CN101936154A - 一种煤层气水平井钻井架桥导向的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤层气水平井钻井架桥导向的方法：其特征在于，包括如下步骤：获取待开采地区的区域地震资料；根据待开采地区的区域地震资料实施预探直井，测取煤层的实际情况；根据所测取的煤层的实际情况实施预探水平井，测取煤层中破碎带的实际信息参数；根据煤层中煤层的实际情况、破碎带的实际信息参数和钻具造斜能力确定架桥路线；使用钻具按照所确定的架桥路线，绕过破碎带的位置。根据本发明所提供的水平井钻井架桥导向的方法钻水平井，能够合理利用破碎带相对于水平井另一侧的煤层区域中的煤层气，增加水平井的煤层进尺，提高煤层气的开采量。

Description

一种煤层气水平井钻井架桥导向的方法

技术领域

本发明涉及煤层气开采领域，更具体地涉及一种水平井或者多分支水平井架桥导向的方法。

背景技术

煤层气作为一种优质高效且洁净的能源，越来越受到重视，为了能够更好的采集煤层气，对煤层气的开采方法也要求越来越高。现有的煤层气开采通常采用多分支水平井钻进。这种钻井方法能够在保证水平井进尺总量的基础上，使用随钻测井技术(LWD)在边钻井的同时边对水平井内地层特性进行电性测试，根据这种特征判断钻具是在煤层中还是煤层外前进。若钻头在煤层外，就要采用增斜或降斜的工艺，使钻头回归到煤层中来，但对于煤层出现破碎带或构造煤等情形，这样的作法，往往会因为这个复杂地带的煤层坍塌或者掉块，造成无法继续施工或者发生填埋钻具的卡钻事故。

现有的钻井工艺，为了保证和追求水平井的煤层钻遇率(钻头所钻的纯煤层进尺与该段总进尺的比率)，故在钻井过程中，会尽力保证将钻头控制在煤层中钻进，同时为了保障井下钻具安全，防止煤层垮塌造成埋钻具等事故，一旦遇到破碎带，特别是破碎带的覆盖面积较厚，接近于煤层中煤层顶板与底板中间的全部厚度；且出现不利于继续钻进的情形时，如：钻速明显变慢、泵压升高、岩屑增多、掉块增多等情形便停止钻井。如此以来，导致破碎带相对于水平井的另一侧的煤层完全被放弃，降低了煤层气的开采量，浪费了资源。

发明内容

本发明目的在于提供一种煤层气水平井架桥导向的方法，以解决现有煤层气开采过程中破碎带相对于水平井的另一侧的煤层完全被放弃，降低了煤层气的开采量，浪费了资源的问题。

为此，本发明提供了一种煤层气水平井钻井架桥导向的方法：其特征在于，包括如下步骤：获取待开采地区的区域地震资料；根据待开采地区的区域地震资料实施预探直井，测取煤层的实际情况；根据所测取的煤层的实际情况实施预探水平井，测取煤层中破碎带的实际信息参数；根据煤层中煤层的实际情况、破碎带的实际信息参数和钻具造斜能力确定架桥路线；使用钻具按照所确定的架桥路线，绕过破碎带的位置。

根据本发明的进一步改进，测取待开采区域的煤层的实际情况包括如下步骤：根据待开采地区的区域地震资料，选择不同的测试点钻预探直井；在钻预探直井的同时，进行随钻岩屑录井，获取地层柱状剖面图；对预探直井进行完钻电测，获取电测资料；将区域地震资料与由所钻预探直井获取的地层柱状剖面图以及电测资料相结合，得到待开采区域的煤层的实际情况。

根据本发明的进一步改进，煤层的实际情况包括：煤层顶板和底板的岩性、稳定性、可钻性；煤层的特性，包括煤层的厚度与倾角；煤层的中间是否有夹层。

根据本发明的进一步改进，测取煤层中破碎带的实际信息参数包括如下步骤：对比区域地震资料中显示的初步信息参数与所测取煤层的实际情况，分析区域地震资料的误差；根据误差，修正煤层中破碎带的信息参数。

根据本发明的进一步改进，测取煤层中破碎带的实际信息参数进一步包括：将修正后的煤层中破碎带的信息参数与已钻井眼的破碎带显示的信息参数相结合，进一步修正破碎带的信息参数。

根据本发明的进一步改进，确定煤层中破碎带的信息参数进一步包括：根据修正后破碎带的信息参数，钻预探水平井；在钻预探水平井的同时，进行随钻岩屑录井，获取地层柱状剖面图；对预探水平井进行随钻电测，获取电测资料；将修正后的煤层中破碎带的位置与由所钻预探水平井获取的地层柱状剖面图以及电测资料相结合，确定破碎带的实际信息参数。

根据本发明的进一步改进，破碎带的实际信息参数包括：破碎带在煤层中的走向、倾角以及宽度。

根据本发明的进一步改进，实施所述预探水平井的步骤包括：根据已知的破碎带的信息参数选取钻井点，实施预探水平井，在水平井水平段实施至少两支井眼，分别钻穿破碎带，计算破碎带的宽度；根据两条所述井眼与破碎带的钻入点之间的连线在水平面内的投影方向分析破碎带的走向。

根据本发明的进一步改进，破碎带的宽度的计算方法如下：实施预探水平井钻第一井眼钻穿破碎带，记录第一井眼与破碎带的第一钻入点及第一钻出点；在第一钻入点前侧，选取至少一个侧钻点，计算侧钻点与第一钻入点以及第一钻出点之间的距离；在侧钻点实施第二井眼，钻穿破碎带，记录侧钻点与第二钻入点以及第二钻出点之间的距离；应用侧钻点到第一钻入点和第二钻入点之间的距离，计算侧钻点到第一钻入点和第二钻入点之间连线的垂直距离d；应用侧钻点到第一钻出点和第二钻出点之间的距离，计算侧钻点到第一钻出点和第二钻出点之间连线的垂直距离d’；计算破碎带的宽度d’-d。根据本发明的进一步改进，确定架桥的路线的步骤包括选定架桥的方向，其中选定架桥的方向包括：根据所得到的煤层的实际情况判断煤层上部与下部的稳定性，选煤层稳定性强的一侧进行架桥，绕过破碎带。当煤层上部与煤层下部的稳定性一致时，判断煤层顶板和底板的稳定性，选择煤层的顶板或底板中稳定性强的一侧进行架桥，绕过破碎带。当煤层的顶板和底板的稳定性一致时，选择煤层的顶板或底板可钻性强的一侧架桥，绕过破碎带。

根据本发明的进一步改进，架桥的路线进一步包括：根据破碎带在煤层中的走向确定水平井水平段各井眼架桥的造斜点；根据所选定的架桥方向和破碎带的倾角确定水平井架桥的造斜角度；根据水平井架桥的造斜角度以及水平井水平段的所处平面与顶板或底板之间的垂直距离确定水平段架桥的造斜段进尺量；水平段架桥的造斜段进尺量；根据破碎带的宽度确定各井眼架桥段的进尺量。

根据本发明的进一步改进，绕过破碎带的位置的步骤包括：使用所选定的钻具根据所确定的造斜点以所确定的水平段架桥的造斜角度钻取所确定的水平段架桥的造斜段进尺量；调整钻具的角度使钻具根据所确定的架桥段进尺量钻取架桥段；绕过架桥段后，调整钻具的角度降斜或增斜返回架桥前的水平井的水平面继续水平钻井。

本发明的优点：根据本发明所提供的水平井钻井架桥导向的方法钻水平井，能够合理利用破碎带相对于水平井另一侧的煤层区域中的煤层气，增加水平井的煤层进尺，提高煤层气的开采效果。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明，附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1示出了根据本发明煤层气水平井架桥导向方法架桥的一种结构示意图；

图2示出了根据本发明煤层气水平井架桥导向方法架桥的另一种结构示意图；以及

图3示出了在多分支水平井中根据本发明煤层气水平井架桥导向方法架桥钻遇不同走向破碎带的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，以下实施例及附图仅是用以帮助理解本发明，而不能限定本发明的保护范围，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

为了能够在保证煤层中水平井的总进尺或者纯煤进尺的同时，有效地开采煤层中的煤层气，那么寻找一种处理煤层中破碎带相对于水平井的另一侧煤层中煤层气的方法十分重要。

为此，本发明发明人提出了一种煤层气水平井钻井架桥导向的方法，包括如下步骤：

获取待开采地区的区域地震资料；根据待开采地区的区域地震资料实施预探直井，测取煤层的实际情况。在本发明的一种具体实施方式中测取煤层的实际情况可以通过如下步骤实现：根据所获取的待开采地区的区域地震资料所显示的初步信息，如煤层的相对厚度，有无断层或破碎带，若有断层或破碎带，破碎带或断层的信息参数等(破碎带或断层的走向、倾角、宽度等)。并依照所获取的待开采地区的区域地震资料在待开采地区选取不同的测试点，实施(钻)预探直井，边钻井的同时边对该预探直井进行随钻岩屑录井，获取地层岩屑并描绘出地层的岩性剖面柱状图。预探直井的钻井完成后，对所钻的预探直井进行完钻电测，获取电测资料，校正录井资料。将待开采地区的区域地震资料与由所钻预探直井的地层柱状剖面图以及电测资料结合在一起，得到待开采地区的煤层的实际情况。该煤层的实际情况包括煤层顶板和底板的岩性、稳定性、可钻性；煤层的特性，主要为在煤层中是上部稳定还是下部稳定，煤层的厚度以及煤层的倾角，煤层的厚度就是煤层顶板与底板之间的垂直距离。煤层的倾角就是煤层的某一层面与任意水平面所形成的最大的锐角。煤层的中间是否有夹层。煤层顶板或者底板的可钻性一般理解为岩石破碎的难易性，一般的测试方法为在相同钻井条件下，使用相同的钻具组合，施加相同的钻压进行钻进时，单位时间内钻具的进尺越快，可钻性就越强。而煤层的稳定性按照本领域常用的手段判断即可。如煤层的井径扩大率就可以判断煤层的稳定性，井径扩大率小则稳定性强。

根据所测取的煤层的实际情况实施预探水平井，测取煤层中破碎带的实际信息参数；在本发明中测取煤层中破碎带的实际信息参数一种具体方式中包括如下步骤：对比区域地震资料中所显示的初步信息参数与所测取的煤层的实际情况，分析区域地震资料的误差；根据误差，修正煤层中破碎带的信息参数。更为优选地，测取煤层中破碎带的信息参数进一步包括：根据所修正的煤层中破碎带的信息参数与已钻井眼的破碎带显示的信息参数相结合，进一步修正破碎带的信息参数。作为一种变通方式，当待开采区域没有已钻井眼的破碎带显示时，测取煤层中破碎带的实际位置，进一步包括：根据修正后的破碎带的信息参数，钻预探水平井，在钻预探水平井的同时，进行随钻岩屑录井，描绘地层柱状剖面图和岩屑描述记录，对预探水平井进行随钻电测，获取电测资料。已知的破碎带的信息参数与地层柱状剖面图以及电测资料结合在一起，得到破碎带的实际信息参数。当然，也可以在根据已知的破碎带的信息参数与已钻井眼的破碎带显示的信息参数相结合得到煤层中破碎带的信息参数后进一步钻取一条预探水平井，核实待开采地区煤层中破碎带的实际信息参数。

在本发明煤层气水平井钻井架桥导向的方法中，煤层中破碎带的信息参数包括破碎带在煤层中的宽度、走向以及倾角。破碎带的宽度是指水平井井眼在任意水平面内按照垂直于该破碎带的走向的方向钻穿破碎带所需的长度。破碎带的走向是指在待开采地区范围内破碎带在煤层中的水平的延伸方向。破碎带的倾角是随煤层起伏陡缓的倾角，煤层的走势有起有伏，破碎带夹在煤层中间，在相应的位置，破碎带的倾角与煤层的倾角相等，随煤层的起伏而起伏。优选地，测取煤层中破碎带的实际信息参数过程中实施预探水平井的步骤包括：在本发明中实施(钻)预探水平井的过程按照现有技术中水平井的钻井过程实施。在钻预探水平井钻井步骤中包括：根据已知的破碎带的信息参数选取钻井点，实施预探水平井的第一井眼钻穿破碎带，根据随钻电测获取电测资料和岩屑录井的显示的信息，记录第一井眼与破碎带的第一钻入点，以及第一钻出点，计算第一钻入点与第一钻出点之间的距离。将钻具抽回至预探水平井的第一井眼与破碎带的第一钻入点前侧，选定至少一个侧钻点，记录该侧钻点到第一钻入点的距离。从侧钻点按预定角度实施(钻)至少一条第二井眼，再次钻穿该破碎带，并记录第二井眼与破碎带之间的第二钻入点以及第二钻出点。记录侧钻点到第二钻入点之间的距离，以及第二钻入点与第二钻出点之间的距离。第一钻入点与第二钻入点之间的连线在水平面内的投影方向即为破碎带的走向。根据侧钻点到第一钻入点的距离和第二钻入点的距离以及两支井眼之间的夹角计算出侧钻点到第一钻入点与第二钻入点之间的连线或该连线的延长线方向的垂直距离d。再根据侧钻点到第一钻出点的距离与第二钻出点的距离以及两支井眼之间的夹角计算出侧钻点到第一钻出点与第二钻出点之间的连线或该连线的延长线方向的垂直距离d’，破碎带的宽度就为d’-d。根据所测取的煤层的实际情况中煤层的倾角确定破碎带的倾角。如此经过实施预探水平井便可得到煤层中破碎带的实际信息参数。

根据煤层中煤层的实际情况、破碎带的实际信息参数和钻具造斜能力确定架桥路线。如图1与图2所示，图中包括水平井1、直井2、水平井之水平段3、水平井架桥的造斜段31、架桥段33、破碎带4、煤层5、煤层顶板6以及煤层底板7。在本发明中一种具体的实施方式中，确定架桥的路线包括选定架桥的方向，而选定架桥方向的步骤包括：根据所得到的煤层的实际情况判断煤层上部与下部的稳定性，选择煤层稳定性强的一侧进行架桥，绕过破碎带。进一步地，当煤层上部与煤层下部的稳定性一致时，判断煤层顶板和底板的稳定性，选择顶板或底板中稳定性强的一侧进行架桥，绕过破碎带。更进一步地，当煤层顶板和底板的稳定性一致时，选择煤层顶板和底板的可钻性强的地方架桥，绕过破碎带。确定水平井水平段中各井眼遇到破碎带时架桥的方向后，根据所确定的架桥方向与破碎带的实际信息参数进一步确定水平井水平段各井眼遇到破碎带时的架桥路线。这里所指的煤层中破碎带的信息参数包括破碎带在煤层中的走向、倾角以及宽度。如图3所示，在图3中给出了在多分支水平井中根据本发明煤层气水平井架桥导向方法架桥钻遇不同走向破碎带的示意图。其中破碎带4与破碎带4′属于不同走向的两条破碎带。在本发明中架桥的路线进一步包括：根据破碎带在煤层中的走向确定水平井水平段各井眼架桥的造斜点；如图3所示，煤层中破碎带的走向决定了水平井的钻井过程中，水平井水平段各井眼遇到破碎带的先后顺序与位置。破碎带走向不同，与各水平井眼所相遇的位置也不同，这就决定了各水平井眼架桥导向绕开破碎带的起点(造斜点)。根据所选定的架桥方向与破碎带的倾角确定水平井架桥的造斜角度，根据水平井架桥的造斜角度与水平井水平段的所处平面与顶板或底板之间的距离确定水平段架桥的造斜段进尺量。破碎带的倾角随煤层的倾角变化而变化。只有确定了破碎带的倾角，才能计算出绕过破碎带所需架桥的造斜角度。水平井水平段所处的平面与顶板或底板之间的距离可根据煤层的实际信息参数中煤层的厚度与设定的水平井水平段与煤层顶板之间的距离计算所得。架桥绕过破碎带从破碎带上部的顶板或下部的底板穿过时，可根据破碎带的倾角以及水平井水平段的所处平面与顶板或底板之间的垂直距离，便可计算出架桥绕过破碎带造斜段的进尺量。破碎带的倾角的确定决定了架桥导向时，钻具的造斜角度以及造斜段的进尺量。破碎带的宽度决定了架桥导向时架桥段的进尺量，破碎带越宽，相应的架桥段的进尺量就越多。根据所述破碎带的宽度确定各井眼架桥段的进尺量。

使用钻具按照所确定的架桥路线，绕过破碎带4的位置。在本发明的一种典型实施方式中架桥绕过破碎带的位置包括：使用所选定的钻具根据所确定的造斜点以所确定的造斜角度钻取所确定的水平段架桥的造斜段进尺量；调整钻具的角度使钻具根据所确定的架桥段进尺量钻取架桥段；绕过架桥段后，调整钻具的角度降斜或者增斜返回架桥前的水平井的水平面继续水平钻井。

根据本发明的一种水平井钻井架桥导向的方法，不仅适用于煤层中含有破碎带的情况，对于与煤层中破碎带的情况相类似的其他情况，如在含有断层时，也可使用根据本发明的方法，在地层的断层处架桥，绕过断层。

根据本发明所提供的水平井钻井架桥导向的方法钻水平井，能够合理利用破碎带相对于水平井另一侧的煤层区域中的煤层气，增加水平井的煤层进尺。提高煤层气的开采量。同时，该方法所完成的井眼由于绕过了破碎带，相对于有些可以勉强直接穿过破碎带而形成的井眼来说，避免了后期破碎带垮塌堵塞已经形成的井眼从而降低产气量的隐患。

该方法也改变了煤层气水平井(含多分支水平井)一味追求煤层钻遇率而保持钻头一直在煤层的导向思想，实现了以安全钻井、多钻煤层(包括把破碎带之后的煤层也钻出孔道，增加煤层进尺和覆盖面积)、保证后期抽采阶段井眼通畅的钻井思想。

尽管本发明已经结合附图和优选实施例进行了说明，但是很显然，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明作出各种更改和变化。因此，本发明的各种更改、变化由所附的权利要求书及其等同物的内容涵盖。

Claims (12)

1.一种煤层气水平井钻井架桥导向的方法：其特征在于，包括如下步骤：

获取待开采地区的区域地震资料；

根据所述待开采地区的区域地震资料实施预探直井，测取煤层的实际情况；

根据所测取的煤层的实际情况实施预探水平井，测取煤层中破碎带的实际信息参数；

根据煤层中煤层的实际情况、所述破碎带的实际信息参数和钻具造斜能力确定架桥路线；

使用钻具按照所确定的架桥路线，绕过所述破碎带的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测取所述待开采区域的煤层的实际情况包括如下步骤：

根据待开采地区的区域地震资料，选择不同的测试点钻预探直井；

在钻预探直井的同时，进行随钻岩屑录井，获取地层柱状剖面图；

对所述预探直井进行完钻电测，获取电测资料；

将所述区域地震资料与由所钻预探直井获取的地层柱状剖面图以及电测资料相结合，得到所述待开采区域的煤层的实际情况。

3.根据权利要求1-2所述的方法，其特征在于，所述煤层的实际情况包括：

煤层顶板和底板的岩性、稳定性、和可钻性；

煤层的特性，包括煤层的厚度与倾角；

煤层的中间是否有夹层。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，测取所述煤层中破碎带的实际信息参数包括如下步骤：

对比所述区域地震资料中显示的初步信息参数与所测取煤层的实际情况，分析所述区域地震资料的误差；

根据所述误差，修正煤层中破碎带的信息参数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，测取所述煤层中破碎带的实际信息参数进一步包括：

将修正后的煤层中破碎带的信息参数与已钻井眼的破碎带显示的信息参数相结合，进一步修正所述破碎带的信息参数。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，确定所述煤层中破碎带的信息参数进一步包括：

根据修正后破碎带的信息参数，钻预探水平井；

在钻预探水平井的同时，进行随钻岩屑录井，获取地层柱状剖面图；

对所述预探水平井进行随钻电测，获取电测资料；

将修正后的煤层中破碎带的位置与由所钻预探水平井获取的地层柱状剖面图以及电测资料相结合，确定所述破碎带的实际信息参数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述破碎带的实际信息参数包括：破碎带在煤层中的走向、倾角以及宽度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，实施所述预探水平井的步骤包括：

根据已知的破碎带的信息参数选取钻井点，实施预探水平井，在水平井水平段实施至少两支井眼，分别钻穿破碎带，计算破碎带的宽度；

根据两条所述井眼与破碎带的钻入点之间的连线在水平面内的投影方向分析破碎带的走向。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述破碎带的宽度的计算方法如下：

实施预探水平井钻第一井眼钻穿破碎带，记录第一井眼与破碎带的第一钻入点及第一钻出点；

在第一钻入点前侧，选取至少一个侧钻点，计算所述侧钻点与第一钻入点以及第一钻出点之间的距离；

在所述侧钻点实施第二井眼，钻穿破碎带，记录所述侧钻点与第二钻入点以及第二钻出点之间的距离；

应用所述侧钻点到第一钻入点和第二钻入点之间的距离，计算所述侧钻点到第一钻入点和第二钻入点之间连线的垂直距离d；

应用所述侧钻点到第一钻出点和第二钻出点之间的距离，计算所述侧钻点到第一钻出点和第二钻出点之间连线的垂直距离d’；

计算破碎带的宽度d’-d。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述确定架桥的路线的步骤包括选定架桥的方向，其中选定架桥的方向包括：

根据所得到的煤层的实际情况判断煤层上部与下部的稳定性，选煤层稳定性强的一侧进行架桥，绕过所述破碎带；

当煤层上部与煤层下部的稳定性一致时，判断煤层顶板和底板的稳定性，选择煤层的顶板或底板中稳定性强的一侧进行架桥，绕过所述破碎带；

当煤层的顶板和底板的稳定性一致时，选择煤层的顶板或底板可钻性强的一侧架桥，绕过所述破碎带。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述架桥的路线进一步包括：

根据所述破碎带在煤层中的走向确定水平井水平段各井眼架桥的造斜点；

根据所选定的架桥方向和所述破碎带的倾角确定所述水平井架桥的造斜角度；

根据所述水平井架桥的造斜角度以及水平井水平段的所处平面与顶板或底板之间的垂直距离确定水平段架桥的造斜段进尺量；

根据所述破碎带的宽度确定各所述井眼架桥段的进尺量。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述绕过所述破碎带的位置的步骤包括：

使用所选定的钻具根据所确定的造斜点以所确定的水平段架桥的造斜角度钻取所确定的水平段架桥的造斜段进尺量；

调整所述钻具的角度使所述钻具根据所确定的架桥段进尺量钻取架桥段；

绕过所述架桥段后，调整钻具的角度降斜或增斜返回架桥前的水平井的水平面继续水平钻井。

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