CN105986795A - 煤层气水平井煤层改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层气水平井煤层改造方法，属于煤层气开采技术领域。所述方法包括：钻水平井；将筛管下入至煤层水平段的预定位置，并悬挂于上层套管内，该筛管的侧面设置有筛孔；对煤层气水平井的煤层水平段进行增压泄压，使筛管周围的煤层产生裂缝，形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带，并使筛管周围的煤层形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过筛管侧面的筛孔进入筛管；利用水射流钻具组合进行洗井，冲洗筛管周围的煤层，并使筛管内的煤屑或煤灰被带出井口。本发明解决了开采煤层气的步骤较繁琐，且煤层改造成功率较低的问题，简化了开采煤层气的步骤，提高了煤层改造的效果，用于开采煤层气。

Description

煤层气水平井煤层改造方法

技术领域

本发明涉及煤层气开采技术领域，特别涉及一种煤层气水平井煤层改造方法。

背景技术

煤层气是一种非常规天然气资源，常规的煤层气水平井指的是煤储层井斜角大于或等于86°，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。由于通常的煤层物性较差，利用煤层气水平井进行煤层气开采，普遍存在单井产量低、开发效果差等问题。因此，需要提高煤层气的产量。

现有技术中，为了提高煤层气的产量，主要是采用水力压裂技术，具体可以通过井筒向煤层注入液体，使煤层形成很高的压力，从而使煤层产生多个延伸较远的裂缝，在开采煤层气时，井筒通道(也称井眼)周围出现大面积的压力下降，煤层气受到降压影响产生的气体解析的表面积增大，煤层气被快速解吸，继而开采煤层气。但是由于通常的煤层一般都经历了成煤后的强烈构造运动，煤层的内生裂隙受到严重破坏，塑造性增强，形成低渗透性的高延性结构，当水力压裂技术作用于该类煤层时，特别是在煤层发生塑性形变的情况下，既无法对原有的内生裂隙作进一步的扩展，也无法产生新的裂缝，因此无法达到较好的压裂效果，煤层改造的效果不理想；相关技术又公开了的一种对接井水力冲刷卸压开采煤层气方法，如图1所示，该方法首先钻设排采直井3，该井由地面1钻进，在目标煤层2段掏穴，穿过煤层后形成口袋4，再钻设水平定向井8的直井段9和造斜段10，并下入套管固井，接着钻设水平段11通道，与排采直井3对接，裸眼完井，然后向水平定向井8连续注水，冲刷水平段11煤层，煤水聚集在口袋4，将煤水从排采直井3排出，当口袋4不再有煤粉时，在水平段11喷射出多个分支井眼13，继续注水冲刷至口袋4不再有煤粉，关闭水平定向井8，进入常规排水、采气阶段。

但是，由于采用对接井水力冲刷卸压开采煤层气方法对水平井开采煤层气时，需要在预设位置钻设排采直井，然后在距离排采直井的适当距离的位置处钻设水平定向井的直井段、造斜段及水平段，保证水平段与排采直井对接，再冲刷水平段煤层，煤水才能从排采直井排出，同时，在冲刷水平段11和分支井眼13的过程中，容易使水平段煤层坍塌而堵塞井眼，导致煤层改造失败，因此，开采煤层气的步骤较繁琐，且煤层改造的效果较差。

发明内容

为了解决开采煤层气步骤较繁琐，且煤层改造效果较差的问题，本发明提供了一种煤层气水平井煤层改造方法。所述技术方案如下：

提供了一种煤层气水平井煤层改造方法，所述方法包括：

钻水平井；

将筛管下入至煤层水平段的预定位置，并悬挂于上层套管内，所述筛管的侧面设置有筛孔；

对所述煤层气水平井的煤层水平段进行增压泄压，使所述筛管周围的煤层产生裂缝，形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带，并使所述筛管周围的煤层形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过所述筛管侧面的筛孔进入所述筛管；

利用水射流钻具组合进行洗井，冲洗所述筛管周围的煤层，并使所述筛管内的煤屑或煤灰被带出井口。

可选的，所述筛管的侧面设置的筛孔为圆角长孔，

所述筛孔的宽度大于等于10毫米，且小于等于30毫米，

所述筛孔的长度大于等于20毫米，且小于等于60毫米，

所述筛孔的圆角半径大于等于1毫米，且小于等于6毫米，

所述筛孔的孔眼在所述筛管侧面呈单螺旋至四螺旋分布。

可选的，所述对所述煤层气水平井的煤层水平段进行增压泄压，使所述筛管周围的煤层产生裂缝，形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带，并使所述筛管周围的煤层形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过所述筛管侧面的筛孔进入所述筛管，包括：

下入注气管柱；

通过所述注气管柱向所述煤层气水平井内注入气体，使井筒内的钻井液体被替出井口；

执行增压泄压过程，所述增压泄压过程包括：

关闭井口的气压阀门，

向所述煤层气水平井内注入气体，

当所述井口的压力在预设时间段内大于或等于所述煤层的破裂压力时，打开所述气压阀门进行泄压，使所述井口的压力为零；

重复执行p次所述增压泄压过程，使所述筛管周围的煤层产生裂缝，发生坍塌，形成所述压力波动坍塌带和所述压力波动延伸带，使所述筛管周围的煤层形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过所述筛管侧面的筛孔进入所述筛管，并使所述压力波动延伸带内的煤灰随地层流体通过所述筛管侧面的筛孔进入所述筛管，所述p大于或等于3。

可选的，在所述利用所述水射流钻具组合进行洗井，冲洗所述筛管周围的煤层，并使所述筛管内的煤屑或煤灰被带出井口之后，所述方法还包括：

判断被带出井口的煤屑量或煤灰量是否大于或等于预设值；

当所述煤屑量或所述煤灰量大于或等于所述预设值，安装采气井口，进入排水、采气阶段；

当所述煤屑量或所述煤灰量小于所述预设值，重复执行所述增压泄压过程和所述洗井过程，直至被带出井口的煤屑量或煤灰量大于或等于所述预设值，安装采气井口，进入排水、采气阶段。

可选的，在所述对所述煤层气水平井的煤层水平段进行增压泄压之后，所述方法还包括：

起出所述注气管柱；

下入所述水射流钻具组合。

本发明提供了一种煤层气水平井煤层改造方法，通过将设置有筛孔的筛管下入至煤层水平段的预定位置，并悬挂于上层套管内，然后对煤层气水平井的煤层水平段进行增压泄压，使筛管周围的煤层产生裂缝，形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带，并使形成上述压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过筛管侧面的筛孔进入筛管，最后利用水射流钻具组合进行洗井，将筛管内的煤屑或煤灰带出井口，相较于现有的对接井水力冲刷卸压开采煤层气技术，简化了开采煤层气的步骤，提高了煤层改造的效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例提供的一种对接井水力冲刷卸压开采煤层气方法的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种煤层气水平井煤层改造方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种煤层气水平井煤层改造的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种煤层气水平井煤层改造方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种煤层气水平井煤层改造方法，如图2所示，该方法可以包括：

步骤101、钻水平井。

步骤102、将筛管下入至煤层水平段的预定位置，并悬挂于上层套管内，所述筛管的侧面设置有筛孔。

步骤103、对煤层气水平井的煤层水平段进行增压泄压，使筛管周围的煤层产生裂缝，形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带，并使筛管周围的煤层形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过筛管侧面的筛孔进入筛管。

步骤104、利用水射流钻具组合进行洗井，冲洗筛管周围的煤层，并使筛管内的煤屑或煤灰被带出井口。

综上所述，本发明实施例提供的煤层气水平井煤层改造方法，通过将设置有筛孔的筛管下入至煤层水平段的预定位置，并悬挂于上层套管内，然后对煤层气水平井的煤层水平段进行增压泄压，使筛管周围的煤层产生裂缝，形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带，并使形成上述压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过筛管侧面的筛孔进入筛管，最后利用水射流钻具组合进行洗井，将筛管内的煤屑或煤灰带出井口，相较于现有的对接井水力冲刷卸压开采煤层气技术，简化了开采煤层气的步骤，提高了煤层改造的效果。

进一步的，步骤102中的筛管的侧面设置的筛孔为圆角长孔，该筛孔的宽度大于等于10毫米，且小于等于30毫米，该筛孔的长度大于等于20毫米，且小于等于60毫米，该筛孔的圆角半径大于等于1毫米，且小于等于6毫米，该筛孔的孔眼在筛管侧面呈单螺旋至四螺旋分布。

进一步的，步骤103可以包括：

下入注气管柱；通过注气管柱向煤层气水平井内注入气体，使井筒内的钻井液体被替出井口；执行增压泄压过程，该增压泄压过程包括：关闭井口的气压阀门，向煤层气水平井内注入气体，当井口的压力在预设时间段内大于或等于煤层的破裂压力时，打开气压阀门进行泄压，使井口的压力为零；重复执行p次增压泄压过程，使筛管周围的煤层产生裂缝，发生坍塌，形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带，使筛管周围的煤层形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过筛管侧面的筛孔进入筛管，并使压力波动延伸带内的煤灰随地层流体通过筛管侧面的筛孔进入所述筛管，该p大于或等于3。

在步骤104之后，该方法还可以包括：

判断被带出井口的煤屑量或煤灰量是否大于或等于预设值；当煤屑量或煤灰量大于或等于预设值，安装采气井口，进入排水、采气阶段；当煤屑量或煤灰量小于预设值，重复执行增压泄压过程和洗井过程，直至被带出井口的煤屑量或煤灰量大于或等于预设值，安装采气井口，进入排水、采气阶段。

在步骤103之后，该方法还可以包括：起出注气管柱；下入水射流钻具组合。

综上所述，本发明实施例提供的煤层气水平井煤层改造方法，通过将设置有筛孔的筛管下入至煤层水平段的预定位置，并悬挂于上层套管内，然后对煤层气水平井的煤层水平段进行反复增压泄压，使筛管周围的煤层产生裂缝，形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带，并使形成上述压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过筛管侧面的筛孔进入筛管，最后利用水射流钻具组合进行洗井，将筛管内的煤屑或煤灰带出井口，相较于现有的对接井水力冲刷卸压开采煤层气技术，简化了开采煤层气的步骤，提高了煤层改造的效果。

本发明实施例提供另一种煤层气水平井煤层改造方法，该方法中每一步骤具体执行过程可以参考图3所示的煤层气水平井煤层改造的结构示意图，该方法如图4所示，可以包括：

步骤201、钻水平井。执行步骤202。

钻设煤层气水平井01，具体执行过程可以为：

1)一开：可以采用聚合物钻井液，用直径为311.15毫米的钻头进行钻井，下入直径为244.5毫米的表层套管02，将固井水泥返至地面。

2)二开：可以采用聚合物钻井液，用直径为215.9毫米的钻头进行钻井，下入直径为177.8毫米的技术套管03至煤储层着陆，将固井水泥返至煤层顶04之上且距离煤层顶04为350米的位置。

3)三开：可以采用采用护壁效果好的钻井液，用直径为152.4毫米的钻头进行钻井，完成设计的水平段的长度，至此，完成整个钻井过程。

步骤202、筛管完井：将筛管下入至煤层水平段的预定位置，并悬挂于上层套管内。执行步骤203。

筛管05的侧面设置有特殊筛孔，将侧面设置有筛孔的筛管05下入至煤层水平段的预定位置，并悬挂于上层套管内。示例的，筛管05的直径可以为114.3毫米，筛管05可以悬挂在煤层气水平井位于煤层00中的预设位置，该悬挂点06处的井斜角大于或等于90°。示例的，该筛管05侧面的筛孔可以为圆角长孔，且筛孔的宽度可以大于等于10毫米，且小于等于30毫米，长度可以大于等于20毫米，且小于等于60毫米，圆角半径可以大于等于1毫米，且小于等于6毫米，筛孔的孔眼在筛孔侧面可以呈单螺旋至四螺旋分布。

步骤203、对煤层气水平井煤层水平段进行增压泄压，使筛管周围的煤层产生裂缝，形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带，并使筛管周围的煤层形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过筛管侧面的筛孔进入筛管。执行步骤204。

步骤203的具体执行过程可以为：

1)将钻具下入井底。

2)下入注气管柱，通过注气管柱向煤层气水平井内注入气体，使井筒内的钻井液体被替出井口，并将钻具起出至筛管05悬挂点以上的技术套管03内。

3)执行增压泄压过程，该增压泄压过程具体可以为：关闭井口的气压阀门，继续向煤层气水平井内注入大量的气体，当井口的压力在预设时间段内大于或等于煤层的破裂压力时，即井口的压力稳定一段时间后，打开气压阀门进行泄压，使井口压力迅速降至零，此时，井底压力小于煤层坍塌压力，从而在水平段的井筒内形成负压。

需要说明的是，预设时间段可以为5-10分钟。打开气压阀门进行泄压的时间可以控制在3-5分钟内。此外，关闭井口的气压阀门可以通过防喷器关闭钻具与套管环空，同时关闭地面的防喷管线来实现，具体过程可以参考现有技术。向井内注入大量的气体可以为氮气。

4)重复执行p次步骤3)，使煤层00产生裂缝，发生坍塌，形成压力波动坍塌带07和压力波动延伸带08，使煤层形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过筛管侧面的筛孔进入筛管05，并使压力波动延伸带内的煤灰随地层流体通过筛管侧面的筛孔进入筛管05。p大于或等于3。可选的，p等于3。

步骤204、利用水射流钻具组合进行洗井，冲洗筛管周围的煤层，使筛管内的煤屑或煤灰被带出井口。执行步骤205。

步骤204的具体执行过程可以为：

将钻具起出至井口，将注气管柱起出至井口，下入水射流钻具组合，由浅至深进行射流洗井，利用水射流对水平段筛管内的煤屑或煤灰进行反复冲洗；同时，水射流钻具发出的水射流对坍塌到筛管以外的煤屑或煤灰进行清洗，把小块煤屑或煤灰通过筛管带出井筒，对大块煤屑进行扰动、破碎，产生裂缝或破碎成较小煤屑。水射流钻具组合可以为带水力射流发生器的钻具组合。

步骤205、对被带出井口的煤屑或煤灰进行计量。执行步骤206。

通过对洗井携带出的屑或煤灰进行计量，来判断被带出井口的煤屑量或煤灰量是否大于或等于预设值。

步骤206、判断带出井口的煤屑量或煤灰量是否大于或等于预设值。当煤屑量或煤灰量大于或等于预设值，执行步骤207，否则，执行步骤203。

根据步骤205中带出井口的煤屑量或煤灰量的情况决定是否安装采气井口，当带出井口的煤屑量或煤灰量达到井筒水平段的筛管容积的2倍时，则执行步骤207，安装采气井口，进入常规排水、采气阶段；当带出井口的煤屑量或煤灰量小于井筒水平段的筛管容积的2倍时，则转回至步骤203，直至带出井口的煤屑量或煤灰量满足要求后，执行步骤207，安装采气井口。

步骤207、安装采气井口。执行步骤208。

关于安装采气井口可以参考现有技术，在此不再赘述。

步骤208、进入排水、采气阶段。

关于进入排水、采气阶段可以参考现有技术，在此不再赘述。

可以看出，本发明实施例提供的煤层气水平井煤层改造方法，首先，通过下入特制筛管，克服了水平段煤层坍塌而堵塞井眼的问题，因此，相较于现有的对接井水力冲刷卸压开采煤层气技术，提高了开采煤层气的成功率，提高了煤层改造的效果；其次，通过反复执行增压泄压过程，使筛管周围的煤层形成的压力波动坍塌带和压力波动延伸带，从而增加了煤层的裸露面积；再次，通过水射流钻具组合洗井，可以对坍塌到筛管外的煤屑或煤灰进行清洗，把小块煤屑或煤灰带出井筒，对大块煤屑进行扰动、破碎，产生裂缝或破碎成较小煤屑，进一步增加了压力波动坍塌带及压力波动延伸带的面积，提高了井筒周围的煤层物性。

综上所述，本发明实施例提供的煤层气水平井煤层改造方法，通过将设置有筛孔的筛管下入至煤层水平段的预定位置，并悬挂于上层套管内，然后对煤层气水平井的煤层水平段进行反复增压泄压，使筛管周围的煤层产生裂缝，形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带，并使形成上述压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过筛管侧面的筛孔进入筛管，最后利用水射流钻具组合进行洗井，将筛管内的煤屑或煤灰带出井口，相较于现有的水力压裂技术，不受煤层成煤后的构造运动的影响，提高了煤层改造的效果；相较于现有的对接井水力冲刷卸压开采煤层气技术，无需钻设排采直井，且克服了由于水平段的煤层坍塌堵塞井眼而导致煤层改造失败的问题，因此，简化了开采煤层气的步骤，提高了成功率，提高了煤层改造的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (5)

1.一种煤层气水平井煤层改造方法，其特征在于，所述方法包括：

钻水平井；

将筛管下入至煤层水平段的预定位置，并悬挂于上层套管内，所述筛管的侧面设置有筛孔；

对所述煤层气水平井的煤层水平段进行增压泄压，使所述筛管周围的煤层产生裂缝，形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带，并使所述筛管周围的煤层形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过所述筛管侧面的筛孔进入所述筛管；

利用水射流钻具组合进行洗井，冲洗所述筛管周围的煤层，并使所述筛管内的煤屑或煤灰被带出井口。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述筛管的侧面设置的筛孔为圆角长孔，

所述筛孔的宽度大于等于10毫米，且小于等于30毫米，

所述筛孔的长度大于等于20毫米，且小于等于60毫米，

所述筛孔的圆角半径大于等于1毫米，且小于等于6毫米，

所述筛孔的孔眼在所述筛管侧面呈单螺旋至四螺旋分布。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述煤层气水平井的煤层水平段进行增压泄压，使所述筛管周围的煤层产生裂缝，形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带，并使所述筛管周围的煤层形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过所述筛管侧面的筛孔进入所述筛管，包括：

下入注气管柱；

通过所述注气管柱向所述煤层气水平井内注入气体，使井筒内的钻井液体被替出井口；

执行增压泄压过程，所述增压泄压过程包括：

关闭井口的气压阀门，

向所述煤层气水平井内注入气体，

当所述井口的压力在预设时间段内大于或等于所述煤层的破裂压力时，打开所述气压阀门进行泄压，使所述井口的压力为零；

重复执行p次所述增压泄压过程，使所述筛管周围的煤层产生裂缝，发生坍塌，形成所述压力波动坍塌带和所述压力波动延伸带，使所述筛管周围的煤层形成压力波动坍塌带和压力波动延伸带时产生的煤屑或煤灰通过所述筛管侧面的筛孔进入所述筛管，并使所述压力波动延伸带内的煤灰随地层流体通过所述筛管侧面的筛孔进入所述筛管，所述p大于或等于3。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述利用所述水射流钻具组合进行洗井，冲洗所述筛管周围的煤层，并使所述筛管内的煤屑或煤灰被带出井口之后，所述方法还包括：

判断被带出井口的煤屑量或煤灰量是否大于或等于预设值；

当所述煤屑量或所述煤灰量大于或等于所述预设值，安装采气井口，进入排水、采气阶段；

当所述煤屑量或所述煤灰量小于所述预设值，重复执行所述增压泄压过程和所述洗井过程，直至被带出井口的煤屑量或煤灰量大于或等于所述预设值，安装采气井口，进入排水、采气阶段。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述对所述煤层气水平井的煤层水平段进行增压泄压之后，所述方法还包括：

起出所述注气管柱；

下入所述水射流钻具组合。