CN101377124A - 水平裸眼导流槽井和糖葫芦井煤层气开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用流体切割枪在煤层水平裸眼井段，采用高压空气－水混合流体在井眼附近煤层中，切割出一组具一定深度和相位角的导流槽，形成导流槽井，以及在煤层水平井段，交替切割出导流槽和具一定间距和一定直径大小的一串洞穴，形成由井眼和导流槽连通的洞穴串井－糖葫芦井，以及由该二类型井构成的井组来开采煤层气的方法。

Description

水平裸眼导流槽井和糖葫芦井煤层气开采方法

本发明涉及一种煤层气开采领域煤层气开采方法，具体涉及一种用流体切割枪在煤层水平裸眼井段，采用高压空气—水混合流体在井眼附近煤层中切割出若一组具一定深度和相位角的导流槽，形成导流槽井，以及在煤层水平井段交替切割出导流槽和具一定间距和一定直径大小的一串切割洞穴，形成由井眼和导流槽连通的洞穴串井—糖葫芦井，以及由该二类井构成的井组来开采煤层气方法。

背景技术

在煤层气勘探开采领域，通常采用钻探煤层气井，通过排水降压使煤层中的甲烷气解吸而产出(排水采气)来实现煤层气的开采。目前，煤层气开采井主要有垂直井、水平井、水平多分支井(羽状井)和倒伞状井组。垂直井是通过钻井工艺垂直穿透煤层，完井后通过水力压裂强化改造来实现煤层气的商业性开采。其优点是钻井工艺简单、压裂强化工艺方法成熟、工程造价低廉、适合在地势平缓的区域钻布开采井网。其缺点是单井产气量较低、不利于集中排水采气管理、后期生产费用较大，尤其是强化压裂造成排水采气过程中有大量的煤粉产出，导致煤层中裂缝导流通道堵塞，使产气量、水气量下降，甚至埋卡排水管柱，造成频繁修井。水平井是通过水平井钻井工艺实现裸眼井段在煤层中长距离穿越。多分支井是在水平主井的两翼，钻多个沿煤层长距离穿越的分支井来增加气水排泄面积，然后通过后钻的垂直排水井形成排水采气开采井组，进而实现煤层气开采。倒伞状井组是一口垂直排水井位于井组中间，四周分布若干口以中间的垂直排水井为靶心，在煤层中长距离穿越定向水平井。水平井、多分支井和倒伞状井组的优点是煤层排泄面积大、煤层气产量高、煤层基本保持原始状态、相对垂直压裂井煤粉产出较少、煤层中裂隙裂缝不易被煤粉堵塞、能集中排水采气与生产管理、开采期生产费用相对较低、适用于地面地形较复杂和煤层固结程度较高的区域布井，其缺点是钻井工艺复杂、工程难度大、费用高、井径小、钻井期间易污染煤层、排采期间煤层垮塌易堵塞井眼、垮塌堵塞井眼维修难度大、大段水平裸眼井段煤层不能强化改造、原生气液排泄导流通道(裂隙、裂缝)能力有限等缺点。

发明内容

为了克服垂直井单井产气量较低、不利于集中排水采气管理、生产费用较大，尤其是强化压裂造成排水采气过程中有大量的煤粉产出，进而导致煤层中裂缝导流通道堵塞，使气、水产量下降，甚至埋卡排水管柱，造成频繁修井的缺点，也为了克服水平井、水平多分支井和倒伞状井组钻井期间易污染煤层、排采期间煤层垮塌易堵塞井眼、垮塌堵塞井眼维修难度大、大段水平裸眼井段煤层不能强化改造、原生气液排泄导流通道(裂隙、裂缝)能力有限等缺点。本发明提供一种水平裸眼导流槽井和糖葫芦井及其构成的井组的煤层气开采方法，来实现煤层气的开采。它不仅能克服上述缺点，而且能强化改造煤层，改善其渗透性，加快区域煤层降压和气液排泄速度，进而提高煤层气井的产量。

为了实现上述之目的，本发明采用以下技术方案:在井场用泵车组和空气压缩增压车组把一定排量、压力按一定比例的空气—水混合液在一定的高压条件下，通过上下移动带有流体切割枪的油管或连续油管，在煤层裸眼井段进行连续的气—水混合液喷射切割作业，由于在强大的高压流体喷射切割力和气泡喷出切割枪时，气泡瞬间涨大—爆炸(切割枪内外压差导致)所形成的冲击波的双重作用下，这些作用在井眼附近煤层快速形成一组一定深度的流体切割导流槽，而一定直径大小的洞穴则需相对较长时间的持续切割。与此同时，由于气泡爆炸所形成的冲击波的作用，在井眼、导流槽和洞穴附近持续形成为裂隙和微裂缝，并不断向深部发展。在切割过程中，从煤层切割下来的煤屑随气—水混合流快速反排到地面，经地面气固液分离装置，气体、液体进入施工循环系统，而煤屑被分离出去。经过持续切割，就会在井筒附近煤层形成一组导流槽，井筒和导流槽联合构成导流槽井。经过持续切割造洞穴和造导流槽交替作业，就会在井筒附近煤层中形成由井眼和一组导流槽连通的一组洞穴串—糖葫芦井。一组这样的导流槽井或糖葫芦井就在同一煤层中形成煤层气开采井组系统和洞穴组构成的视井网。气—水混合液切割造导流槽和造洞穴作业以及作业过程中气—水混合液柱在煤层中形成的负压、高压气泡爆炸所产生的冲击波等的作用，消除、减小了钻井、流体切割时对井眼周围煤层造成的污染，极大地改善了井眼附近煤层的导流特性、扩大了流体的导流通道，极大地延缓由于排采生产过程中煤屑积累和煤层垮塌堵塞导流通道(井眼)的发生，进而提高单煤层气井的产量。

在本发明的具体实施例中，所述高压空气—水混合液切割是由地面泵车组和空气压缩增压车组把一定排量按一定比例的空气—水混合液在一定的高压条件下，通过地面管汇系统注入井下作业管柱—带有切割枪的油管或连续油管。由于切割枪喷嘴的节流作用，在切割枪内外形成15-20MPa的压力差，喷射枪喷射出的高压气—水混合流对井眼周围的煤层具有强大的切割作用，在这一切割作业的连续作用下，通过上下移动井下作业管柱，就可以在井眼周围的煤层中形成导流槽和流体切割洞穴，与此同时，从煤层切割下来的煤屑随气—水混合流快速反排到地面。导流槽的相位形态和数量由流体切割枪型决定，而导流槽的深浅和洞穴直径的大小由空气—水混合液的排量、压力和切割时间长短来控制。

所述一定比例的高压空气—水混合液是为了控制环空中气—水混合液在煤层中所产生的压力(负压)应小于煤层的解吸压力，这既形成在负压条件下进行切割作业，其作用一是减少切割作业对煤层的污染，二是防止煤层气大量解吸并随空气—水混合液一起排出易造成爆炸的安全隐患，三是高压空气泡喷出流体切割枪时气泡瞬间涨大—爆炸(流体切割枪内外压差导致)所形成的冲击波在井眼、导流槽和洞穴附近持续形成为裂隙和微裂缝，并不断向深部发展，这一作用既加快切割速度，又改善了井眼、导流槽和洞穴附近煤层的导流特性，起到了强化改造煤层的作用。

所述一组导流槽是由切割枪上的喷嘴相位成120度的三个喷嘴或90度的四个喷嘴在高压气—水混合液切割作用下，在井眼附近形成三条相位成120度和四条相位成90度、深度1-2米的不规则导流槽，构成导流槽井。其作用是扩大气水的导流通道，强化、改善导流槽附近煤层的导流性能，消除钻井时对煤层的污染、防止由于煤屑积聚和煤层垮塌造成的导流通道—井眼的堵塞。

所述一组洞穴是由切割枪在高速喷射气—水混合流的作用下，在煤层井眼附近形成间距100-200米(洞穴间距的大小受煤层渗透性好坏、开采年限等因素的控制)、直径1-2米的一组不规则洞穴，这些洞穴由井眼和一组导流槽连通的一组洞穴串，构成糖葫芦井。其作用是增加煤屑储积空间，消除污染、强化、改善洞穴附近煤层的导流性能。

所述一组导流槽井是由若干个导流槽井或多分支井导流槽井段构成的煤层气开采井组系统，导流槽井之间的距离受煤层渗透性好坏、开采年限等因素的控制。其作用是区域排采、联合降压解吸采气，提高煤层气井的产量、加快采气速度，提高煤层气采收率。

所述一组糖葫芦井或多分支井糖葫芦井段在开采区域煤层中联合形成地下视井网(井距和洞穴间距的大小受煤层渗透性好坏、开采年限等因素的控制)。其作用是区域煤层排采、联合降压解吸，提高煤层气井的产量、加快采气速度，提高煤层气采收率。

附图说明

图1为本发明现场施工状态示意图；

图2为本发明井眼导流槽井轴横截面示意图；

图3为本发明导流槽井结构示意图；

图4为本发明糖葫芦井结构示意图；

图5为本发明导流槽井组结构示意图；

图6为本发明煤层中糖葫芦井组结构状态示意图

具体实施方式

如图1所示，所述高压空气—水混合液流体切割是由地面泵车组2和空气压缩增压车组3把一定排量按一定比例的空气—水混合液5在一定的高压条件下，通过地面管汇系统4注入来回移动的井下作业管柱—带有流体切割枪11的油管8或连续油管8。由于切割枪11喷嘴12的节流作用，在切割枪11内外形成15-20MPa的压力差，喷射枪11喷射出的高压气—水混合流5对井眼10周围的煤层15具有强大的切割作用，在这一流体切割作业的持续连续作用下，就可以在井眼10周围的煤层15中形成导流槽13和流体切割洞穴14。与此同时，从煤层切割下来的煤屑随气—水混合流16快速反排到地面，经地面气固液分离装置17，气体18、液体19进入施工循环系统，煤屑被分离出去。导流槽13的形态和数量由流体切割枪11型决定，导流槽13的深浅和洞穴14直径的大小受空气-水混合液5的排量、压力和切割时间长短的控制。

所述一定比例的高压空气—水混合液5—切割流体，是为了控制环空气—水混合液在煤层中所产生的压力(负压)小于煤层15的解吸压力。其作用一是消除、减少切割液对煤层15的污染，二是防止煤层气大量解吸并随空气—水混合液16一起排出易造成爆炸的安全隐患。三是高压空气泡喷出切割枪11时，气泡瞬间涨大—爆炸(切割枪11内外压差导致)所形成的冲击波，导致井眼10、导流槽13和洞穴14附近煤层15快速垮落致使切割速度加快，同时又在井眼10、导流槽13和洞穴14附近煤层15持续形成裂隙和微裂缝，并不断向深部发展。这些作用既降低了施工时切割液5对煤层15的污染，同时也改善了井眼10、导流槽13和洞穴14附近煤层15的导流特性，起到了强化改造煤层15的作用。

如图2、3所示，所述一组导流槽是由切割枪11上的喷嘴12相位成120度的三个喷嘴12或90度的四个喷嘴12在高压气—水混合液5的切割作用下，在井眼10附近形成三条相位成120度或四条相位成90度、深度1-2米的不规则导流槽13，构成导流槽井19。其作用是扩大气水的导流通道，强化、改善井眼10、导流槽13及其附近煤层15的导流性能，防止由于煤屑和煤层15垮塌造成井眼10堵塞。

如图4、6所示，所述一组洞穴14是由切割枪11在高速喷射气—水混合流5的作用下，在煤层井眼附近形成间距100-200米(洞穴14间距的大小受煤层15渗透性好坏、开采年限等因素的控制)、直径1-2米的一组不规则洞穴14，这些洞穴14由由井眼10和一组导流槽13连通的一组洞穴14串，构成糖葫芦井20。其作用是增加煤屑、流体的储积空间，强化、改善洞穴14附近煤层15的导流性能，防止由于煤屑和煤层15垮塌造成井眼10堵塞。

如图5所示，所述一组导流槽井是由若干个导流槽井19或多分支井(井段间距大小受煤层渗透性好坏、开采年限等因素的控制)导流槽井段19构成的煤层气开采井组系统。其作用是区域排采、联合降压解吸采气，提高煤层气产量、加快采气速度，提高煤层气采收率。

如图6所示，所述一组糖葫芦井是由若干个糖葫芦井20或多分支井糖葫芦井段20在开采区域煤层中联合形成地下视井网(洞穴14间距和井段间距的大小受煤层渗透性好坏、开采年限等因素的控制)。其作用是区域排采、联合降压解吸采气，提煤层气井产量、加快采气速度，提高煤层气采收率。

Claims (8)

1、一种用水平裸眼导流槽井和糖葫芦井开采煤层气方法，其特征在于:通过来回移动由油管或连续油管下方到煤层水平裸眼井段的流体切割枪，采用地面共给的高压空气—水混合液在井眼附近煤层中连续切割出若干条具一定深度和相位角的切割导流槽，形成导流槽井，以及在煤层水平井段交替切割出导流槽和具一定间距和一定直径大小的一串切割洞穴，形成由井眼和导流槽连通的洞穴串井糖葫芦井，以及用该方法作业形成的导流槽井组和糖葫芦井组来开采煤层气。

2、根据权利要求1所述的水平导流槽井和糖葫芦井开采煤层气方法，其特征为在井场地面用泵车组和空气压缩增压机组把一定排量按一定比例的空气—水混合液在一定的高压条件下，通过上下移动带有流体切割枪的油管或连续油管，在煤层水平裸眼井段进行连续的切割作业，由于在强大的高压流体喷射切割力和气泡喷射出切割枪时气泡瞬间涨大爆炸所形成的冲击波的双重作用下，在井眼附近快速形成一组一定深度的切割导流槽和洞穴，与此同时，由于在气泡爆炸所形成的冲击波的作用，在井眼、导流槽和洞穴附近持续形成为裂隙和微裂缝，并不断向深部发展，经过持续切割，就会在井筒附近煤层形成一组导流槽，井眼和导流槽联合构成导流槽井，经过持续水利切割造洞穴和造导流槽交替作业，就会在井眼附近煤层中形成由井眼和一组导流槽连通的一组洞穴串—糖葫芦井。

3、根据权利要求1和2所述用一定比例的高压空气—水混合液其特征是:为了控制环空中气—水混合液在煤层中所产生的压力既要小于煤层的解吸压力，防止煤层气大量解吸并随空气—水混合液一起排出易造成爆炸的安全隐患，又要保证在负压条件下进行切割，减少切割过程对煤层造成的污染，也要使高压空气泡喷出切割喷射枪时气泡瞬间涨大—爆炸所形成的冲击波在井眼、导流槽和洞穴附近持续形成为裂隙和微裂缝，并不断向深部发展，这一作用既加快切割速度，又改善了井眼、导流槽和洞穴附近煤层的导流性能，起到了强化改造煤层的作用。

4、根据权利要求1和2所述的一组导流槽，其特征是由切割枪上的喷嘴相位成120度的三个喷嘴或90度的四个喷嘴，在高压气—水混合液作用下，在井眼附近形成三条相位成120度或四条相位成90度、深度1-2米的不规则导流槽，其作用是扩大气水的导流通道，强化、改善导流槽附近煤层的导流性能，防止由于煤屑和煤层垮塌造成的导流通道堵塞。

5、根据权利要求1和2所述的一组洞穴其特征是由切割喷射枪在高速喷射气—水混合流的作用下，在煤层井眼附近形成间距100-200米，直径1-2米的一组不规则洞穴，这些洞穴由由井眼和一组导流槽连通的一组洞穴串，形成糖葫芦井，其作用是增加煤屑、流体的储积空间，强化、改善导流槽、洞穴附近煤层的导流性能。

6、根据权利要求1和2所述的一组导流槽井其特征是由一定间距的若干个导流槽井或多分支井导流槽井段构成的煤层气开采井组系统，其作用是区域排采、联合降压解吸采气，提高单井产量、加快采气速度，提高煤层气采收率。

7、根据权利要求1和2所述的一组糖葫芦井其特征是由一定间距的糖葫芦井或多分支井糖葫芦井在开采区域煤层中联合形成地下视井网系统，其作用是区域排采、联合降压解吸采气，提高单井产量、加快采气速度，提高煤层气采收率。

8、利用权利要求1—7所述方法，开采致密砂岩油气藏时，也属本专利的保护范围。

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