CN108331558A - 煤气层用水平井及该水平井的钻井和压裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤气层用水平井及该水平井的钻井和压裂方法。煤气层用水平井包括水平井组，水平井组包括多个水平井，各水平井均包括竖直井段和与竖直井段连接的水平井段，各水平井段平行设置。采用本发明的煤气层用水平井开采煤气层的煤层气藏，解决了现有技术中的煤层气藏的开采效率低的问题。

Description

煤气层用水平井及该水平井的钻井和压裂方法

技术领域

本发明涉及煤气层开采技术领域，具体而言，涉及一种煤气层用水平井及该水平井的钻井和压裂方法。

背景技术

煤气层的地质结构多变，煤的多阶段演化和多热源叠加使煤的变质作用显著，造成煤层气藏在煤气层的物性、含气保存与开采条件等方面有明显的特殊性。相当多的煤层气藏表现出高应力和低渗透的特征，这些特征使煤层气藏的开采面临更严苛的技术要求。高应力、低渗透的煤气层一直是能源开发领域的攻关方向。

低渗透煤气层属于难开发资源，单纯依靠地层自身条件，不能形成良好的渗流条件。单井产量低，难以获得理想的结果。常规技术在开采煤气层的煤层气藏时，采用在一个井场中设置一口水平井，由于煤层气藏的低渗透性，只有一口水平井的井场只能通过水平井开采水平井的水平段周边有限区域的煤层气藏，并且由于煤层气藏的低渗透性，煤层气藏在煤气层中的渗透速度慢，因而水平井的水平段开采煤层气藏的速度慢，效率低。即现有技术中，煤层气藏的开采效率低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种煤气层用水平井及该水平井的钻井和压裂方法，以解决现有技术中煤层气藏的开采效率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种煤气层用水平井，煤气层用水平井包括水平井组，水平井组包括多个水平井，各水平井均包括竖直井段和与竖直井段连接的水平井段，各水平井段平行设置。

进一步地，相邻两个水平井段在第一平面上的投影之间具有距离h，距离h大于等于280m且小于等于300m，其中，第一平面垂直于煤气层的高度方向。

进一步地，煤气层用水平井包括三个水平井，三个水平井的水平井段依次间隔设置，位于外侧的两个水平井均包括设置在竖直井段和水平井段之间的向外延伸段以及扭方位段，向外延伸段的第一端与竖直井段连接，向外延伸段的第二端与扭方位段连接，扭方位段的第一端与向外延伸段连接，扭方位段的第二端与水平井段连接。

进一步地，向外延伸段与水平井段之间具有夹角α，夹角α大于等于60°且小于等于100°，向外延伸段的长度L2为大于等于100m且小于等于200m。

进一步地，位于外侧的两个水平井均还包括着陆段，着陆段设置在扭方位段和水平井段之间。

进一步地，沿煤气层的高度方向，水平井段和着陆段的连接处与水平井段的自由端之间存在高度差H。

进一步地，高度差H大于等于10m且小于等于80m。

进一步地，水平井段的长度为L1，L1大于等于500m且小于等于1500m，或者L1小于等于2000m。

进一步地，水平井段位于煤气层的中下位置。

进一步地，煤气层用水平井包括多个水平井组，多个水平井组间隔设置。

根据本发明的另一方面，提供了一种煤气层用水平井的钻井和压裂方法，钻井和压裂方法采用前述的煤气层用水平井进行。

进一步地，钻井和压裂方法包括：确定煤气层中主应力的方向；控制水平井段的中心线与主应力方向之间的夹角大于60°。

进一步地，钻井和压裂方法还包括在水平井段内设置压裂点的步骤。

进一步地，位于第一个水平井段内的压裂点和位于第二个水平井段内的压裂点错位布置。

进一步地，水平井段内设置有多个压裂点，多个压裂点沿水平井段的延伸方向间隔布置。

进一步地，相邻两个压裂点之间的间隔为大于等于50m且小于等于100m。

应用本发明的技术方案，由于水平井组包括多个水平井，多个水平井的水平井段平行设置于煤气层中，因而在开采煤气层中的煤层气藏时，通过多个水平井的水平井段同时开采煤气层中的煤层气藏，相对于现有技术中，只通过设置在煤气层中的一个水平井的水平段开采煤气层的煤层气藏，本发明的技术方案提高了煤层气藏的开采速度，提高了煤层气藏的开采效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的煤气层用水平井的实施例一的示意图；

图2示出了图1的煤气层用水平井在第一平面的投影图；

图3示出了图2的压裂点布置方式及裂缝的示意图；以及

图4示出了根据本发明的煤气层用水平井的实施例二在第一平面的投影图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、竖直井段；20、水平井段；21、第二水平井段；211、向外延伸段；212、扭方位段；2121、着陆段；22、第一水平井段；30、裂缝。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例中，煤气层的高度方向为图1中的Z方向；第一平面为图2中X方向与Y方向构成的平面,即第一平面与煤气层的高度方向垂直。

实施例一

实施例一中，设置了一个水平井组，共三个水平井。

如图1所示，本发明实施例提供了一种煤气层用水平井，煤气层用水平井包括水平井组，水平井组包括多个水平井，各水平井均包括竖直井段10和与竖直井段10连接的水平井段20，各水平井段20平行设置。

本实施例中，由于水平井组包括多个水平井，多个水平井的水平井段20平行设置于煤气层中，因而在开采煤气层中的煤层气藏时，通过多个水平井的水平井段20同时开采煤气层中的煤层气藏，相对于现有技术中，只通过设置在煤气层中的一个水平井的水平段开采煤气层的煤层气藏，本实施例的技术方案提高了煤层气藏的开采速度，提高了煤层气藏的开采效率。

如图2所示，本实施例中，相邻两个水平井段20在第一平面上的投影之间具有距离h，距离h大于等于280m且小于等于300m，其中，第一平面垂直于煤气层的高度方向。

由于煤层气在煤气层中的渗透性有限，因而，通过煤气层中的水平井段20开采煤层气藏时，与该水平井段20距离越小的煤层气藏越容易向该水平井段20渗透，进而与该水平井段20距离越小的煤层气藏越容易被开采，煤层气藏的开采效率越高。

而本实施例中，距离h的范围设置在280m至300m之间，煤层气中相邻的两个水平井段20能够以较高的效率开采它们之间的煤层气藏。

如图1和图2所示，本实施例中，煤气层用水平井包括三个水平井，三个水平井的水平井段20依次间隔设置，位于外侧的两个水平井均包括设置在竖直井段10和水平井段20之间的向外延伸段211以及扭方位段212，向外延伸段211的第一端与竖直井段10连接，向外延伸段211的第二端与扭方位段212连接，扭方位段212的第一端与向外延伸段211连接，扭方位段212的第二端与水平井段20连接。

本实施例中，三个水平井的水平井段20在煤气层的高度方向上相互间隔设置。

在未给出的实施例中，三个水平井的水平井段20也可以在第二平面上间隔设置，该第二平面与煤气层的高度方向上相交。本实施例中，多个相互平行的水平井段20包括位于中间的第一水平井段22以及位于第一水平井段22两侧的第二水平井段21，第二水平井段21对应的竖直井段10通过向外延伸段211朝向远离第二水平井段21的方向延伸，接着向外延伸段211通过扭方位段212转向第一水平井段22的延伸方向，以使第一水平井段22与第二水平井段21平行。本申请实施例中，上述设置的第二水平井段21对应的竖直井段10的井口位置临近第一水平井段22对应的竖直井段10的井口位置，便于对不同的水平井的井口进行控制。

本实施例中，位于外侧的两个水平井如图2所示的第二水平井段21，两个第二水平井段21设置于位于中间的第一水平井段22的两侧。在未给出的实施例中，多个水平井的数量也可以为五个或者七个或者九个等奇数，此时，所有水平井的水平井段20依次间隔设置，位于两侧的所有水平井均包括向外延伸段211以及扭方位段212，向外延伸段211以及扭方位段212与竖直井段10和水平井段20之间的关系与实施例一相同，这里不再赘述，上述两侧的所有水平井均设置在位于中间的水平井段的两侧。

在未给出的实施例中，多个水平井的数量也可以为偶数，此时，所有水平井的水平井段20依次间隔设置，所有的水平井均包括向外延伸段211以及扭方位段212，向外延伸段211以及扭方位段212与竖直井段10和水平井段20之间的关系与实施例一相同，这里不再赘述。

如图1所示，向外延伸段211与水平井段20之间具有夹角α，夹角α大于等于60°且小于等于100°，向外延伸段211的长度L2为大于等于100m且小于等于200m。

与水平井段20距离越小的煤层气藏越容易被开采，煤层气藏的开采效率越高，而本申请实施例中，向外延伸段211与水平井段20之间的夹角α的范围在60°至100°之间，向外延伸段211的长度L2的尺寸在100m至200m之间，使相邻的两个水平井段20之间的距离在适合的范围内，进而能使煤层气中相邻的两个水平井段20能够以较高的效率开采它们之间的煤层气藏，避免因相邻的两个水平井段20之间的距离过大，而在相邻的两个水平井段20之间存在水平井段20难开采的区域，或者因相邻的两个水平井段20之间的距离过小，使相邻的两个水平井段20的开采区域重合而降低水平井段20用于开采煤层气藏的利用率。

如图1所示，本实施例中，位于外侧的两个水平井均还包括着陆段2121，着陆段2121设置在扭方位段212和水平井段20之间。

本实施例中，在扭方位段212与水平井段20之间设置着陆段2121，在着陆段2121后，扭方位段212转向水平井段20的延伸方向，以使处于第一水平井段22两侧的第二水平井段21与第一水平井段22平行。

如图1所示，本实施例中，沿煤气层的高度方向，水平井段20和着陆段2121的连接处与水平井段20的自由端之间存在高度差H。

优选地，倾斜设置，每个水平井段都是朝向井口所在的一侧倾斜。

在开采煤层气藏之前，需要将煤气层中的液体排出煤气层。本实施例中，沿煤气层的高度方向，水平井段20的自由端位于水平井段20的另一端的上方，即水平井段20的自由端位于水平井段20和着陆段2121的连接处的上方，煤气层中的液体均集中在水平井段20中较低的位置，即水平井段20和着陆段2121的连接处，在开采煤层气藏之前，在水平井的着陆段2121处设置排水设备，能方便的将煤气层中的液体排出煤气层。

如图1所示，本实施例中，高度差H大于等于10m且小于等于80m。

本实施例中，水平井段20为沿煤气层的高度方向向上倾斜的井段，水平井段20向上倾斜的角度与煤气层与水平面的夹角相同，而在每个井场中，煤气层与水平面的夹角是一固定值，因而水平井段20向上倾斜的角度时不变的。此时高度差H越大，水平井段20的长度尺寸越大，能开采煤层气藏的区域体积越大。同时在钻井工艺方面，水平井段20的长度越大，加工难度越大，对钻井设备的要求越高。因此，本实施例中，高度差H大于等于10m且小于等于80m，在满足钻井工艺的要求的同时，能最大程度的提高水平井段20的长度尺寸，进而最大程度的增大能开采煤层气藏的体积，提高开采煤层气藏的效率。在某些煤气层中，由于煤气层与第一平面的夹角较大，高度差H可以增大至120m。

如图1至图3所示，水平井段20的长度为L1，L1大于等于500m且小于等于1500m，或者L1小于等于2000m。

本实施例中，水平井段20的长度为L1设置在500m至1500m之间，在满足钻井工艺要求的同时，提高水平井段20的长度尺寸，进而增大能开采煤层气藏的体积，提高开采煤层气藏的效率。在某些煤气层中，由于煤气层与水平面的夹角较大，L1的尺寸可以增大至2000m。

本实施例中，水平井段20位于煤气层的中下位置，在开采煤层气藏之前，可以快速排出煤层水，降低储层压力，进而提高煤层气藏的开采速度和效率。

如图4所示，本实施例中，煤气层用水平井包括多个水平井组，多个水平井组间隔设置。本实施例中，多个水平井组周向等间隔设置，多个水平井组之间的中心线，为单个水平井组中位于中部的竖直井段10的井管中心线。优选地，如图1所示，多个水平井组之间的中心轴线为第一水平井段22对应的竖直井段10的井管中心线。

本发明实施例还提供了一种煤气层用水平井的钻井和压裂方法，钻井和压裂方法采用前述的煤气层用水平井进行。本实施例中，煤气层用水平井设置成前述的煤气层用水平井，在开采煤气层的煤层气藏时，本实施例的技术方案提高了煤层气藏的开采速度，提高了煤层气藏的开采效率。

本实施例中，水平井采用三开井身结构，在二开钻井后，将技术套管下至着陆点位置，在三开钻井后将生产套管从井口下至井底，水平井的水平井段20不固井。

本实施例中，钻井和压裂方法包括：确定煤气层中主应力的方向；控制水平井段20的中心线与主应力方向之间的夹角大于60°。

在开采煤层气藏时，水平井段20的中心线垂直主应力方向时，在压裂作业中，裂缝的长度尺寸最大，即水平井段20的中心线与主应力方向之间的越接近90°，在压裂作业中越有利于裂缝的延伸，裂缝的长度尺寸越大，不过受煤气层的地质结构特点，施工工艺等因素的影响，水平井段20的中心线无法垂直于主应力方向。本实施例中，控制水平井段20的中心线与主应力方向之间的夹角大于60°，在满足钻井工艺的要求的同时，最大可能使水平井段20的中心线与主应力方向之间的夹角接近90°，以提高开采煤层气藏的效率。在油层气藏中，水平井段20受到各个方向的应力作用，上述主应力方向为所有应力中最大应力的方向。

如图3所示，本实施例中，钻井和压裂方法还包括在水平井段20内设置压裂点的步骤。

本实施例中，在垂直于煤气层的高度方向的方向上，在水平井段20的管壁的两侧设置压裂点，在钻井时，将压裂设备设置在水平井段20内，压裂设备通过压裂点向煤气层注入压裂液，以在煤气层中形成裂缝30，扩大煤层气藏中煤的裸露表面积及煤层气藏的渗流通道，增大煤层气藏的渗透率，进而提高开采煤层气藏的效率。

本实施例中，通过连续油管将压裂设备设置在在水平井段20内，压裂设备通过压裂点，采用多级水力压裂技术对煤气层进行压裂改造，建立网状的裂缝30。

如图3所示，本实施例中，位于第一个水平井段20内的压裂点和位于第二个水平井段20内的压裂点错位布置。即相邻的水平井段20内的压裂点相互交错布置。

本实施例中，在煤气层中，由于位于第一个水平井段20内的压裂点和位于第二个水平井段20内的压裂点错位布置，即第二水平井段21的压裂点和第一水平井段22的压裂点错位布置，因而通过第一个水平井段20内的压裂点形成的裂缝30与通过第二个水平井段20内的压裂点形成的裂缝30相互交错，这样，通过水平井段20的压裂点形成的裂缝30延伸到与之相邻的水平井段20的附近，提高与之相邻的水平井段20附近的煤层气藏的渗透率。

如图3所示，本实施例中，水平井段20内设置有多个压裂点，多个压裂点沿水平井段20的延伸方向间隔布置。

本实施例中，沿水平井段20的延伸方向，等间隔布置有多个压裂点，即相邻水平井的各压裂点星型分布，这样通过水平井段20上的多个压裂点形成的裂缝30，等间隔的分布在沿水平井段20的延伸方向上，提高煤层气藏的渗透率，进而提高开采煤层气的效率。

如图3所示，相邻两个压裂点之间的间隔为大于等于50m且小于等于100m。

本实施例中，沿水平井段20的延伸方向，相邻两个压裂点之间的间隔在50m至100m范围内，能最大限度的提高煤层气藏的渗透率，进而最大限度的提高开采煤层气的效率。

优选地，每口水平井的水平井段20上的压裂点的数量不小于6个。在某些井场中，根据水平井段20的长度，压裂点数量可增加至10个以上。

优选地，上述裂缝30的长度尺寸不小于130m，裂缝30尽可能延伸至相邻的水平井段20。

优选地，在通过压裂点向煤层气藏注入压裂液时，单个压裂点的压裂液注入量，根据该压裂点对应位置的煤气层的煤层物性调整，以保证在水平井段20的不同位置上形成多条裂缝30，多条裂缝30形成网状微裂缝。

优选地，在一个井场中布置3个水平井，对某些煤气层也可以设置更多数量的水平井，水平井的数量根据井场所处位置的地质构造确定。

优选地，位于向斜构造的轴部的井场，布置6口水平井，某些位于向斜构造的轴部且面积较大的井场，布置更多数量的水平井。处于单斜构造的底部的井场，布置3口水平井，某些处于单斜构造的底部且面积较大的井场，布置更多数量的水平井。上述向斜构造的地质结构类似“U”形，向斜构造的轴部指该“U”形结构的底部圆弧线的中部弧段；单斜构造的地质结构为坡形，单斜构造的底部指该坡形结构的底部。

实施例二

如图4所示，本实施例中设置有两个水平井组，即六个水平井，两个水平井组对称设置，且第二个水平井组的水平井段20朝向背离第一水平井组的方向延伸。

本发明的技术方案具有以下的优点：本发明中，在一个井场中布置多个水平井，即丛式水平井；并集成先进的钻井工艺和压裂工艺以设置水平井；通过多个水平井的压裂点向煤气层注入压裂液，有针对性地改造煤气层的渗透性；同时采用通过多个水平井同时开采煤层气藏的一体化整体开发技术，充分发挥多个水平井的协同降压作用，快速形成降压漏斗，加快煤层气藏的扩散速度，增大煤气层用水平井的对煤层气藏泄压的作用面积，进而达到快速、高效开发低渗透气藏的目的。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：由于水平井组包括多个水平井，多个水平井的水平井段平行设置于煤气层中，因而在开采煤气层中的煤层气藏时，通过多个水平井的水平井段同时开采煤气层中的煤层气藏，相对于现有技术中，只通过设置在煤气层中的一个水平井的水平段开采煤气层的煤层气藏，本发明的技术方案提高了煤层气藏的开采速度，提高了煤层气藏的开采效率。

以上所述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 (16)

1.一种煤气层用水平井，其特征在于，所述煤气层用水平井包括水平井组，所述水平井组包括多个水平井，各所述水平井均包括竖直井段(10)和与所述竖直井段(10)连接的水平井段(20)，各所述水平井段(20)平行设置。

2.根据权利要求1所述的煤气层用水平井，其特征在于，相邻两个所述水平井段(20)在第一平面上的投影之间具有距离h，所述距离h大于等于280m且小于等于300m，其中，所述第一平面垂直于煤气层的高度方向。

3.根据权利要求1所述的煤气层用水平井，其特征在于，所述煤气层用水平井包括三个所述水平井，三个所述水平井的水平井段(20)依次间隔设置，位于外侧的两个所述水平井均包括设置在所述竖直井段(10)和所述水平井段(20)之间的向外延伸段(211)以及扭方位段(212)，所述向外延伸段(211)的第一端与所述竖直井段(10)连接，所述向外延伸段(211)的第二端与所述扭方位段(212)连接，所述扭方位段(212)的第一端与所述向外延伸段(211)连接，所述扭方位段(212)的第二端与所述水平井段(20)连接。

4.根据权利要求3所述的煤气层用水平井，其特征在于，所述向外延伸段(211)与所述水平井段(20)之间具有夹角α，所述夹角α大于等于60°且小于等于100°，所述向外延伸段(211)的长度L2为大于等于100m且小于等于200m。

5.根据权利要求3所述的煤气层用水平井，其特征在于，位于外侧的两个所述水平井均还包括着陆段(2121)，所述着陆段(2121)设置在所述扭方位段(212)和所述水平井段(20)之间。

6.根据权利要求5所述的煤气层用水平井，其特征在于，沿煤气层的高度方向，所述水平井段(20)和所述着陆段(2121)的连接处与所述水平井段(20)的自由端之间存在高度差H。

7.根据权利要求6所述的煤气层用水平井，其特征在于，所述高度差H大于等于10m且小于等于80m。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的煤气层用水平井，其特征在于，所述水平井段(20)的长度为L1，L1大于等于500m且小于等于1500m，或者L1小于等于2000m。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的煤气层用水平井，其特征在于，所述水平井段(20)位于煤气层的中下位置。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的煤气层用水平井，其特征在于，所述煤气层用水平井包括多个所述水平井组，多个所述水平井组间隔设置。

11.一种煤气层用水平井的钻井和压裂方法，其特征在于，所述钻井和压裂方法采用权利要求1至10中任一项所述的煤气层用水平井进行。

12.根据权利要求11所述的钻井和压裂方法，其特征在于，所述钻井和压裂方法包括：

确定煤气层中主应力的方向；

控制水平井段(20)的中心线与主应力方向之间的夹角大于60°。

13.根据权利要求11所述的钻井和压裂方法，其特征在于，所述钻井和压裂方法还包括在所述水平井段(20)内设置压裂点的步骤。

14.根据权利要求13所述的钻井和压裂方法，其特征在于，位于第一个所述水平井段(20)内的压裂点和位于第二个所述水平井段(20)内的压裂点错位布置。

15.根据权利要求13所述的钻井和压裂方法，其特征在于，所述水平井段(20)内设置有多个所述压裂点，多个所述压裂点沿所述水平井段(20)的延伸方向间隔布置。

16.根据权利要求15所述的钻井和压裂方法，其特征在于，相邻两个所述压裂点之间的间隔为大于等于50m且小于等于100m。