CN102322252A - 煤层气多分支水平井系统及其施工方法 - Google Patents

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刘利德
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Abstract

本发明公开了一种煤层气多分支水平井系统及其施工方法，该煤层气多分支水平井系统包括水平井，水平井包括依次相连的直井段、造斜段以及水平段，水平段包括一根主井眼，主井眼内设置有具有渗透性的支护管。本发明所提供的多分支水平井系统通过在水平井水平段下入具有渗透性的支护管增强了所支护井眼的稳定性，该支护管也提供了一种清洗通道，实现在后续采气过程中的清洗井眼或者解除管内的堵塞；同时，通过下入的具有渗透性的支护管，无需采用水力喷射、压裂等手段增加储层的孔道就能保持主井眼附近的储层内的地质流体稳定的流入到支护管内，避免了采用水力喷射方式或压裂方式额外的生产成本。

Description

煤层气多分支水平井系统及其施工方法
技术领域
本发明涉及煤层气开采领域，尤其是涉及一种煤层气多分支水平井系统及其施工方法。
背景技术
煤层气开采历史进程中，为了增加煤层气的产量，先后经过直井模式、水平井模式、以及U形井式水平井模式。
其中，直井模式只包括一个直井，通过该直井进行排水降压和采气；这种直井模式要么通过连接在直井上的洞穴进行渗流，要么通过压裂模式实现与煤层沟通而产生渗流，尽管如此，目前的开采效率普遍不高。
水平井模式是对直井模式的改进，其包括一个水平井和与其对应连通的排采直井，水平井通常包括平行于直井向下延伸的直井段，从直井段的下端斜向下延伸与直井的连通洞穴相连通的造斜段、从连通洞穴沿远离造斜段的方向延伸预定距离的水平段，该水平井模式是通过与之连接的排采直井来排水降压和采气；水平井模式通过在煤层中钻取水平段，增加了煤层的渗流面积，提高了开采效率。为了进一步增加渗流面积，将水平井水平段由仅包括主井眼的单分支水平井模式变为包括主井眼和连接在主井眼两侧的分支井眼形成的多分支水平井模式。在煤层气的开发过程中，为了进一步增加产能，除了上述工程手段外，通常还会采用水力喷射、压裂等手段增加储层的孔道从而增加储层的渗流能力。
由直井模式向多分支水平井模式更替的目的是通过增加储层的泄露面积方式，增加煤层气的产量。但是这种增加储层泄露面积方式增加了地层作业，由于地层本身并不稳定，即使采用平稳降压的方式进行开采，也很难避免水平段各井眼中坍塌堵塞的现象，一旦出现坍塌堵塞的现象就会缩小开采面积，特别是当主井眼被堵塞时，这种多分支水平井模式的开采效果和直井相比就失去优势。
对于水平段井眼出现堵塞的情形时，现有技术通常采用对洞穴附近进行压裂或者水力喷射来进行疏通流道，但是这些疏通方式只是采用预防性措施或者对于洞穴部位进行临时性局部清理，其无法持久的保持水平井水平段井眼的通道畅通。
在现有技术中还有一种U形井模式，这种U形井模式具有一条水平井及与其配合使用的排采直井，排采直井设置在水平井的末端。这种U形井模式相对直井模式增加了其储层渗流面积，但是与多分支水平井模式相比储层泄露面积相对较少。如何在增加储层泄露面积的同时，保证煤层气开采的稳定性以及开采期间井眼的清洁与清洗是煤层气开采的重要问题，寻找一种新的开采井模式势在必行。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术不足，提供一种多分支水平井系统，其具有开采稳定、可清洗井眼的特点。
为此，在本发明中提供了一种多分支水平井系统，包括水平井，水平井包括依次相连的直井段、造斜段以及水平段，水平段包括一根主井眼，主井眼内设置有具有渗透性的支护管。
进一步地，上述具有渗透性的支护管第一端延伸至水平段主井眼的尾端，第二端与直井段井口齐平或者至少延伸到造斜段内。
进一步地，当具有渗透性的支护管的第二端延伸到造斜段内时，该支护管的第二端的端口具有呈锥形向外扩张的结构，该第二端的端口外端的直径与造斜段的内径相匹配。
进一步地，上述支护管的管壁上具有多组通孔，支护管的壁厚为5～15mm，直径为Φ100～Φ120mm。
进一步地，上述通孔为圆形孔或键槽形孔。
进一步地，上述各组通孔沿支护管的轴向设置，相邻两组通孔之间的距离为60～150mm。
进一步地，上述每组通孔中，各通孔绕支护管的周向设置，相邻通孔的间距为60～120mm。
进一步地，上述相邻两组通孔中，各通孔交错排布。
进一步地，上述还包括第一分支井眼，第一分支井眼连接在主井眼上。
进一步地，上述还包括第二分支井眼，第二分支井眼连接在第一分支井眼上。
同时，在本发明中还提供了一种多分支水平井系统的施工方法，包括：顺序钻取水平井的直井段、造斜段、以及水平段；将具有渗透性的支护管下入水平段的主井眼内。
进一步地，上述钻取水平井水平段的步骤进一步包括：使用钻具沿排采直井的连通洞穴向远离造斜段的方向钻取主井眼；在钻取主井眼的过程中，在预定位置偏离主井眼的钻取方向钻取第一分支井眼；完成第一分支井眼的钻取后，将钻具退回到原主井眼的钻取方向上继续钻取主井眼；完成主井眼的钻取后，将钻具沿主井眼的钻取通道退出。
进一步地，上述第一分支井眼为多根，钻取水平井水平段的步骤进一步包括：在钻取主井眼的过程中，在第一预定位置向偏离主井眼的钻取方向的第一方向钻取第一根第一分支井眼；完成第一根第一分支井眼的钻取后，将钻具退回到原主井眼的钻取方向上继续钻取主井眼，至第二预定位置向偏离主井眼的钻取方向的与第一方向相异的第二方向钻取第二根第一分支井眼。
进一步地，上述钻取第一分支井眼的步骤进一步包括：在钻取第一分支井眼的过程中，在预定位置偏离第一分支井眼的钻取方向钻取第二分支井眼。
进一步地，上述将具有渗透性的支护管下入水平段的主井眼内步骤进一步包括：在水平井的井口设置加压装置，通过加压装置将支护管下入水平段的主井眼内。
本发明的有益效果：本发明所提供的多分支水平井系统通过在水平井水平段下入具有渗透性的支护管增强了所支护井眼的稳定性，该支护管也提供了一种清洗通道，实现在后续采气过程中的清洗井眼或者解除管内的堵塞；同时，通过下入的具有渗透性的支护管，无需采用水力喷射、压裂等手段增加储层的孔道就能保持主井眼附近的储层内的地质流体稳定的流入到支护管内，避免了采用水力喷射方式或压裂方式额外的生产成本。
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示出了根据本发明一种实施例的多分支水平井系统结构示意图；
图2示出了根据本发明另一种实施例的多分支水平井系统结构示意图；
图3示出了图1中A处的第一种放大结构示意图；以及
图4示出了图1中A处的第二种放大结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行详细的说明，但如下实施例以及附图仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1示出了根据本发明实施例的多分支水平井系统结构示意图，如图1所示，在本发明的一种典型实施方式中，该多分支水平井系统，包括水平井10和开采直井20，其中，水平井10包括依次相连的直井段11、造斜段13以及水平段15，造斜段13和水平段15分别连接在开采直井20的连通洞穴21的两侧。水平段15具有一根主井眼17，主井眼内设置有具有渗透性的支护管30。在本发明中具有渗透性的支护管30可以采用本身具有渗透功能的材料所制备的管材，也可以是通过在管材上制作孔洞使其具有渗透性。本发明所提供的多分支水平井系统通过在水平井水平段下入具有渗透性的支护管增强了所支护井眼的稳定性，该支护管也提供了一种清洗通道，实现在后续采气过程中的清洗井眼或者解除管内的堵塞；同时，通过下入的具有渗透性的支护管，无需采用水力喷射、压裂等手段增加储层的孔道就能保持主井眼附近的储层内的地质流体稳定的流入到支护管内，避免了采用水力喷射方式或压裂方式额外的生产成本。
在采用本发明多分支水平井系统开采煤层气时，即使部分小颗粒的地层物质流入到支护管30中，经过堆积后堵塞支护管30，也可以简单的通过向支护管30中下入冲洗管，施加具有一定压力的水流对支护管30中的堆积物进行冲洗进而疏通支护管30。由于是将冲洗管下入到支护管30中，不但能够解决支护管30堵塞的问题，而且不会破会主井眼的地层结构，这就保证了本发明多分支水平井系统的长期稳定使用。
由图1和图2所示，优选地，上述具有渗透性的支护管30第一端延伸至水平段15主井眼17的尾端，第二端与直井段井口齐平(如图1所示)或者至少延伸到造斜段13内(如图2所示)。其中当具有渗透性的支护管30的第二端延伸到造斜段13内时，该支护管30的第二端的端口具有呈锥形向外扩张的结构，该第二端的端口外端的直径与造斜段13的内径相匹配。将支护管30设置成上述结构，可便于向支护管内下入冲洗管。
如图3所示，在本发明的一种具体的实施方式中，上述多分支水平井系统中支护管30为管壁上具有多组通孔31的软管。这种通过在管壁上设置多组通孔31使支护管具有渗透性的方案，增加了本发明支护管的可选范围，可选的作为支护管的软管包括但不限于PE、PVC、PP等管材。同时，这种具有多组通孔31的支护管原材料的价格相对低廉，制作工艺简单，为多分支水平井系统的施工降低了成本。优选地，上述软管的壁厚为5～15mm，软管的管壁过厚会增加软管管壁的强度，降低软管的可弯折性，软管的管壁过薄会降低软管管壁的强度，使软管管壁过于柔软，这些都不利于将软管下入到水平井的主井眼17中。另外，在煤层气开采过程中，地质结构并不稳定，如果软管管壁过薄，降低管壁的强度，一旦地质结构变动，很容易压迫管壁造成变形，而堵塞支护管，不利于煤层气的开采。
优选地，上述软管的内径为Φ100mm～Φ120mm。在本发明中软管的直径与所钻取的主井眼的内径相匹配，将软管的内径控制在Φ100mm～Φ120mm范围内，在该范围内有利于实现向支护管内下入冲洗管，进而清洗支护管内的煤屑等杂物。
在本发明中上述支护管30上的通孔31可以具有任意形状，只要在保证支护管30具有足够的强度，同时有利于地质流体流入到支护管的内部即可。
优选地，如图3所示，上述支护管上设置的通孔31为圆形孔，其孔径为8～15mm。将通孔的孔径设置在该范围内，可以在有利于地质流体流入到支护管的内部的同时，避免地质结构中的大颗粒随流体流入支护管内部而堵塞支护管。
在本发明的一种具体的实施方式中，上述支护管30上各组通孔31沿支护管30的轴向设置，相邻两组通孔31之间的间距为40mm～100mm。在该方案中，通孔31分组沿轴向布置在支护管30上，使得通孔31均匀分布在整个支护管30上，便于对整根主井眼所覆盖面积中煤层气的开采。将两组通孔31之间的间距控制在60mm～150mm，能够在保证支护管的管壁具有足够的支撑强度的基础上，保证通孔的数量，进而保证由支护管外侧向内侧渗透的地质流体的量。
优选地，上述每组通孔31中，各通孔31绕支护管的周向设置，相邻两个通孔31的间距为60mm～120mm。在本发明中周向是指垂直于支护管轴向的截面的外周，每组通孔中各通孔31以支护管30的轴心线为中心圆周排布。相邻通孔31之间的间距控制在60mm～120mm，能够在保证支护管的管壁具有足够的支撑强度的基础上，保证通孔的数量，进而保证由支护管外侧向内侧渗透的地质流体的量。
如图4所示，在本发明的另一种优选方式中，上述支护管30上设置的通孔31为键槽形孔，该键槽形孔沿支护管30的轴向设置，其轴向长度为25-35mm，孔径宽度为8-12mm。优选地，当采用在这种键槽形孔时，每组通孔中包括4个键槽形孔，沿支护管30的周向均匀地排布，相连两组通孔31的间距为60mm～150mm。
在本发明的一种具体的实施方式中，上述多分支水平井系统中还包括第一分支井眼18，所第一分支井眼18连接在主井眼17上。第一分支井眼的设置是为了增加储层的泄露面积，进而增加煤层气的产量。其中第一分支井眼18可以是多根，分别分布在主井眼17的两侧，可以成叶脉方式排布。从主井眼的末端向起始端方向，第一分支与主井眼角之间的角度在30-55度的范围递增，在主井眼17上相邻的第一分支井眼的侧钻点间距在100-200米左右均匀分布。
优选地，上述多分支水平井系统中还包括第二分支井眼19，第二分支井眼19连接在第一分支井眼18上。第二分支井眼的设置有利于进一步增加储层的泄露面积，进而增加煤层气的产量。优选地，第二分支井眼19可以是多跟，分别分布在第一分支井眼18的两侧。第二分支井眼19与相邻井眼之间的距离均不小于50m。
在本发明的一种典型实施方式中，还提供了一种多分支水平井系统的施工方法，在本实施例中，包括如下步骤：一、由于所钻设的水平井10是需要与排采直井20连通的，需要先钻设排采直井20。并且，由于水平井10井眼需要与排采直井20在排采直井20中的洞穴21处连通，所以需要在排采直井20中目标层的位置造连通洞穴21。二、在确定连通洞穴21的位置后，顺序钻取水平井的直井段11、造斜段13以及水平段15。造斜段13和水平段15与排采直井20的洞穴21相连通。三、将具有渗透性的支护管由直井段11的井口下入水平井的主井眼内。本发明所提供的多分支水平井系统通过在水平井水平段下入具有渗透性的支护管增强了所支护井眼的稳定性，该支护管也提供了一种清洗通道，实现在后续采气过程中的清洗井眼或者解除管内的堵塞；同时，通过下入的具有渗透性的支护管，无需采用水力喷射、压裂等手段增加储层的孔道就能保持主井眼附近的储层内的地质流体稳定的流入到支护管内，避免了采用水力喷射方式或压裂方式额外的生产成本。
在上述将具有渗透性的支护管由直井段11的井口下入水平井15的主井眼17内的过程中，具有渗透性的支护管30第一端延伸至水平段15主井眼17的尾端，第二端与直井段井口齐平或者至少延伸到造斜段13内。其中当具有渗透性的支护管30的第二端延伸到造斜段13内时，该支护管30的第二端的端口具有呈锥形向外扩张的结构，该第二端的端口外端与造斜段13的内径相匹配，以便于后期开采过程中下入冲洗管。
在上述步骤二钻取水平井水平段的步骤中进一步包括如下步骤；使用钻具沿排采直井20的连通洞穴21向远离造斜段13的方向钻取主井眼17；在钻取主井眼17的过程中，在预定位置偏离主井眼17的钻取方向钻取第一分支井眼18；完成第一分支井眼18的钻取后，退回到原主井眼17的钻取方向上继续钻取主井眼17；完成主井眼17的钻取后，将钻具沿主井眼17的钻取通道退出。在本发明所提供的多分支水平井的施工过程中，主井眼只有一根，第一分支井眼18的根数为多跟，其分布在主井眼17的两侧，在钻井过程中，从主井眼17的起始端至终端方向，在钻取主井眼17的同时陆续在预定位置上钻多根第一分支井眼18，最终保证完成水平段的钻取后，钻具位于主井眼的通道中，并由主井眼的通道退出到水平井的外部，采用这种施工方法，能够增强将具有渗透性的支护管下入到主井眼17过程中的主井眼17通道的畅通。
在上述钻取水平井水平段的步骤中钻取第一分支井眼的步骤进一步包括：在钻取第一分支井眼18的过程中，在预定位置偏离第一分支井眼18的钻取方向钻取第二分支井眼19。第二分支井眼19的钻取过程无特殊要求，其可以是在钻取第一分支井眼18的过程中钻取第二分支井眼19，也可以是在完成第一分支井眼18后，在将钻具退回到主井眼17的过程中钻取的。
在将支护管30下入到主井眼17的过程中，随着支护管30的深入，在支护管30上所需施加的力就越大，在本发明的一种具体实施方式中，可在水平井井口设置加压装置，通过加压装置对支护管30施加适当外力，将具有渗透性的支护管30下入水平段15的主井眼17内，其中，下压力控制在2吨的范围内。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种煤层气多分支水平井系统，其特征在于，包括水平井(10)，所述水平井(10)包括依次相连的直井段(11)、造斜段(13)以及水平段(15)，所述水平段(15)包括一根主井眼(17)，所述主井眼(17)内设置有具有渗透性的支护管(30)。
2.根据权利要求1所述的多分支水平井系统，其特征在于，所述支护管(30)第一端延伸至所述水平段(15)的所述主井眼(17)的尾端，第二端与所述直井段(11)的井口齐平或者至少延伸至所述造斜段(13)内。
3.根据权利要求2所述的多分支水平井系统，其特征在于，当所述具有渗透性的支护管(30)的第二端延伸至所述造斜段(13)内时，所述支护管(30)的第二端的端口具有呈锥形向外扩张的结构，且所述第二端的端口外端的直径与造斜段(13)的内径相匹配。
4.根据权利要求1所述的多分支水平井系统，其特征在于，所述支护管(30)的管壁上具有多组通孔(31)，所述支护管(30)的壁厚为5～15mm，直径为Φ100～Φ120mm。
5.根据权利要求4所述的多分支水平井系统，其特征在于，各所述通孔(31)为圆形孔或键槽形孔。
6.根据权利要求5所述的多分支水平井系统，其特征在于，各组所述通孔(31)沿所述支护管(30)的轴向设置，相邻两组所述通孔(31)之间的距离为60mm～150mm。
7.根据权利要求5所述的多分支水平井系统，其特征在于，每组所述通孔(31)中，各所述通孔(31)绕所述支护管(30)的周向设置，相邻的所述通孔(31)的间距为60mm～120mm。
8.根据权利要求5所述的多分支水平井系统，其特征在于，相邻两组所述通孔(31)交错排布。
9.根据权利要求1所述的多分支水平井系统，其特征在于，还包括第一分支井眼(18)，所述第一分支井眼(18)连接在所述主井眼(17)上。
10.根据权利要求9所述的多分支水平井系统，其特征在于，还包括第二分支井眼(19)，所述第二分支井眼(19)连接在所述第一分支井眼(18)上。
11.一种煤层气多分支水平井系统的施工方法，其特征在于，包括：
顺序钻取水平井的直井段(11)、造斜段(13)、以及水平段(15)；
将具有渗透性的支护管下入所述水平段(15)的主井眼(17)内。
12.根据权利要求11所述的施工方法，其特征在于，钻取所述水平井水平段(15)的步骤进一步包括：
使用钻具沿排采直井的连通洞穴向远离所述造斜段(13)的方向钻取所述主井眼(17)；
在钻取所述主井眼(17)的过程中，在预定位置偏离所述主井眼(17)的钻取方向钻取第一分支井眼(18)；
完成所述第一分支井眼(18)的钻取后，将钻具退回到原所述主井眼(17)的钻取方向上继续钻取所述主井眼(17)；
完成所述主井眼(17)的钻取后，将钻具沿所述主井眼(17)的钻取通道退出。
13.根据权利要求12所述的施工方法，其特征在于，所述第一分支井眼(18)为多根，钻取水平井水平段(15)的步骤进一步包括：
在钻取所述主井眼(17)的过程中，在第一预定位置向偏离所述主井眼(17)的钻取方向的第一方向钻取第一根第一分支井眼(18)；
完成所述第一根第一分支井眼(18)的钻取后，将钻具退回到原所述主井眼(17)的钻取方向上继续钻取所述主井眼(17)，至第二预定位置向偏离所述主井眼(17)的钻取方向的与第一方向相异的第二方向钻取第二根第一分支井眼(18)。
14.根据权利要求12所述的施工方法，其特征在于，钻取第一分支井眼的步骤进一步包括：
在钻取所述第一分支井眼(18)的过程中，在预定位置偏离所述第一分支井眼(18)的钻取方向钻取第二分支井眼(19)。
15.根据权利要求11所述的施工方法，其特征在于，所述将具有渗透性的支护管下入所述水平段(15)的主井眼(17)内步骤进一步包括：
在所述水平井的井口设置加压装置，通过加压装置将所述支护管下入所述水平段(15)的主井眼(17)内。
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