在土体中的垂向应力受到纵向土体
重力、上覆土壤中水的重力，土体孔隙中水压力的共同影响，当采用气体压裂时，
气体也会受到土体孔隙水压力的影响。粉质粘土含水量较低，地应力主导控制裂
缝起裂方向。淤泥质粉质粘土孔隙度较低，裂缝在应力和孔隙水压力的影响下稳
定扩展，起裂速度快。受孔隙水压力的影响，淤泥质粉质粘土起裂较粉质粘土困
难，淤泥质粉质粘土起裂压力比粉质粘土高0.2-0.3 兆帕。因此建议在进行淤泥
质粉质粘土原位气体压裂过程时，应根据现场地质条件，适当提高其起裂压力。
图A.3 含水率和应力差对气体压裂的综合影响