CN101994505B - 多目标层煤层气水平井和排采直井配合钻井施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多目标层地质环境煤层气水平井和排采直井配合钻井施工方法，包括步骤：钻设多个排采直井，下入套管时，在每个排采直井中的每个目标层的相应位置下入玻璃钢套管，其它位置为钢套管；从底层的目标层开始向上依次对每个目标层扩眼形成洞穴；当排采直井的所有目标层扩眼形成洞穴后，该排采直井全井替换为清水；投砂至排采直井中最顶层目标层洞穴的洞穴底部；钻设多个水平井的直井段；每个水平井钻设多个造斜段及连通段分别与不同的排采直井的洞穴连通，每个排采直井的每个目标层均分别与不同的水平井的连通段连通；本实施例有效地减少了排采直井和水平井的施工数量，节约施工时间和施工成本；而且节省了因占有地面而增加的成本。

Description

多目标层煤层气水平井和排采直井配合钻井施工方法

技术领域

本发明涉及煤层气开采领域，更具体地说，涉及一种多目标层地质环境煤层气水平井和排采直井配合钻井施工方法。

背景技术

目前，煤层气的开采领域中，所采用的钻井模式一般为建设两个井场，包括，一个水平井井场和一个排采直井井场；具体方式为：在钻设好排采直井后，再钻设水平井，水平井的水平段在煤层气层穿过排采直井中的洞穴，这样水平井与排采直井形成连通后，水平井在后续的钻井施工中，还可以钻设多个分支水平井段。排采直井和水平井全部完井后，在水平井井段中的煤层解吸出煤层气，经由排采直井被排采出井。

此外，目前，水平井开采煤层气，一般采用的方式为，一个排采直井开采一个目标煤层。具体的，在钻设一个直井后，下管套时，在直井中与目标煤层对应的位置下入特殊的管套，一般情况下，特殊管套是指玻璃钢管套；这样，固井后，可以把玻璃钢套管切割掉以使目标煤层露出，从而可以继续完成扩眼形成洞穴。接着，钻设水平井；在完成水平井的直井段、造斜段、直井洞穴连通、水平段与分支井眼钻进，水平井的钻井结束之后，对排采直人工井底进行清空，下泵抽水、降压进入排采阶段。

经发明人研究发现，现有技术中的这种方案至少存在以下的缺点：

当在一个较大的开采范围中，如果需要多个直井来排采煤层气的时候，需要为每个增加的排采直井配套钻设一个水平井。这样，需要很大的钻井的施工量，从而，加大了施工的时间成本和作业成本。

而且，现有技术中，当地质环境为包括多个目标煤层时，也就是，在同一地域的地层中，包括有多个煤层气的产气层分别处于不同的地层深度；这时，由于要针对每个目标煤层分别钻设排采直井，从而要在同一区域重复施工，不但要加大施工的工作量和施工设备的投入，而且，由于需要建设多个排采直井的井场，从而也增大了建设施工的场所，从而造成成本上的增加。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种多目标层地质环境煤层气水平井和排采直井配合钻井施工方法，以节省施工量和施工成本的目的。

本发明实施例是这样实现的：

一种多目标层地质环境煤层气水平井和排采直井配合钻井施工方法，包括步骤：

S11、钻设多个排采直井，下入套管时，在每个排采直井中的每个目标层的相应位置下入玻璃钢套管，其它位置为钢套管；从底层的目标层开始向上依次对每个目标层扩眼形成洞穴；

当排采直井的所有目标层扩眼形成洞穴后，该排采直井全井替换为清水；

投砂至排采直井中最顶层目标层洞穴的洞穴底部；

S12、钻设多个水平井的直井段；

S13、每个水平井钻设多个造斜段及连通段分别与不同的排采直井的洞穴连通，每个排采直井的每个目标层均分别与不同的水平井的连通段连通；

在排采直井的每个目标层分别与不同的水平井的连通段连通过程中，从排采直井从顶层的目标层开始向下，依次钻设与每层目标层洞穴连通的水平井，除与底层目标层连通的水平井外，在与每层目标层洞穴连通的水平井施工完工后，实施捞砂至下一目标层的洞穴底部；与底层目标层连通的水平井施工完工后，捞砂至排采直井的人工井底；

在水平井钻设多个造斜段及连通段过程中，在所述水平井的每个造斜段下入带有分级注水泥器的二开套管串，使用分级注水泥器实施固井；所述分级注水泥器位于直井段的下端或井斜不大于8度的造斜段；

在每个连通段与排采直井完成连通后及其分支水平井完钻并起钻后，在该连通段或与连通段连接的二开套管的底端下入封隔器实施封隔。

优选的，在本发明实施例中，所述每个排采直井的每个目标层均分别与不同的水平井的连通段连通时，还包括：

在每个排采井直中，除顶层外，在钻设与目标层洞穴连通的水平井完成连通前，在与该目标层上面的相邻的钢套管处下入封隔器实施坐封；在该水平井施工完工后，起出所述封隔器。

优选的，在本发明实施例中，所述每个排采直井的每个目标层均分别与不同的水平井的连通段连通时，还包括：

在每个排采直井中，除顶层的目标层外，连通测量时，将连通仪器从油管管串内输送下入该目标层的洞穴顶部，所述油管管串的下端与所述洞穴的顶部之间有10-20米的距离；连通测量结束后，将所述连通仪器从所述油管管串提离排采直井；将所述油管管串提离排采直井；所述油管管串提离直井之后，下入封隔器实施坐封。

优选的，在本发明实施例中，所述油管管串的下端设有扩口。

优选的，在本发明实施例中，所述钻设与每层目标层洞穴连通的水平井时，包括：

在每个目标层实施水平井连通作业的钻头钻进至距直井洞穴3至5米时，停止钻进，将所述连通仪器及所述油管管串提离直井且下入封隔器实施坐封后，恢复钻进并连通所述洞穴。

优选的，在本发明实施例中，还包括，捞沙作业下入捞砂工具时，在每个洞穴附近不采用遇阻猛放下砸的方式。

优选的，在本发明实施例中，每个水平井钻设有2-6个造斜段和连通段，分别连通不同的排采直井。

从上述的技术方案可以看出，在本发明实施例中，将钻设的每个水平井都同时连通多个洞穴，所述多个洞穴分别属于不同的排采直井；此外，将同时设有多个目标层的排采直井的每个目标层均连通有水平井。从而，当在一个较大的区域中，而且该区域的地质层具有多层的目标层的情况下，相较于现有技术中，每个水平井只连通一个排采直井，而且每个排采直井只能排采一个目标层的技术方案，本发明实施例有效地减少了排采直井和水平井的施工数量。从而减少了钻设施工的工程量和节约施工时间和施工成本；而且，由于减少大量的直井井场场地，从而有效地节省了因占有地面而增加的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中所述多目标层地质环境煤层气水平井和排采直井配合钻井施工方法的流程图；

图2为本发明实施例中所述多目标层地质环境煤层气水平井和排采直井配合钻井施工方法的流程图；

图3为本发明实施例中所述多目标层地质环境煤层气水平井和排采直井配合钻井施工方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在实际施工过程中，当地质环境为包括多个目标煤层时，也就是，在同一地域的地层中，包括有多个煤层气的产气层分别处于不同的地层深度的情况下，为了解决现有技术中施工量大的问题，本发明实施例提供了一种多目标层地质环境煤层气水平井和排采直井配合钻井施工方法，如图1所示，包括步骤：

S11、钻设多个排采直井；

具体的，如图2所示，包括步骤：

S111、下入套管时，在每个排采直井中的每个目标层的相应位置下入玻璃钢套管，其它位置为钢套管；从底层的目标层开始向上依次对每个目标层扩眼形成洞穴；

本发明实施例中的地质环境为多目标层的地质环境，指的是，在地层中的不同深度，分别具有多个煤层气的产气层，所述产气层即为目标层。比如，以具有三个目标层的地质环境为例，也就是说，在同一区域，有三层目标煤层分别处于地层中的不同深度。其中顶层目标层也可以被称为第一目标层，底层目标层也可以被称为第三目标层，中间的目标层也可被称为第二目标层。

在本发明实施例采用了通过将每个排采直井都可以排采三个目标层的方案；为此，每个排采直井都需要贯穿所有的目标层，为了在对目标层扩眼时切割方便，在排采直井下入套管的时候，在三个目标层的相应位置处，分别使用玻璃钢材质的套管，在其他部位，为了保证对井壁的支撑强度，采用套管的材质为钢。

为了可以对所有目标层进行煤层气排采，要在排采直井中，对所有的目标层的位置进行扩眼形成洞穴。

比如，当排采直井中包括三个目标层时，如果先将第一目标层扩眼，则当在第二或第三目标层扩眼造洞穴过程中，会可能因为第一目标层因为结构松散而掉落煤块或石块，从而影响该下面目标层的扩眼。而且，在扩眼造洞穴过程中，掉落的煤屑会堆积在排采直井中，这样可能会造成下面的目标层被掩埋。从而影响对下面目标层的扩眼。

为此，在本发明实施例从第三目标层开始向上依次对每个目标层扩眼；也就是说，先从最下层的目标层开始扩眼，扩眼完成后，接着对相邻的第二目标层扩眼，最后完成对第一目标层的扩眼。采用这种方案后，由于每次扩眼时，在排采直井中，实施扩眼目标层的上面设有套管，所以不会发生坍塌或掉落煤屑影响下面实施扩眼的现象，而且，由于先对下层的目标层实施的扩眼，掉落的煤屑只会在每层正在实施扩眼的洞穴的下方的排采直井中，所以不会影响正在实施的扩眼。

S112、在排采直井中所有目标层扩眼形成洞穴后，该排采直井全井替换为清水；

在完成了所有的目标层的扩眼后，对排采直井进行清理，将排采直井口袋中的煤屑等掉落物清理出井。

清理结束，把钻井和扩眼造洞穴期间所使用的具有一定粘度和携带碎屑能力的钻井液全部替换为清水。替换方法为：在替换清水的过程中，将清水注入钻具的空腔以流动至直井口袋，口袋中的泥浆从钻具与直井的井筒之间的环空返出直井的井口。不断地向钻具中注入清水，直到泥浆全部返出井口，此时直井中已经充满清水，之后将钻具起出离开直井。

S113、投砂至最顶层目标层洞穴的洞穴底部；

为了防止后续施工中，特别是水平井与直井连通过程中，直井中的洞穴坍塌，在本发明实施例中，还可以对直井实施投砂，投砂的位置为到达最顶层目标层洞穴底部。这样，由于直井中下面的洞穴充满的砂子，所以避免了在对别的目标层实施水平井连通过程中，直井中的洞穴有可能会因为受到震动而坍塌。

S12、钻设多个水平井的直井段；

在本发明实施例中，所应用的环境可以为一个较大的排采区域，所以需要较多的排采直井，而且，每个排采直井的每个目标层的洞穴都需要连通，由于每个水平井所能钻设的造斜段及连通段数量有限，所以，本发明实施例中，需要多个水平井。

具体的，比如，一个煤层气排采区域中，需要4个排采直井，该区域的地质层中包括有3层目标层，这样，每个排采直井同时包括3个目标层。此时，就可以钻设3个水平井的直井段，然后，每个水平井钻均设4个连通段分别连通每个排采直井的同层的目标层。具体地说，可以是，将3个水平井编号，1号水平井分别连通4个排采直井的第一目标层，2号水平井分别连通4个排采直井的第二目标层，3号水平井分别连通4个排采直井的第三目标层。

在此，钻设水平井数量是和排采直井的洞穴数目相关的，以保证每个洞穴都被连通。

S13、每个水平井钻设多个造斜段及连通段分别与不同的排采直井洞穴连通，每个排采直井的每个目标层均分别与不同的水平井的连通段连通；

所述每个排采直井的每个目标层均分别与不同的水平井的连通段连通具体为，从排采直井从顶层的目标层开始向下，依次钻设与每层目标层洞穴连通的水平井，除与底层目标层连通的水平井外，在与每层目标层洞穴连通的水平井施工完工后，实施捞砂至下一目标层的洞穴底部；与底层目标层连通的水平井施工完工后，捞砂至排采直井的人工井底；

在本发明实施例中，每个排采直井中的多个目标层都分别与不同水平井连通，这是因为，如果同一水平井钻设多个连通段分别与同一排采直井的多个目标层连通，会造成多个连通段之间由于距离过近而互相影响，导致这些连通段的井眼地质结构容易坍塌，从而造成堵塞。

在本发明实施例中，首先，一个水平井钻设与第一目标层连通的水平井，然后，其他的水平井分别依次的钻设与下面的每层目标层连通的水平井。这是因为，若在已经钻设有水平井的上面再钻设水平井会很可能造成下面水平井的井道堵塞。所以在本发明实施例中采用了从顶层开始依次向下逐层连通水平井的技术方案。

具体的，如图3所示，还是以排采直井具有三个目标层为例，可以分以下几个步骤：

S131、首先，一个水平井钻设与第一目标层连通的水平井，当水平井与排采直井连通后，继续钻设分支水平井，完成水平井的整体钻设。

S132、在排采直井实施捞砂，由于还要继续对第二目标层钻设与之连通的水平井，为了在钻设与第二目标层连通的水平井时保持被连通的洞穴以下还有砂子，所以，捞砂时只需捞到砂子的位置处于将要被连通的洞穴底部，即，第二目标层在排采直井的洞穴处。

S133、捞砂后，另一个水平井即可对捞砂后露出来洞穴的目标层钻设与之连通的水平井；在完成该水平井的整体钻设后，至此，第二目标层的水平井施工完毕。在这里，所述整体钻设包括有该水平井的分支水平井的钻设施工。

S134、捞砂至第三目标层的洞穴底部。然后，第三个水平井对捞砂后露出来洞穴的目标层钻设与之连通的水平井；在完成该水平井的整体钻设。

S135、当与第三层的目标层连通的水平井完成整体施工后，由于第三目标层即为底层目标层，所以实施捞砂至排采直井的人工井底。

接着，即可采用和现有技术中相似的方案，下入捞沙作业管柱对排采直井进行清空；下入排采管柱通过泵进行排水、降压后进行采气。

至此，本发明实施例完成了在排采直井中的三个目标层分别同时连通水平井的施工。

在本发明的另一实施例中，与上述实施例步骤基本相似，此外，其中所述钻设与每层目标层洞穴连通的水平井时，还包括：

除顶层的目标层外，在水平井造斜段与直井洞穴距离3-5米时并且连通仪器提离直井，在与该目标层洞穴上面的相邻的钢套管处下入封隔器实施坐封以实现已经完成的水平井与其下面待钻进的目标层水平井的隔离，在该水平井施工完工后，起出所述封隔器。

在钻设水平井时，一般都需要将连通仪器放置在排采直井中连通点的附近。在本发明实施例中，需要在同一排采直井中不同的目标层分别设置连通点，由于在排采直井中有多个洞穴，这样，除了在连通第一目标层时，连通仪器可以放置在第一目标层洞穴的上方，此时，连通仪器按照已知技术可以方便的下入和取出。但是，当连通点为第二目标层或以下的目标层时，需要连通仪器通过连通点上方的目标层的洞穴，这种情况下，连通仪器很有可能与洞穴在排采直井中的边沿发生碰撞刮蹭或者卡住，从而影响连通仪器的正常下入和取出。

为此，本发明实施例中，在下入连通仪器之前，直井中下入油管管串至设定位置，然后将连通仪器从油管的管道内下入连通仪器至洞穴顶部。

一般情况下，在水平井的钻设过程中，当钻头距离连通仪器3至5米的时候，就可以取出连通仪器了。在实际应用中，为了避免对连通仪器产生磁干扰，油管管串的下端与仪器下入位置之间还要保持一定的距离，本发明实施例中，这段距离可以是10-20米。

优选的，在本发明实施例中，所述油管管串的下端还可以设有扩口，从而使连通仪器在通过油管管串取出井外时，可以更加方便的收回进入所述油管中。

在上述所有实施例中，下入捞砂工具时，在洞穴附近井段不采用遇阻猛放下砸的方式。

由于在本发明实施例中，实施捞砂时，下入捞砂工具需要通过洞穴，由于洞穴的地质结构裸露在排采直井中，相对来说不够稳定，为了避免剧烈的碰撞造成垮塌，所以，不能采用遇阻猛放下砸的方式。从而保证排采直井的安全。

下面对每个水平井钻设多个造斜段及连通段分别与不同的排采直井连通的具体做一下详细说明，在水平井中钻设多个造斜段及连通段过程中，根据地质条件的不同，可以采用切割二开套管后侧钻井眼的方式，也可以采用在二开套管上开窗钻设侧钻井眼的方式。

其中，采用切割二开套管后侧钻井眼的方式具体步骤为：

S21、首先钻设一个水平井的直井段及用于与第一个洞穴连通的造斜段；当水平井钻设完造斜段后，下入带有分级注水泥器的二开套管串至所述造斜段；分级注水泥器位于直井段的下端或井斜不大于8度的造斜段，使用分级注水泥器实施固井；

S22、接着，钻设与第一个洞穴连通的连通段及分支水平井；完钻起钻后，在刚刚完成的连通段或二开套管的底端下入封隔器实施封隔；

S23、接着，在二开套管自由段切割二开套管，也就是上述用到的分级注水泥器以上的位置切割二开套管，然后将切割点以上部分的二开套管提出井外；为了避免留在水平井中的部分二开套管对后续施工的钻井设备造成磁干扰，选择在水平井直井段中距所述切割点20米以上的位置设置侧钻点；接着，为了能够使侧钻工具有支撑点，还要封固所述侧钻点位置以下的水平井造斜段井眼。

S24、接下来，为了与下一个洞穴连通，以所述侧钻点为起点钻设造斜段并下入带有分级注水泥器的二开套管串；该分级注水泥器位于直井段的下端或井斜不大于8度的造斜段，使用该分级注水泥器对刚刚钻设的井眼实施固井；然后，钻设与下一个洞穴连通的连通段及其分支水平井；完钻起钻后，在该连通段或与连通段连接的二开套管的底端下入封隔器实施封隔。

在本发明实施例中，一般每个水平井中的多个造斜段及连通段都分别连通不同的排采直井，即，水平井的每个造斜段及连通段所连通的洞穴，都分别属于不同的排采直井。

如果水平井需要钻设的造斜段及连通段为两个，经上述步骤就已经完成；如果还需要连通更多的造斜段及连通段，则需要重复上述中的步骤S23和S24，直到钻设完该水平井的所有造斜段及连通段和分支水平井。另外，采用在二开套管上开窗钻设侧钻井眼方式的具体为：

首先钻设一个水平井的直井段及用于与第一个洞穴连通的造斜段；当水平井钻设完造斜段后，实施全井固井；

接着，钻设与第一个洞穴连通的连通段及分支水平井；完钻后起钻，在刚刚完成的连通段或二开套管的底端下入封隔器实施封隔；

然后在水平井的直井段以直接在套管内开窗的方式钻设与下一个洞穴连通的造斜段及连通段和分支水平井；在刚刚完成的连通段或造斜段下入封隔器实施封隔；直到钻设完该水平井的所有造斜段及连通段和分支水平井。

综上所述，当在一个较大的区域中，而且该区域的地质层具有多层的目标层的情况下，在本发明实施例中，通过将钻设的每个水平井同时连通多个排采直井的洞穴，而且将每个排采直井中的每个目标层均连通有水平井的技术方案。相较于现有技术中，每个水平井只连通一个排采直井，而且每个排采直井只能排采一个目标层的技术方案，本发明实施例有效地减少了排采直井和水平井的施工数量。从而不但因为减少了钻设施工的工程量而节约施工时间和施工成本；而且，由于减少大量的直井井场场地，从而有效地节省了因占有地面而增加的成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种多目标层地质环境煤层气水平井和排采直井配合钻井施工方法，其特征在于，包括步骤：

S11、钻设多个排采直井，下入套管时，在每个排采直井中的每个目标层的相应位置下入玻璃钢套管，其它位置为钢套管；从底层的目标层开始向上依次对每个目标层扩眼形成洞穴；

当排采直井的所有目标层扩眼形成洞穴后，该排采直井全井替换为清水；

投砂至排采直井中最顶层目标层洞穴的洞穴底部；

S12、钻设多个水平井的直井段；

S13、每个水平井钻设多个造斜段及连通段分别与不同的排采直井的洞穴连通，每个排采直井的每个目标层均分别与不同的水平井的连通段连通；

在排采直井的每个目标层分别与不同的水平井的连通段连通过程中，从排采直井从顶层的目标层开始向下，依次钻设与每层目标层洞穴连通的水平井，除与底层目标层连通的水平井外，在与每层目标层洞穴连通的水平井施工完工后，实施捞砂至下一目标层的洞穴底部；与底层目标层连通的水平井施工完工后，捞砂至排采直井的人工井底；

在水平井钻设多个造斜段及连通段过程中，在所述水平井的每个造斜段下入带有分级注水泥器的二开套管串，使用分级注水泥器实施固井；所述分级注水泥器位于直井段的下端或井斜不大于8度的造斜段；

在每个连通段与排采直井完成连通后及其分支水平井完钻并起钻后，在该连通段或与连通段连接的二开套管的底端下入第一封隔器实施封隔。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述每个排采直井的每个目标层均分别与不同的水平井的连通段连通时，还包括：

在每个排采直井中，除顶层外，在钻设与目标层洞穴连通的水平井完成连通前，在与该目标层上面的相邻的钢套管处下入第二封隔器实施坐封；在该水平井施工完工后，起出所述第二封隔器。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述每个排采直井的每个目标层均分别与不同的水平井的连通段连通时，还包括：

在每个排采直井中，除顶层的目标层外，连通测量时，将连通仪器从油管管串内输送下入该目标层的洞穴顶部，所述油管管串的下端与所述洞穴的顶部之间有10-20米的距离；连通测量结束后，将所述连通仪器从所述油管管串提离排采直井；将所述油管管串提离排采直井；所述油管管串提离直井之后，下入第二封隔器实施坐封。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述油管管串的下端设有扩口。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述钻设与每层目标层洞穴连通的水平井时，包括：

在每个目标层实施水平井连通作业的钻头钻进至距直井洞穴3至5米时，停止钻进，将所述连通仪器及所述油管管串提离直井且下入第二封隔器实施坐封后，恢复钻进并连通所述洞穴。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，捞砂作业下入捞砂工具时，在每个洞穴附近避免遇阻猛放下砸。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，每个水平井钻设有2-6个造斜段和连通段，分别连通不同的排采直井。

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