CN109577919A - 低渗透煤层中煤层气的开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低渗透煤层中煤层气的开采方法，属于煤层气开采领域。该方法包括：确定低渗透煤层中的最大主应力方向；在所述低渗透煤层中设置至少两口大巷道水平井；在所述至少两口大巷道水平井中每口大巷道水平井的水平段两侧设置多口生产井，且每口生产井的直径小于所述大巷道水平井的水平段的直径；通过所述至少两口大巷道水平井和所述多口生产井对所述低渗透煤层中的煤层气进行开采。本发明通过垂直于最大主应力方向的大巷道水平井的水平段，促使低渗透率煤层中的应力进行释放，形成更多的裂缝通道，进而通过该至少两口大巷道水平井和多口生产井实现煤层气的开采，提高了低渗透煤层中煤层气的开采效率。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气开采领域，特别涉及一种低渗透煤层中煤层气的开采方法。
背景技术
由于煤层气主要以吸附态吸附于煤层孔隙中，因此，在煤层气的开采过程中，主要通过抽取煤层中的水，以降低煤层压力，当压力降到一定程度，煤层中吸附的气体经过解析转换为游离态气体，之后游离态气体通过煤层中的裂缝扩散至煤层气井中，实现煤层气的开采。然而，由于部分煤层的渗透率较低，即低渗透煤层，导致游离态气体很难扩散至煤层气井中，造成低渗透煤层中煤层气的开采效率较低。因此，亟需一种低渗透煤层中煤层气的开采方法。
相关技术中，在煤层气井周围的低渗透煤层内，通过定向斜井建造洞穴，从而形成煤层应力集中区。在煤层应力均衡过程中，低渗透煤层中的煤层应力得到释放，同时低渗透煤层发生张性与剪切破坏，从而产生新的裂缝，形成气体的扩散通道，游离态气体通过该扩散通道流入该煤层气井，实现煤层气的高效开采。
然而，由于在通过定向斜井建造洞穴对低渗透煤层的改造后，低渗透煤层中的煤层应力释放空间有限，造成低渗透煤层形成的扩散通道不明显，导致煤层气的开采效率并未得到显著的提升。
发明内容
为了解决相关技术中的低渗透煤层中煤层气开采效率低的问题，本发明实施例提供了一种低渗透煤层中煤层气的开采方法。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种低渗透煤层中煤层气的开采方法，所述方法包括：
确定低渗透煤层中的最大主应力方向，所述低渗透煤层是指渗透率小于预设渗透率的煤层；
在所述低渗透煤层中设置至少两口大巷道水平井，每口大巷道水平井均包括竖直段和水平段，所述水平段与所述最大主应力方向垂直，且在所述最大主应力方向上每相邻两口大巷道水平井的水平段之间的距离位于第一预设距离范围内，所述大巷道水平井是指水平段的直径位于预设直径范围内的井；
在所述至少两口大巷道水平井中每口大巷道水平井的水平段两侧设置多口生产井，且每口生产井的直径小于所述大巷道水平井的水平段的直径；
通过所述至少两口大巷道水平井和所述多口生产井对所述低渗透煤层中的煤层气进行开采。
可选地，所述在所述低渗透煤层中设置至少两口大巷道水平井，包括：
通过固壁技术和地质导向技术，在所述低渗透煤层中设置至少两口水平井，每口水平井包括竖直段和水平段；
通过高压水力喷射方法，对所述至少两口水平井的水平段进行扩孔，以得到所述至少两口大巷道水平井。
可选地，所述通过所述至少两口大巷道水平井和所述多口生产井对所述低渗透煤层中的煤层气进行开采，包括：
在所述至少两口大巷道水平井中分别下泵，以通过所述至少两口大巷道水平井进行煤层气的开采；
对所述多口生产井中每口生产井穿过的低渗透煤层进行压裂，并在压裂之后，在所述多口生产井中分别下泵，以通过所述多口生产井进行煤层气的开采。
可选地，所述至少两口大巷道水平井能够组成多组大巷道水平井串，每组大巷道水平井串中包括至少一口大巷道水平井，所述至少一口大巷道水平井包括的水平段位于同一煤层中，且在所述最大主应力方向上每相邻两组大巷道水平井串的水平段之间的距离位于所述第一预设距离范围内。
可选地，所述至少两口大巷道水平井包括的水平段的长度均大于预设长度。
可选地，所述预设长度为600米。
可选地，每口大巷道水平井的水平段的同一侧设置的任意两口生产井之间的井间距离位于第二预设距离范围内。
可选地，所述预设渗透率为0.01毫达西，所述第一预设距离范围是指大于或等于2公里且小于或等于4公里的距离范围，所述预设直径范围是指大于或等于1米且小于或等于2米的直径范围。
可选地，所述至少两口大巷道水平井均呈L型。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例中，在确定了低渗透煤层中的最大主应力方向后，在低渗透煤层中设置至少两口大巷道水平井，并保证每口大巷道水平井的水平段与最大主应力方向垂直。在最大主应力方向上每相邻两口大巷道水平井的水平段之间的距离位于第一预设距离范围内，以提高低渗透煤层中各方向应力的释放效果，进而在各方向应力释放的过程中低渗透煤层形成更多的裂缝通道。同时在每口大巷道水平井的水平段两侧设置多口生产井，通过该至少两口大巷道水平井和该多口生产井同时对该低渗透煤层中的煤层气开采，提高煤层气的开采效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的一种低渗透煤层中的煤层气开采方法的流程图；
图2A是本发明实施例提供的另一种低渗透煤层中的煤层气开采方法的流程图；
图2B是本发明实施例提供的一种大巷道水平井主视的结构示意图；
图2C是本发明实施例提供的一种至少两口大巷道水平井俯视的结构示意图；
图2D是本发明实施例提供的一种至少两口大巷道水平井主视的结构示意图。
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。
图1是本发明实施例提供的一种低渗透煤层中煤层气的开采方法流程图。参见图1，该方法包括如下步骤。
步骤101：确定低渗透煤层中的最大主应力方向，低渗透煤层是指渗透率小于预设渗透率的煤层。
步骤102：在低渗透煤层中设置至少两口大巷道水平井，每口大巷道水平井均包括竖直段和水平段，该水平段与最大主应力方向垂直，且在最大主应力方向上每相邻两口大巷道水平井的水平段之间的距离位于第一预设距离范围内，大巷道水平井是指水平段的直径位于预设直径范围内的井。
步骤103：在该至少两口大巷道水平井中每口大巷道水平井的水平段两侧设置多口生产井，且每口生产井的直径小于该大巷道水平井的水平段的直径。
步骤104：通过该至少两口大巷道水平井和该多口生产井对低渗透煤层中的煤层气进行开采。
本发明实施例中，在确定了低渗透煤层中的最大主应力方向后，在低渗透煤层中设置至少两口大巷道水平井，保证每口大巷道水平井的水平段与最大主应力方向垂直，且在最大主应力方向上每相邻两口大巷道水平井的水平段之间的距离位于第一预设距离范围内，以提高低渗透煤层中各方向应力的释放效果，进而在各方向应力释放的过程中低渗透煤层形成更多的裂缝通道，在每口大巷道水平井的水平段两侧设置多口生产井，通过该至少两口大巷道水平井和该多口生产井同时对该低渗透煤层中的煤层气开采，提高煤层气的开采效率。
可选地，在低渗透煤层中设置至少两口大巷道水平井，包括：
通过固壁技术和地质导向技术，在低渗透煤层中设置至少两口水平井，每口水平井包括竖直段和水平段；
通过高压水力喷射方法，对该至少两口水平井的水平段进行扩孔，以得到该至少两口大巷道水平井。
可选地，通过该至少两口大巷道水平井和该多口生产井对低渗透煤层中的煤层气进行开采，包括：
在该至少两口大巷道水平井中分别下泵，以通过该至少两口大巷道水平井进行煤层气的开采；
对该多口生产井中每口生产井穿过的低渗透煤层进行压裂，并在压裂之后，在该多口生产井中分别下泵，以通过该多口生产井进行煤层气的开采。
可选地，该至少两口大巷道水平井能够组成多组大巷道水平井串，每组大巷道水平井串中包括至少一口大巷道水平井，该至少一口大巷道水平井包括的水平段位于同一煤层中，且在最大主应力方向上每相邻两组大巷道水平井串的水平段之间的距离位于第一预设距离范围内。
可选地，该至少两口大巷道水平井包括的水平段的长度大于预设长度。
可选地，预设长度为600米。
可选地，每口大巷道水平井的水平段的同一侧设置的任意两口生产井之间的井间距离位于第二预设距离范围内。
可选地，预设渗透率为0.01毫达西，第一预设距离范围是指大于或等于2公里且小于或等于4公里的距离范围，预设直径范围是指大于或等于1米且小于或等于2米的直径范围。
可选地，该至少两口大巷道水平井均呈L型。
上述所有可选技术方案，均可按照任意结合形成本发明的可选实施例，本发明实施例对此不再一一赘述。
图2A是本发明实施例提供的一种低渗透煤层中煤层气的开采方法流程图。参见图2A，该方法包括如下步骤。
步骤201：确定低渗透煤层中的最大主应力方向，低渗透煤层是指渗透率小于预设渗透率的煤层。
其中，预设渗透率可以为0.008毫达西、0.010毫达西或0.012毫达西，优选地，预设渗透率为0.010毫达西。
由于低渗透煤层在地层的各方向应力对低渗透煤层的作用，造成低渗透煤层产生的裂缝通道较小，进而降低了低渗透煤层中煤层气的开采效率。因此，为了提高低渗透煤层中煤层气的开采效率，可以为低渗透煤层中的各方向应力提供释放空间，从而在各方向应力的释放过程中，促使低渗透煤层形成更多的裂缝通道。在低渗透煤层中的各方向应力释放的过程中，为了提高各方向应力的释放效率，以及释放效果，可以在与低渗透煤层中的最大主应力方向垂直的方向上提供释放空间，因此，可以预先确定低渗透煤层中的各方向应力中最大应力值的方向，也即是，低渗透煤层中的最大主应力方向。
在确定低渗透煤层中的最大主应力方向时，可以通过陀螺仪测井眼的椭圆度，并将该椭圆的长轴方向确定为最大主应力方向，当然，也可以通过其他方法确定低渗透煤层中的最大主应力方向，比如，可以基于地震裂缝监测低渗透煤层中裂缝的延展方向，将该方向确定为最大主应力方向。
进一步地，在确定低渗透煤层中的最大主应力方向之前，还可以基于各煤层的地质资料，选择构造较平缓的低渗透煤层，比如，可以基于煤层地形中等高线的平面间距选择构造较平缓的煤层，其中，等高线平面间距愈大，等高线排列越稀，说明煤层的构造越平缓，等高线平面间距愈小，等高线排列越密，说明煤层越陡峭。当然，也可以基于煤层的地震剖面图选择构造较平缓的煤层，其中，地震剖面图的地层倾角小于或等于5度，将该煤层确定为构造较平缓的煤层。
在确定了低渗透煤层中的最大主应力方向后，可以基于最大主应力方向在低渗透煤层中设置各方向应力的释放空间，也即是，通过步骤202-步骤203在低渗透煤层中设置至少两口大巷道水平井，以便于低渗透煤层中各方向应力的释放。
步骤202：通过固壁技术和地质导向技术，在低渗透煤层中设置至少两口水平井，每口水平井包括竖直段和水平段。
在低渗透煤层中设置至少两口水平井，每口水平井呈L型，也即是每口水平井可以包括竖直段和水平段。在设置至少两口水平井的过程中，由于低渗透煤层较松软的区域容易发生坍塌，且钻井设备的钻头容易偏离煤层，因此可以采用固壁技术对每口水平井的水平段的井壁进行加固，避免较松软区域的坍塌；以及采用地质导向技术实时对该钻头的钻进方向进行监测，当该钻头的钻进方向偏离低渗透煤层时，及时对该钻头的钻进方向进行调整，以保证每口水平的水平段处于低渗透煤层中。
其中，对于固壁技术，在一种可能的实现方式中，可以在钻井液中加入粘性液体，比如耐温胶液等，在设置每口水平井的过程中，保证该粘性液体侵入低渗透煤层中，进而达到对每口水平井的水平段的井壁进行加固的目的，当然，也可以通过其它方式实现对井壁的加固，本发明实施例对此不做限定。
其中，对于地质导向技术，在一种可能的实现方式中，可以在该钻头附近安装随钻导向仪，基于该随钻导向仪实时监测该钻头的钻进方向，当然，也可以通过其它方式实现对该钻头的钻进方向的监测，本发明实施例对此不做限定。
步骤203：通过高压水力喷射方法，对该至少两口水平井的水平段进行扩孔，以得到该至少两口大巷道水平井。
在低渗透煤层中设置了至少两口水平井后，为了提高各方向应力的释放效果，可以通过高压水力喷射的方法，对每口水平井的水平段进行扩孔，当然，也可以通过其他方法实现对每口水平井的水平段的扩孔，得到该至少两口大巷道水平，如图2B所示，由于低渗透煤层上为覆盖层，当大巷道水平井穿过该覆盖层后，为了便于低渗透煤层中各方向应力的释放，大巷道水平井的水平段处于低渗透煤层中，也即是，该至少两口大巷道水平井均呈L型。
其中，高压水力喷射方法是指对液体进行加压后，通过该液体中携带的砂砾的高压冲击对水平井的水平段进行扩孔的一种方法。大巷道水平井是指水平段的直径位于预设直径范围内的井，当水平段的直径较小时，不便于各方向应力的释放，当水平段的直径较大时，提高技术要求且增加煤层气开采成本。因此，优选地该预设直径范围是指大于或等于1米且小于或等于2米的直径范围。
如图2B所示，每口大巷道水平井均可以包括竖直段和水平段，该水平段可以与最大主应力方向垂直，且该至少两口大巷道水平井包括的水平段的长度均大于预设长度。其中，该预设长度可以为400米、500米或600米等，为了提高低渗透煤层中各方向应力的释放范围，优选地，该预设长度为600米。
在低渗透煤层中，为了实现各方向应力在最大主应力方向上的有效释放，如图2C所示，在最大主应力方向上每相邻两口大巷道水平井的水平段之间的距离位于第一预设距离范围内。同时，为了扩大低渗透煤层释放应力的范围，如图2C所示，该至少两口大巷道水平井能够组成多组大巷道水平井串，且每组大巷道水平井串中包括至少一口大巷道水平井，该至少一口大巷道水平井包括的水平段可以位于同一煤层中，且在最大主应力方向上每相邻两组大巷道水平井串的水平段之间的距离位于第一预设距离范围内。
其中，为了保证低渗透煤层中各方向应力的均匀释放，如图2C所示，该多组大巷道水平井串的水平段在垂直最大主应力方向上并行排列。第一预设距离范围可以是指大于或等于1公里且小于或等于6公里的距离范围，优选地，为了便于低渗透煤层中各方向应力的释放，且降低煤层气开采成本，第一预设距离范围可以为大于或等于2公里且小于或等于4公里的距离范围。
需要说明的是，由于低渗透煤层可能具有一定的厚度，因此，在设置大巷道水平井时，每口大巷道水平井的水平段所处的深度可能不同，也即是，如图2D所示，每口大巷道水平井的水平段高低相互错位，从而形成立体感，保证低渗透煤层的整个区域整体进行各方向应力的释放。
步骤204：在该至少两口大巷道水平井中每口大巷道水平井的水平段两侧设置多口生产井。
由于在最大主应力方向上，相邻两口大巷道生产井的水平段之间的距离位于第一预设距离范围内，因此，为了对第一预设范围内的低渗透煤层区域的煤层气进行开采，以提高开采效率、缩短开采周期，可以在每口大巷道水平井的水平段两侧设置多口生产井。
其中，每口生产井的直径小于大巷道水平井的水平段的直径，且每口生产井可以是直井、斜井或水平井等。
每口大巷道水平井的水平段的同一侧设置的任意两口生产井之间的井间距离位于第二预设距离范围内，且该第二预设距离范围可以为大于或等于100且小于或等于600的距离范围，优选地，为了避免任意两口生产井在开采煤层气过程中相互影响，且缩短煤层气的开采周期，第二预设距离范围为大于或等于200米且小于或等于400米的距离范围。
步骤205：通过该至少两口大巷道水平井和该多口生产井对低渗透煤层中的煤层气进行开采。
在该至少两口大巷道水平井中分别下泵，以通过该至少两口大巷道水平井进行煤层气的开采；对该多口生产井中每口生产井穿过的低渗透煤层进行压裂，并在压裂之后，在该多口生产井中分别下泵，以通过该多口生产井进行煤层气的开采。
本发明实施例中，在确定了低渗透煤层中的最大主应力方向后，在低渗透煤层中设置至少两口水平井，通过对每口水平井的水平段进行扩孔，得到至少两口大巷道水平井，每口大巷道水平井的水平段与最大主应力方向垂直，且在最大主应力方向上每相邻两口大巷道水平井的水平段之间的距离位于第一预设距离范围内，以提高低渗透煤层中各方向应力的释放效果，进而在各方向应力释放的过程中低渗透煤层形成更多的裂缝通道，在每口大巷道水平井的水平段两侧设置多口生产井，通过该至少两口大巷道水平井和该多口生产井同时对低渗透煤层中的煤层气开采，提高煤层气的开采效率。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
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 (9)
1.一种低渗透煤层中煤层气的开采方法，其特征在于，所述方法包括：
确定低渗透煤层中的最大主应力方向，所述低渗透煤层是指渗透率小于预设渗透率的煤层；
在所述低渗透煤层中设置至少两口大巷道水平井，每口大巷道水平井均包括竖直段和水平段，所述水平段与所述最大主应力方向垂直，且在所述最大主应力方向上每相邻两口大巷道水平井的水平段之间的距离位于第一预设距离范围内，所述大巷道水平井是指水平段的直径位于预设直径范围内的井；
在所述至少两口大巷道水平井中每口大巷道水平井的水平段两侧设置多口生产井，且每口生产井的直径小于所述大巷道水平井的水平段的直径；
通过所述至少两口大巷道水平井和所述多口生产井对所述低渗透煤层中的煤层气进行开采。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述低渗透煤层中设置至少两口大巷道水平井，包括：
通过固壁技术和地质导向技术，在所述低渗透煤层中设置至少两口水平井，每口水平井包括竖直段和水平段；
通过高压水力喷射方法，对所述至少两口水平井的水平段进行扩孔，以得到所述至少两口大巷道水平井。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述至少两口大巷道水平井和所述多口生产井对所述低渗透煤层中的煤层气进行开采，包括：
在所述至少两口大巷道水平井中分别下泵，以通过所述至少两口大巷道水平井进行煤层气的开采；
对所述多口生产井中每口生产井穿过的低渗透煤层进行压裂，并在压裂之后，在所述多口生产井中分别下泵，以通过所述多口生产井进行煤层气的开采。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少两口大巷道水平井能够组成多组大巷道水平井串，每组大巷道水平井串中包括至少一口大巷道水平井，所述至少一口大巷道水平井包括的水平段位于同一煤层中，且在所述最大主应力方向上每相邻两组大巷道水平井串的水平段之间的距离位于所述第一预设距离范围内。
5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述至少两口大巷道水平井包括的水平段的长度均大于预设长度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设长度为600米。
7.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，每口大巷道水平井的水平段的同一侧设置的任意两口生产井之间的井间距离位于第二预设距离范围内。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设渗透率为0.01毫达西，所述第一预设距离范围是指大于或等于2公里且小于或等于4公里的距离范围，所述预设直径范围是指大于或等于1米且小于或等于2米的直径范围。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少两口大巷道水平井均呈L型。
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