CN108643867A - 一种卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，包括如下步骤：a.煤层或岩层中主支的钻进，包括水平钻进层的选择、钻孔长度的确定和钻井步骤；b.套管开窗，包括开窗位置、开窗数目、开窗顺序和开窗步骤的确定；c.水力喷射掏煤，分为煤层段或非煤层段开窗情况。本发明的优点：将近井筒附近煤屑破碎后带出地面，释放近井筒附近煤层应力，使煤储层裂隙通道大大改善，增加煤储层导流能力，提高井组产能；实施开窗、侧钻，水力喷射掏煤，在煤层气开采的同时实现采煤，“煤气同采”增加了煤层气井开发的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及抽采煤层气工艺，特别是指一种卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺。
背景技术
煤层瓦斯是一种洁净能源，但对煤矿生产而言更是一种灾害源。采取何种工艺手段既能把煤层中的瓦斯气体抽采出来，又能安全高效的采煤一直是煤炭生产和瓦斯治理工作者研究的重点问题之一。
煤层瓦斯以吸附态赋存在煤储层中，煤储层的裂隙发育程度在一定程度上决定着煤层瓦斯抽采的难易程度。目前使煤层透气性增加的方式主要有两种，一种是通过水力挤出、水力割缝、水力压裂、氮气和二氧化碳泡沫压裂、酸化压裂等人工方式改变煤层的裂隙发育状况，使煤层的透气性增加；另一种是通过改变煤层赋存的应力状态，通过释放应力的方法使煤层赋存的空间发生变化，使瓦斯由吸附状态转变为游离状态，使瓦斯解吸产出。对于一些低渗透松软煤层，采用传统的储层改造措施改造效果不甚理想，造成煤矿抽采效率低、瓦斯治理难度大、采掘衔接困难、煤与瓦斯突出危险性增加，严重影响了煤矿安全生产。传统的应力释放的方法工作量大、投资大，抽采瓦斯效果也不甚理想。如何针对目前低渗透松软煤层瓦斯抽采困难、工程量大、抽采效果差等问题，采用一种工艺技术，通过大面积卸应力的方法增加渗透性既可以提高煤层瓦斯抽采效果，又可以降低瓦斯治理的费用，是解决低渗透松软煤层瓦斯抽采亟待解决的问题。
发明内容
本发明提出一种卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，解决了现有技术中低渗透松软煤层瓦斯抽采困难的问题，能够增加低渗透松软煤层的卸压面积，使煤储层裂隙通道大大改善，提高低渗透煤层的透气性，并且能够实现水力喷射掏煤，大大增加了煤层气开发的经济效益。
本发明的技术方案是这样实现的：一种卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，其特征在于，包括如下步骤：
a.煤层或岩层中主支的钻进，包括水平钻进层的选择、钻孔长度的确定和钻井步骤；
b.套管开窗，包括开窗位置、开窗数目、开窗顺序和开窗步骤的确定；
c.水力喷射掏煤，分为煤层段或非煤层段开窗情况。
所述的步骤a中，水平钻进层的选择，水平钻进层在煤层段或非煤层段进行，当煤层煤质较松软时，在非煤层段进行钻进，可以防止煤层的坍塌，钻进时，应选择坚硬的岩层，煤层以上赋存有泥岩、砂岩、砂质泥岩互层，钻进时选择较硬稳定性好的岩层钻井，岩层厚度大于5m，距离煤层的距离在煤层顶底板4~20m之间，当煤层坚硬时，在煤层中钻进。
所述的步骤a中，钻孔长度的确定，在岩层段或煤层段水平钻孔长度应在500m-1000m。
所述的步骤a中，钻井步骤，水平钻井直接从地面开口，先打直井段，后按照30m不超过9.5度的狗腿度进行钻进，直至达到水平后开始水平施工。
所述的水平钻进层的选择中，优先选择的顺序砂岩>砂质泥岩>泥岩。
所述的步骤b中，开窗位置，在水平井段每隔一定间距进行开窗，间距选择30-80m，开窗位置选择较为坚硬的煤层或岩层，煤层或岩层较为平缓区域煤层倾角较小的地方，并且要远离断层、陷落柱地质构造。
所述的开窗位置确定中，当储层渗透性大于或等于1mD时，分支间距为80m，当储层渗透性为0.5-1mD时，分支间距为60m，储层渗透性为0.1-0.5mD时，分支间距为50m，储层渗透性小于或等于0.1mD时，分支间距为30m。
所述的步骤b中，开窗顺序，开窗顺序自井底向井口方向顺序进行。
所述的步骤b中，开窗步骤，b1.先将复合式铣锥下至导斜器顶部，检查深度是否准确；b2.校准深度后复合式铣锥慢慢转动，起始钻压控制为零；b3.初始磨进，转速应控制在20-30r/min，钻压15-30KN，要求无蹩跳；b4.开窗，初始磨进0.1-0.2m，井下正常时，可正式开窗作业，转速50-65r/min，钻压15-30KN；b5.维持上述参数直至开窗全部作业结束。
所述的步骤c中，煤层段开窗情况下，开窗完成后，下入常规导向钻具结构，完成新钻分支煤层进尺，然后起钻下入喷射接头、外平钻具和普通钻具大排量循环洗井，直到向前走不动、复杂或返出地面的煤屑较少为止，导向钻进介质采用聚合物防塌钻井液体系，水力喷射循环掏煤介质采用清水，对分支进行掏煤时，为防止煤粉进入前一分支，在水平井筒中使用封隔器将掏煤分支与前一分支封隔；
非煤层段开窗情况下，开窗完成后，下入常规导向钻具结构，向上导向钻进，尽快进入煤层，进入煤层后，该分支井眼累计达到进尺深度后，起钻更换喷射接头、外平钻具和普通钻具大排量循环洗井，直到向前走不动、复杂或返出地面的煤屑较少为止，导向钻进介质采用聚合物防塌钻井液体系，水力喷射循环掏煤介质采用清水，对分支进行掏煤时，为防止煤粉进入前一分支，在水平井筒中使用封隔器将掏煤分支与前一分支封隔。
本发明的优点：将近井筒附近煤屑破碎后带出地面，释放近井筒附近煤层应力，使煤储层裂隙通道大大改善，增加煤储层导流能力，提高井组产能；实施开窗、侧钻，水力喷射掏煤，在煤层气开采的同时实现采煤，“煤气同采”增加了煤层气井开发的经济效益。
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为本发明施工工艺流程图。
图2为本发明施工井深结构示意图。
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付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。
本发明的工艺包括钻进系统、开窗系统、水力喷射掏煤系统和辅助系统。钻进系统主要包括钻机、钻杆、钻头以及连接装置，目的是实现煤层或岩层的钻进。开窗系统主要包括可回收斜向器和复合式铣锥等，目的是完成煤层或岩层套管内开窗。水力喷射掏煤系统主要包括常规导向钻具、连续外平钻具、导向钻进介质（聚合物防塌钻井液体系）和循环掏煤介质（清水）等。施工工艺流程如下图1所示。
（1）煤层或岩层中主支钻进
该操作主要是实现煤层或岩层中主支的钻进。
①水平钻进层的选择
水平钻进层可以在煤层段或非煤层段进行，当煤层煤质较松软时（松软的概念主要通过煤的坚固性系数来表现，即f小于0.5以下即为松软煤层），一般在非煤层段进行钻进，可以防止煤层的坍塌，钻进时，应选择相对坚硬的岩层，煤层以上赋存有泥岩、砂岩、砂质泥岩互层，钻进时选择较硬稳定性好的岩层钻井，优先选择砂岩—砂质泥岩—泥岩的顺序，岩层厚度一般应大于5m，距离煤层的距离应在煤层顶底板4~20m之间。当煤层较坚硬时（煤层硬度f值在0.8以上），可以选择在煤层中钻进（尽可能靠近煤层中部即可）。
②钻孔长度
一般情况下，在岩层段或煤层段水平钻孔长度应在500m-1000m。
③钻井步骤
水平钻井直接从地面开口，先打直井段，后按照30m不超过9.5度的狗腿度进行钻进，直至达到水平后开始水平施工，钻孔直径215.9mm。
（2）套管开窗
本操作主要是实现在套管内的开窗，如图2所示。
①开窗位置在水平井段每隔一定间距进行开窗，间距可以选择30-80m
开窗位置应选择较为坚硬的煤层或岩层（煤层硬度f值在0.8以上），并且要远离断层、陷落柱等地质构造，煤层或岩层较为平缓区域煤层倾角较小的地方，不同储层条件下分支间距可参照下表1。
表1 不同渗透性条件下分支间距
| 储层渗透性/mD | ≥1 | 0.5~1 | 0.1~0.5 | ≤0.1 |
| 分支间距/m | 80m | 60m | 50m | 30m |
②开窗数目
开窗数目也即是水平井分支的数目，分支的数目与分支间距、井筒的水平距离和煤储层渗透性有关。当井筒水平距离相同时，煤储层渗透性较高时，可适当加大分支间距，减少分支的数目，煤储层渗透性较低时，应适当减少分支间距，增加分支的数目。
③开窗顺序
开窗顺序自井底向井口方向顺序进行。
④开窗步骤
a.先将复合式铣锥等工具下至导斜器顶部，检查深度是否准确。
b.校准深度后慢慢转动，起始钻压控制为零。
c.初始磨进，转速应控制在20-30 r/min，钻压15-30KN，要求无蹩跳。
d.开窗，初始磨进0.1-0.2m，井下正常时，可正式开窗作业，转速50-65r/min，钻压15-30KN。
e.维持上述参数直至开窗全部作业结束。
（3）水力喷射掏煤
①煤层段开窗情况下
在煤层段窗口完成开窗情况下，开窗完成后，下入常规导向钻具结构，完成200m新钻分支煤层进尺，然后起钻下入喷射接头+73mm外平钻具+73mm普通钻具（200m）大排量循环洗井，直到向前走不动、复杂或返出地面的煤屑较少为止。导向钻进介质采用聚合物防塌钻井液体系，水力喷射循环掏煤介质采用清水，对分支进行掏煤时，为防止煤粉进入前一分支，在水平井筒中使用封隔器将掏煤分支与前一分支封隔。
②非煤层段开窗情况下
在非煤段窗口完成开窗情况下，开窗完成后，下入常规导向钻具结构，向上导向钻进，尽快进入煤层，进入煤层后，该分支井眼累计达到200m进尺，起钻更换喷射接头+73mm外平钻具+73mm普通钻具大排量循环洗井，直到向前走不动、复杂或返出地面的煤屑较少为止。导向钻进介质采用聚合物防塌钻井液体系，水力喷射循环掏煤介质采用清水，对分支进行掏煤时，为防止煤粉进入前一分支，在水平井筒中使用封隔器将掏煤分支与前一分支封隔。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (10)
1.一种卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，其特征在于，包括如下步骤：
a.煤层或岩层中主支的钻进，包括水平钻进层的选择、钻孔长度的确定和钻井步骤；
b.套管开窗，包括开窗位置、开窗数目、开窗顺序和开窗步骤的确定；
c.水力喷射掏煤，分为煤层段或非煤层段开窗情况。
2.根据权利要求1所述的卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，其特征在于：所述的步骤a中，水平钻进层的选择，水平钻进层在煤层段或非煤层段进行，当煤层煤质较松软时，在非煤层段进行钻进，可以防止煤层的坍塌，钻进时，应选择坚硬的岩层，煤层以上赋存有泥岩、砂岩、砂质泥岩互层，钻进时选择较硬稳定性好的岩层钻井，岩层厚度大于5m，距离煤层的距离在煤层顶底板4~20m之间，当煤层坚硬时，在煤层中钻进。
3.根据权利要求1所述的卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，其特征在于：所述的步骤a中，钻孔长度的确定，在岩层段或煤层段水平钻孔长度应在500m-1000m。
4.根据权利要求1所述的卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，其特征在于：所述的步骤a中，钻井步骤，水平钻井直接从地面开口，先打直井段，后按照30m不超过9.5度的狗腿度进行钻进，直至达到水平后开始水平施工。
5.根据权利要求2所述的卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，其特征在于：所述的水平钻进层的选择中，优先选择的顺序砂岩>砂质泥岩>泥岩。
6.根据权利要求1所述的卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，其特征在于：所述的步骤b中，开窗位置，在水平井段每隔一定间距进行开窗，间距选择30-80m，开窗位置选择较为坚硬的煤层或岩层，煤层或岩层较为平缓区域煤层倾角较小的地方，并且要远离断层、陷落柱地质构造。
7.根据权利要求6所述的卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，其特征在于：所述的开窗位置确定中，当储层渗透性大于或等于1mD时，分支间距为80m，当储层渗透性为0.5-1mD时，分支间距为60m，储层渗透性为0.1-0.5mD时，分支间距为50m，储层渗透性小于或等于0.1mD时，分支间距为30m。
8.根据权利要求1所述的卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，其特征在于：所述的步骤b中，开窗顺序，开窗顺序自井底向井口方向顺序进行。
9.根据权利要求1所述的卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，其特征在于：所述的步骤b中，开窗步骤，b1.先将复合式铣锥下至导斜器顶部，检查深度是否准确；b2.校准深度后复合式铣锥慢慢转动，起始钻压控制为零；b3.初始磨进，转速应控制在20-30r/min，钻压15-30KN，要求无蹩跳；b4.开窗，初始磨进0.1-0.2m，井下正常时，可正式开窗作业，转速50-65r/min，钻压15-30KN；b5.维持上述参数直至开窗全部作业结束。
10.根据权利要求1所述的卸压、水力喷射掏煤抽采煤层气工艺，其特征在于：所述的步骤c中，煤层段开窗情况下，开窗完成后，下入常规导向钻具结构，完成新钻分支煤层进尺，然后起钻下入喷射接头、外平钻具和普通钻具大排量循环洗井，直到向前走不动、复杂或返出地面的煤屑较少为止，导向钻进介质采用聚合物防塌钻井液体系，水力喷射循环掏煤介质采用清水，对分支进行掏煤时，为防止煤粉进入前一分支，在水平井筒中使用封隔器将掏煤分支与前一分支封隔；
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