CN109577941A - 煤层气钻采结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤层气钻采结构，该煤层气钻采结构包括：一个或多个井组，每个井组包括一口直井、至少两口定向井和一口水平井，直井和水平井的直井段相对设置在井组的两端，定向井设置在直井和水平井的直井段之间，定向井和直井均与水平井连通设置；直井内设置有用于排水的排采设备，水平井和各个定向井均安装有井口设备。通过本发明提供的煤层气钻采结构，能够解决现有技术中的煤层气钻采结构不便于开采大倾角煤层的技术问题。

Description

煤层气钻采结构

技术领域

本发明涉及煤层气钻采技术领域，具体而言，涉及一种煤层气钻采结构。

背景技术

目前，地面开发煤层气正逐步取代地下瓦斯抽采技术，并成为治理和利用的主要方式。一般通过钻井来建立一个煤层气的开采通道，现有技术中井的类型主要包括有：直井、丛式井和水平井。其中，直井和丛式井揭露的煤储层面积小，存在井筒“点”的局限性，影响范围较小，不便于开采煤层气。由于煤层气的低压、低渗等储层地质条件的影响，一般需要以“面”的方式切入，以更好地改善气藏的渗透特性。而水平井能够增加与储层的接触面积，以更好地开采煤层气，水平井中的多分支水平井是最有效的煤层气开采方式。

而对于水平井开采而言，其对煤层气资源丰度、地质构造、含气量、渗透率、地表条件等都有较高的要求。现有技术中的水平井技术多适用于煤层倾角小于10°的情况。对于地层倾角大的煤层，例如当倾角达到30～50°时，现有技术中的这种水平井钻井技术及后期的排采工艺均不能适应这种地质条件，煤层气开采存在很大的局限性。

发明内容

本发明提供一种煤层气钻采结构，以解决现有技术中的煤层气钻采结构不便于开采大倾角煤层的技术问题。

本发明提供了一种煤层气钻采结构，该煤层气钻采结构包括：一个或多个井组，每个井组包括一口直井、至少两口定向井和一口水平井，直井和水平井的直井段相对设置在井组的两端，定向井设置在直井和水平井的直井段之间，定向井和直井均与水平井的水平段连通设置，水平井的水平段沿水平井向直井的方向下倾；直井内设置有用于排水的排采设备。

进一步地，直井的靶点、定向井的靶点和水平井的靶点均位于同一直线上。

进一步地，沿水平井的靶点至直井靶点的方向上，水平井的靶点、多个定向井的靶点和直井的靶点所在的直线由水平井向直井的方向下倾设置。

进一步地，水平井的靶点、多个定向井的靶点和直井的靶点所在的直线与水平面的倾角范围在2°至5°之间。

进一步地，相邻两个定向井的靶点之间的间距范围在270m至330m之间。

进一步地，靠近水平井的定向井的靶点与水平井的井口铅垂线的距离范围在240m至300m之间。

进一步地，靠近直井的定向井的靶点与直井之间的间距范围在230m至290m之间。

进一步地，定向井的井眼曲率和/或水平井的井眼曲率小于6°/30m。

进一步地，煤层气钻采结构的煤层为地层倾角在30°～50°之间的煤层。

进一步地，水平井和各个定向井均安装有井口设备。

应用本发明的技术方案，采用井组钻采模式，每个井组包括水平井、定向井和直井，其中，直井的靶点设置在井组的最低点位置。将直井作为排水生产井并对井组内的水进行集中抽采，能够准确下入排采设备到指定深度，可以提高排采效率，同时便于对大倾角煤层进行开采。因此，采用本发明提供的技术方案，能够解决现有技术中的煤层气钻采结构不便于开采大倾角煤层的技术问题。

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示出了根据本发明实施例提供的煤层气钻采结构的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、直井；20、第一定向井；30、第二定向井；40、水平井；41、水平井的直井段；42、水平井的水平段；51、第一靶点；52、第二靶点；53、第三靶点；54、第四靶点。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如本申请背景技术所分析的，现有技术的煤层气钻采结构不便于大倾角煤层排采，为了解决该问题，本申请提供了一种煤层气钻采结构。

如图1所示，在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种煤层气钻采结构，该煤层气钻采结构包括一个或多个井组。每个井组包括一口直井10、至少两口定向井和一口水平井40，直井10和水平井40的直井段相对设置在井组的两端，定向井设置在直井10和水平井40的直井段之间，定向井和直井10均与水平井40的水平段连通设置，水平井的水平段42沿水平井40向直井10的方向下倾。直井10内设置有用于排水的排采设备，水平井40和各个定向井均安装有简易的井口设备。

本申请将直井10作为井组的排水生产井，由于直井10设置在井组的最低点位置，因此将直井10作为排水生产井对井组内的水进行集中抽采，可以提高开采效率。具体地：

采用本实施例中的煤层气钻采结构，能够解决排采设备的下入深度。具体的，排采设备为排采泵，同时能够降低煤粉埋泵的风险以及排采泵偏磨的影响。在排采过程中，排采泵下入煤层位置以下，充分抽取煤层中的水，以降低煤层内的压力，但这样容易造成煤粉埋泵。相对于直井而言，现有技术中的排采泵在定向井中的偏磨严重，因此，将排采泵置于定向井中生产时，需要频繁进行检泵作业，不利于煤层气连续稳定的排出。而本申请在直井10中下入排采设备，通过该排采设备排采定向井、水平井中的水，提高了排采效率，并减少了排采设备的投入，大大降低了煤粉埋泵的风险以及排采泵偏磨造成的检泵作业。

此外，优选在水平井40和各个定向井均安装有简易的井口设备，水平井40和各个定向井均可提供采气通道，同时通过水平井40和各个定向井可以调节井间的压力。

本申请的煤层气钻采结构的每个井组包括多种不同的井型，通过多井合采技术，能够对大倾角煤层进行开采。优选上述煤层钻采结构主要适用于倾角大于30°的大倾角煤层，更优选倾角在30°～50°之间的煤层，对于煤层厚度没有特殊要求，为了便于本申请上述效果的充分体现，优选煤层厚度大于10m。

上述煤层气钻采结构采用现有的井组钻采工艺即可实现，在钻采井组时，先施工直井10，再沿远离直井10的方向依次施工多个定向井，最后再施工水平井40。优选地，水平井40采用筛管完井，悬挂于技术套管的底部，且重叠部分不少于30m。另外优选第一定向井20、第二定向井30和直井10均采用多级水力压裂工艺，以改善储层的渗透率。

在一种实施例中，优选上述直井10的靶点、定向井的靶点和水平井40的靶点均位于同一直线上，以保证排采设备放置的准确性。

在另一种实施例中，沿水平井40的靶点至直井10靶点的方向上，水平井40的靶点、多个定向井的靶点和直井10的靶点所在的直线由水平井40向直井10的方向下倾设置。采用这样的设置，能够使水平井40的水平段保持一定的下倾状态。由于煤层气主要以吸附状态存于煤层中，在采气时需要对井组进行抽水降压，通过抽水降压能够降低储层压力，以使吸附在煤层中的气体解吸进入井眼内，以便于将地下气体排到地面处。本实施例中的排采设备安装在直井10位置处以进行抽水降压，由于沿水平井40的靶点至直井10靶点的方向上，水平井40的靶点、多个定向井的靶点和直井10的靶点所在的直线与水平面相倾斜向下设置，这样，井组内的水在重力作用下将汇集至直井10处，并由排采设备排出地面，以释放井眼通道内的压力，使煤层气解吸。

优选地，上述水平井40的靶点、多个定向井的靶点和直井10的靶点所在的直线与水平面的倾角范围在2°至5°之间。采用这样的设置，以便于更好地使井组内的水汇集至直井10处，以便于通过排采设备将井组内的水排出至地面。具体的，当倾角小于2°时，在排水降压过程中，水的重力作用造成的压力差较小，排水较慢，不利于排水采气的有效改善。当倾角大于5°时，井眼位置容易偏离煤储层，尤其对于大倾角煤层而言，会造成井眼下部煤层不可利用区域增大，影响煤层气的产量。

在本实施例中，相邻两个定向井的靶点之间的间距范围在270m至330m之间。通过使相邻两个定向井的直井段之间具有充足的间距，这样能够便于各个定向井内的水更充分地排向至直井10处。当相邻两个定向井的直井段之间的间距过小时，各个定向井内的水快速排出，影响半径较小，使得单井控制面积降低；当相邻两个定向井的直井段之间的间距过大时，影响半径达不到两个定向井之间的间距。具体的，单个定向井的降压漏斗或者排水半径能延伸的距离为150米左右，相邻两个定向井可形成300米左右的降压范围。当相邻两个定向井的间距较大，降压范围不能覆盖；当相邻两个定向井的间距较小，相邻两个定向井的降压漏斗重叠部分较多，不便于发挥这两个定向井的最大优势，从而造成了浪费。

在本实施例中，井组包括第一定向井20和第二定向井30，从第二定向井30的靶点至第一定向井20靶点段为倾斜向下设置，第一定向井20的靶点和第二定向井30的靶点之间的间距范围在270m至330m之间。

在煤层气井开始排采以后，地下水从压力高的地方流向至压力低的地方，地下水源源不断地流入第一定向井20和第二定向井30和水平井的水平段42中并最终将汇集至直井10处。这样，将使得煤储层中的压力不断降低，并逐渐向远方扩展，最终在以第一定向井20井筒、第二定向井30井筒、水平井的水平段42井筒为中心的为中心的煤储层段形成一个地下水压降漏斗，随着抽水的延续该压降漏斗不断扩大和加深。在本实施例中，第一定向井20的靶点和第二定向井30的靶点之间的间距即为影响该压降漏斗的半径的大小，通过将该间距设置在270m至330m之间，能够在压降作用下更好地使地下水流出。

在本实施例中，靠近水平井40的定向井的靶点到水平井40的井口铅垂线的距离范围在240m至300m之间。具体的，靠近水平井40的定向井的靶点到水平井40的井口铅垂线的距离在240m至300m之间。通过使靠近水平井40的定向井的靶点与水平井的直井段41之间具有充足的间距能够便于水平井40内的水通过井组的连通段排入至直井10处，以提高抽水降压的效果，便于释放井眼通道内的压力。当靠近水平井40的定向井的靶点与水平井40的井口铅垂线之间的间距过小时，造成定向井控制煤层面积减小，难于发挥定向井最大优势；当靠近水平井40的定向井的靶点与水平井40的井口铅垂线之间的间距过大时，降压范围不能覆盖，造成煤层段浪费。

如图1所示，在本实施例中，靠近水平井40的定向井为第二定向井30，从水平井40的靶点至第二定向井30的靶点段为倾斜向下设置，第二定向井30的靶点到水平井40的井口铅垂线的距离范围在240m至300m之间。

在煤层气井开始排采以后，地下水从压力高的地方流向至压力低的地方，地下水源源不断地流入第一定向井20、第二定向井30和水平井的水平段42中并最终将汇集至直井10处。这样，将使得煤储层中的压力不断降低，并逐渐向远方扩展，最终在以第二定向井30的井筒、水平井的水平段42井筒为中心的煤储层段形成一个地下水压降漏斗，随着抽水的延续该压降漏斗不断扩大和加深。在本实施例中，第二定向井30的靶点到水平井40的井口铅垂线的距离即为影响该压降漏斗的半径的大小，通过将该间距设置在240至300m之间，能够在压降作用下更好地使地下水流出。

在本实施例中，靠近直井10的定向井的靶点与直井10的中心线的间距范围在230m至290m之间。具体的，靠近直井10的定向井的靶点与直井10间距在230m至290m之间。采用这样的设置，能够便于靠近直井10的定向井内的水排入至直井10处，以更好地起到抽水降压的作用，以便于使靠近直井10的定向井内的煤层气解吸，从而方便采集煤层气。当靠近直井10的定向井的靶点与直井10之间的间距过小时，难于发挥定向井最大优势，造成浪费；当靠近直井10的定向井的直井段与直井10之间的间距过大时，降压范围不能覆盖，造成煤层浪费。

如图1所示，在本实施例中，靠近直井10的定向井为第一定向井20，从第一定向井20的靶点至直井10的靶点段为倾斜向下设置，第一定向井20的靶点与直井10的靶点之间的间距范围在230m至290m之间。

在煤层气井开始排采以后，地下水从压力高的地方流向压力低的地方，地下水源源不断地流入第一定向井20和直井10中。这样，将使得煤储层中的压力不断降低，并逐渐向远方扩展，最终在以第一定向井20井筒、水平井的水平段42井筒、直井10的井筒为中心的煤储层段形成一个地下水压降漏斗，随着抽水的延续该压降漏斗不断扩大和加深。在本实施例中，直井10与第一定向井20的靶点之间的间距影响该压降漏斗的半径的大小，通过将该间距设置为230至290m之间，能够在压降作用下更好地使地下水流出。

具体的，定向井为多个。如图1所示，在本实施例中，定向井为两个，分别为第一定向井20和第二定向井30，第一定向井20设置在靠近直井10的一侧，第二定向井30设置在靠近水平井40的一侧。本实施例中直井10的靶点为第一靶点51，第一定向井20的靶点为第二靶点52，第二定向井30的靶点为第三靶点53，水平井40的靶点为第四靶点54。第一靶点51、第二靶点52、第三靶点53和第四靶点54位于同一直线上，且由第四靶点54至第一靶点51的方向上，第一靶点51、第二靶点52、第三靶点53和第四靶点54所在的直线与水平面倾斜向下设置，且倾角范围在2°至5°之间。

具体的，本实施例中的煤层气钻采结构包括直井10、第一定向井20、第二定向井30和水平井40。采用本实施例提供的煤层气钻采结构，直井10内置有排水的排采设备，在煤层气开始排采以后，直井10井筒内地下水优先排采，由于第一定向井20与直井10的距离最近，随着排水的进行，第一定向井20内的地下水将优先被排出，一般第二定向井30井筒和水平井40井筒内的地下水的排出速度均滞后于第一定向井20井筒内地下水的排出速度。由于第二定向井30井筒内的地下水水位较高比水平井40井筒内的水优先排出。这样，第一定向井20井筒内压力差变化最快，并形成与其相应的地下水压降漏斗；第二定向井30井筒内的压力差变化次之，并将形成与其相应的地下水压降漏斗；水平井40井筒内的压力差变化最慢，也将形成与其相应的地下水压降漏斗。随着井组内地下水不断被排出，第一定向井20所形成的地下水压降漏斗与第二定向井30、水平井40所形成的地下水压降漏斗将部分重叠在一起。

在一定的地质、地表条件下，可以增加定向井的个数，以增加各井的开发效率。具体的，这里的地质条件是指，在布井范围内，煤层发育稳定，无断层、陷落柱等构造因素影响，并且地表有合适的地方建井场。

在本实施例中，定向井的靶点的垂深偏差小于0.5m。具体的，这里的垂深偏差是指实际施工得到的定向井的靶点与钻井工程设计的定向井的靶点之间的垂深偏差，通过将该偏差值设置在小于0.5m内，能够保证水平井40与定向井易于连通，降低了连通工艺的难度。

具体的，本实施例中的定向井的方位偏差小于0.5°。具体的，这里的方位偏差是指实际施工得到的定向井的靶点与钻井工程设计的定向井的靶点之间的方位偏差，通过将该偏差值设置在小于0.5°内，能够保证水平井40与定向井易于连通，降低了连通工艺的难度。

具体的，可以使定向井的井眼曲率小于6°/30m；或者使水平井40的井眼曲率小于6°/30m；或者，同时使定向井的井眼曲率和水平井40的井眼曲率均小于6°/30m。本实施例中，定向井的井眼曲率和水平井40的井眼曲率均小于6°/30m。采用这样的设置，能够满足排采工艺，并便于选择合适的排采设备。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

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 (10)

1.一种煤层气钻采结构，其特征在于，包括：

一个或多个井组，每个所述井组包括一口直井(10)、至少两口定向井和一口水平井(40)，所述直井(10)和所述水平井(40)的直井段相对设置在所述井组的两端，所述定向井设置在所述直井(10)和所述水平井(40)的直井段之间，所述定向井和所述直井(10)均与所述水平井(40)的水平段连通设置，所述水平井的水平段(42)沿所述水平井(40)向所述直井(10)的方向下倾；所述直井(10)内设置有用于排水的排采设备。

2.根据权利要求1所述的煤层气钻采结构，其特征在于，所述水平井(40)的靶点、多个所述定向井的靶点和所述直井(10)的靶点均位于同一直线上。

3.根据权利要求2所述的煤层气钻采结构，其特征在于，沿所述水平井(40)的靶点至所述直井(10)靶点的方向上，所述水平井(40)的靶点、多个所述定向井的靶点和所述直井(10)的靶点所在的直线由所述水平井(40)向所述直井(10)的方向下倾设置。

4.根据权利要求3所述的煤层气钻采结构，其特征在于，所述水平井(40)的靶点、多个所述定向井的靶点和所述直井(10)的靶点所在的直线与水平面的倾角范围在2°至5°之间。

5.根据权利要求1所述的煤层气钻采结构，其特征在于，相邻两个所述定向井的靶点之间的间距范围在270m至330m之间。

6.根据权利要求1所述的煤层气钻采结构，其特征在于，靠近所述水平井(40)的所述定向井的靶点与所述水平井(40)的井口铅垂线的距离范围在240m至300m之间。

7.根据权利要求1所述的煤层气钻采结构，其特征在于，靠近所述直井(10)的所述定向井的靶点与所述直井(10)之间的间距范围在230m至290m之间。

8.根据权利要求1所述的煤层气钻采结构，其特征在于，所述定向井的井眼曲率和/或所述水平井(40)的井眼曲率小于6°/30m。

9.根据权利要求1所述的煤层气钻采结构，其特征在于，所述煤层气钻采结构的煤层为地层倾角在30°～50°之间的煤层。

10.根据权利要求1所述的煤层气钻采结构，其特征在于，所述水平井(40)和各个所述定向井均安装井口设备。