CN112377168B - 一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井及钻进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井及钻进方法，其中钻进方法不仅实现了多分支水平井在构造煤内的开设，而且通过多次分段对井段进行钻设和循环反洗，将垮塌下来的碎块都返至地面，使第二井段和第三井段内形成一个稳定的井眼通道，不需要通过泥浆等材料对井眼进行保护，避免伤害煤层，同时井段内垮塌形成的空腔洞穴会造成井段周围的煤体向空腔洞穴处轻微移动，即对井段周围一定范围内的煤体产生一个应力扰动，使井段周围的煤的应力得到释放和卸载，从而使得煤层的渗透能力得到大幅提升，有利于煤层气的开采，能够带来巨大的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气技术领域，特别涉及一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井及钻进方法。
背景技术
多分支水平井需要煤层结构比较稳定，井眼不会坍塌，但是我国的煤层中至少有1/3属于构造煤，构造煤的煤层结构很破碎疏松，由很多破碎的碎块组成。多分支水平井在构造煤中钻设时非常容易坍塌，堵塞井眼，使钻井施工无法继续进行，甚至使钻具被埋在井眼里无法提出地面。
对构造煤，使用清水钻井液钻设水平井眼，进尺无法保障，进尺一般仅为50-100m，最大很难超过200m。对于水平井来说，进尺通常要超过500米才有经济性。那么为了保障井眼长度必须使用泥浆材料，而现有的泥浆材料对煤层伤害很大，虽然进尺可以超过500米，但产气量会很低，同样也不具备经济性。
因此，如何实现构造煤中多分支水平井的钻设，同时多分支水平井的经济性，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，以实现构造煤中多分支水平井的钻设，同时多分支水平井的经济性。本发明还提供了一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，包括步骤：
1)钻设主井眼，所述主井眼的水平井位于目标煤层以下3-5m；
2)钻设分支井眼的第一井段，所述第一井段自所述水平井向上钻进至所述目标煤层；
3)钻设第二井段，自所述第一井段的末端沿所述目标煤层水平钻进50-100m，撤出钻头至所述水平井内，持续向所述第一井段内供入钻井液使所述第二井段内垮塌下来的碎块返至地面，直至返至地面的钻井液变清澈；
4)钻设第三井段，自所述第二井段的末端沿所述目标煤层水平钻进50-100m，撤出所述钻头至所述水平井内，持续向所述第一井段内供入钻井液使所述第三井段内垮塌下来的碎块返至地面，直至返至地面的钻井液清澈；
5)重复步骤4)至所述分支井眼的长度达到1200-1600m。
6)重复步骤2)-5)，沿所述水平井依次钻设多个所述分支井眼。
优选的，在上述适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法中，还包括所述步骤1)和所述2)之间的步骤11)向所述主井眼内注入泥浆，对所述主井眼固井。
优选的，在上述适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法中，所述步骤3)和所述步骤4)中，撤出所述钻头至所述钻头距离所述水平井与所述分支井眼的连通位置至少10m。
优选的，在上述适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法中，所述水平井与所述主井眼的竖直井连通的一端的高度低于所述水平井远离所述竖直井一端的高度。
优选的，在上述适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法中，多个所述分支井眼自所述水平井远离所述竖直井的一端向所述水平井与所述竖直井连通的一端依次钻设。
优选的，在上述适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法中，多个所述分支井眼分布在所述主井眼的两侧。
优选的，在上述适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法中，所述钻井液为清水。
一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井，适用于构造煤的煤层气多分支水平井采用上述任意一个方案中记载的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法钻设。
优选的，在上述适用于构造煤的煤层气多分支水平井中，所述分支井眼的个数为6-8个。
优选的，在上述适用于构造煤的煤层气多分支水平井中，所述水平井的长度至少为800m。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，不仅实现了多分支水平井在构造煤内的开设，而且通过多次分段对井段进行钻设和循环反洗，将垮塌下来的碎块都返至地面，使第二井段和第三井段内形成一个稳定的井眼通道，不需要通过泥浆等材料对井眼进行保护，避免伤害煤层，同时井段内垮塌形成的空腔洞穴会造成井段周围的煤体向空腔洞穴处轻微移动，即对井段周围一定范围内的煤体产生一个应力扰动，使井段周围的煤的应力得到释放和卸载，从而使得煤层的渗透能力得到大幅提升，有利于煤层气的开采，能够带来巨大的经济效益。
本方案还公开了一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井，适用于构造煤的煤层气多分支水平井采用上述任意一个方案中记载的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法钻设。由于适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法钻设具有上述技术效果，通过适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法钻设的煤层气多分支水平井也具有同样的技术效果，在此不再赘述。
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为本发明实施例提供的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的俯视图；
图3为本发明实施例提供的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的左视图；
图4为本发明实施例提供的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的主井眼与分支井眼相对于目标煤层的位置关系；
图5为本发明实施例提供的适用于构造煤的煤层气多分支水平井钻设后返洗前的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的适用于构造煤的煤层气多分支水平井钻设后返洗后的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的洞穴空腔的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的适用于构造煤的煤层气多分支水平井形成的应力扰动区的压力示意图；
图9为正常煤层气水平井的剖视图；
图10为本发明实施例提供的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法的流程图。
其中，
1、主井眼，2、分支井眼，3、目标煤层。
具体实施方式
本发明公开了一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，以实现构造煤中多分支水平井的钻设，同时多分支水平井的经济性。本发明还提供了一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井。
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做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。
请参阅图1-图10。
本发明公开了一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，包括如下步骤：
1)钻设主井眼1，主井眼1的水平井位于目标煤层3以下3-5m；
2)钻设分支井眼2的第一井段，第一井段自水平井向上钻进至目标煤层3；
3)钻设第二井段，自第一井段的末端沿目标煤层3水平钻进50-100m，撤出钻头至水平井内，持续向第一井段内供入钻井液使第二井段内垮塌下来的碎块返至地面，直至返至地面的钻井液边清澈；
4)钻设第三井段，自第二井段的末端沿目标煤层3水平钻进50-100m，撤出钻头至水平井内，持续向第一井段内供入钻井液使第三井段内垮塌下来的碎块返至地面，直至返至地面的钻井液清澈；
5)重复步骤4至分支井眼2的长度达到1200-1600m。
6)重复步骤2-5，沿水平井依次钻设多个分支井眼2。
步骤1是钻设主井眼1的步骤，钻设的主井眼1包括竖直井和水平井，竖直井自地面开始钻设至目标煤层3以下，水平井与竖直井的末端连通，且水平井位于目标煤层3以下3-5m，即水平井位于煤层的底板。
主井眼1在煤层的底板中钻设，可以确保主井眼1的稳定和分支井眼2钻设的顺利进行，使得分支井眼2可以在水平井的任何位置进行钻设。
优选的，水平井在砂岩层钻设。砂岩层为坚硬岩层，具有较强的稳定性，可以确保主井眼1不会垮塌。
同时，主井眼1不在目标煤层3中，不需要考虑储层保护，因此主井眼1施工时可以使用任何提高井眼稳定性的泥浆材料，而不是必须采用清水。
主井眼1施工完成后，可以根据地质导向的结果，可以对目标煤层3的起伏进行精确定位，使得分支井眼2的施工更加容易。
步骤2-5是钻设分支井眼2的步骤，分支井眼2包括第一井段、第二井段和多个第三井段，第一井段用于连通水平井与目标煤层3，第二井段和多个第三井段位于目标煤层3内，且均沿目标煤层3水平钻设，第二井段与多个第三井段的长度延伸方向一致。
第一井段与水平井连通，第一井段位于煤层与煤层下方中间，起始端在底板中，可以保证分支井眼2的初始段的井眼稳定，不会发生垮塌，确保为后续的施工提供一个稳定通道。
第二井段和第三井段位于目标煤层3内，目标煤层3为构造煤，容易发生垮塌，因此，需要依次对第二井段和第三井段进行钻设。
具体的，第二井段沿目标煤层3钻进50-100m时煤层会发生一定程度的垮塌且根据各项参数判断煤层的垮塌会影响施工安全时，需要加工钻头自第二井段内撤出，避免煤层垮塌造成钻头被埋。钻头撤出至水平井内之后，持续向分支井眼2内供入钻井液，钻井液携带出第二井段内垮塌下来的碎块，并返至地面。持续向分支井眼2内供入钻井液的时间长度为返至地面的钻井液变清澈。此处对变清澈进行说明，钻井液携带至地面的煤粉碎块体积比较小且碎块的数量比较少。携带至地面的钻井液变清澈，意味着第二井段内的垮塌已经基本结束，井眼结构趋于稳定，此时可以对第三井段进行钻设。
自第二井段的末端开设钻设第三井段，第三井段也在目标煤层3内水平钻设，且第三井段的长度延伸方向与第二井段的长度延伸方向一致。
第三井段沿目标煤层3钻进50-100m时，煤层会再次发生一定程度的垮塌且根据各项参数判断煤层的垮塌会影响施工安全时，需要加工钻头自第三井段内撤出，避免煤层垮塌造成钻头被埋。钻头撤出至水平井内之后，持续向分支井眼2内供入钻井液，钻井液携带出第三井段内垮塌下来的碎块，并返至地面。持续向分支井眼2内供入钻井液的时间长度为返至地面的钻井液变清澈，此时井眼结构趋于稳定，此时可以对下一第三井段进行钻设。
第二井段和第三井段中通过钻井液循环带走第二井段和第三井段内垮塌下来的碎块，相当于人为地不断地在井段周围掏洞穴，人为地制造垮塌，且垮塌越大越好，掏出的碎块越多越好，更加有利于煤层气的析出。
步骤5为重复步骤4，至第二井段与多个第三井段的长度之和达到1200-1600m，保证分支井眼2具有足够的进尺。
步骤6为重复步骤2-5，实现多个多分支井眼2的开设。
反复的造成分支井眼2垮塌，通过钻井液循环带出分支井眼2内的碎块，使分支井眼2垮塌造成的洞穴越来越大，相邻分支井眼2之间的垮塌范围甚至可以连成片，可以是整个井区的储层都得到良好改造，有利于煤层气的快速解析产出。
本方案公开的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，不仅实现了多分支水平井在构造煤内的开设，而且通过多次分段对井段进行钻设和循环反洗，将垮塌下来的碎块都返至地面，使第二井段和第三井段内形成一个稳定的井眼通道，不需要通过泥浆等材料对井眼进行保护，避免伤害煤层，同时井段内垮塌形成的空腔洞穴会造成井段周围的煤体向空腔洞穴处轻微移动，即对井段周围一定范围内的煤体产生一个应力扰动，使井段周围的煤的应力得到释放和卸载，从而使得煤层的渗透能力得到大幅提升，有利于煤层气的开采，能够带来巨大的经济效益。
完成所有的分支井眼2后，下入射流泵进行排水采气。射流泵的吸入口设置在主井眼1的最低点。
本方案公开的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，还包括位于步骤1与步骤2之间的步骤11，向主井眼1内注入泥浆，对主井眼1固井。
在本方案的一个具体实施例中，撤出钻头至钻头距离水平井与分支井眼2的连通位置至少10m。钻头撤回至分支井眼2进入煤层的进入点的前方约10m左右。进入点为分支井眼2与水平井的连通位置之前在煤层的底板中，不会垮塌，因此该段没有风险。
本方案中主井眼1的水平井的长度至少为800m，且水平井与主井眼1的竖直井连通的一端的高度低于水平井远离竖直井一端的高度。水平井中钻井液和煤粉等都会从高到低自然流动到水平井与竖直井的连通位置，最终随着钻井液循环带出地面，也有利于后期排采时煤粉向下流动至最低点。
本方案中，多个多分支水平井自水平井远离竖直井的一端向水平井与竖直井连通的一端依次钻设。
优选的，多个分支井眼2分布在主井眼1的两侧。
优选的，本方案中的钻井液为清水。
如果煤层为结构好的煤层，井眼会相对稳定，井眼的直径比钻头稍大；在煤层为构造煤时，会形成一个越来越大的空腔洞穴。井眼垮塌造成的空腔洞穴在剖面上会达到煤层顶部，而在煤层方向会延伸较大，甚至达到几十米。
本方案还公开了一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井，适用于构造煤的煤层气多分支水平井采用上述任意一个方案中记载的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法钻设。由于适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法钻设具有上述技术效果，通过适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法钻设的煤层气多分支水平井也具有同样的技术效果，在此不再赘述。
优选的，分支井眼2的个数为6-8个。
优选的，水平井的长度至少为800m，且水平井与主井眼1的竖直井连通的一端的高度低于水平井远离竖直井一端的高度。水平井中钻井液和煤粉等都会从高到低自然流动到水平井与竖直井的连通位置，最终随着钻井液循环带出地面，也有利于后期排采时煤粉向下流动至最低点。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，其特征在于，包括步骤：
1)钻设主井眼(1)，所述主井眼(1)的水平井位于目标煤层(3)以下3-5m；
2)钻设分支井眼(2)的第一井段，所述第一井段自所述水平井向上钻进至所述目标煤层(3)；
3)钻设第二井段，自所述第一井段的末端沿所述目标煤层(3)水平钻进50-100m，撤出钻头至所述水平井内，持续向所述第一井段内供入钻井液使所述第二井段内垮塌下来的碎块返至地面，直至返至地面的钻井液变清澈；
4)钻设第三井段，自所述第二井段的末端沿所述目标煤层(3)水平钻进50-100m，撤出所述钻头至所述水平井内，持续向所述第一井段内供入钻井液使所述第三井段内垮塌下来的碎块返至地面，直至返至地面的钻井液清澈；
5)重复步骤4)至所述分支井眼(2)的长度达到1200-1600m；
6)重复步骤2)-5)，沿所述水平井依次钻设多个所述分支井眼(2)。
2.根据权利要求1所述的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，其特征在于，还包括所述步骤1)和所述2)之间的步骤11)向所述主井眼(1)内注入泥浆，对所述主井眼(1)固井。
3.根据权利要求1所述的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，其特征在于，所述步骤3)和所述步骤4)中，撤出所述钻头至所述钻头距离所述水平井与所述分支井眼(2)的连通位置至少10m。
4.根据权利要求1所述的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，其特征在于，所述水平井与所述主井眼(1)的竖直井连通的一端的高度低于所述水平井远离所述竖直井一端的高度。
5.根据权利要求4所述的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，其特征在于，多个所述分支井眼(2)自所述水平井远离所述竖直井的一端向所述水平井与所述竖直井连通的一端依次钻设。
6.根据权利要求1所述的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，其特征在于，多个所述分支井眼(2)分布在所述主井眼(1)的两侧。
7.根据权利要求1所述的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法，其特征在于，所述钻井液为清水。
8.一种适用于构造煤的煤层气多分支水平井，其特征在于，适用于构造煤的煤层气多分支水平井采用权利要求1-7中任意一项所述的适用于构造煤的煤层气多分支水平井的钻进方法钻设。
9.根据权利要求8所述的适用于构造煤的煤层气多分支水平井，其特征在于，所述分支井眼(2)的个数为6-8个。
10.根据权利要求8所述的适用于构造煤的煤层气多分支水平井，其特征在于，所述水平井的长度至少为800m。
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