CN114607278A - 煤层气井造穴方法及造穴喷枪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤层气井造穴方法及造穴喷枪，该煤层气井造穴方法采用造穴喷枪，造穴喷枪包括：管体、滑套、第一锁定结构和第二锁定结构，管体的侧壁设置有第一喷嘴和第二喷嘴；滑套能够沿管体滑动，并且，第一锁定结构能够将滑套锁定于第一位置，第二锁定结构能够将滑套锁定于第二位置；该煤层气井造穴方法包括：将造穴喷枪送至井内目标层位，滑套被第一锁定结构锁定于第一位置；向造穴喷枪泵入第一携砂液，进行第一喷射作业；使滑套脱离第一锁定结构，滑套被第二锁定结构锁定于第二位置；向造穴喷枪泵入第二携砂液，进行第二喷射作业。通过本发明，解决了套管井造穴中，破碎的煤渣无法返排出地面的技术问题。

Description

煤层气井造穴方法及造穴喷枪

技术领域

本发明涉及油气开采的技术领域，尤其涉及一种煤层气井造穴方法及造穴喷枪。

背景技术

煤层气是重要的能源资源。一些区域的煤层气地质赋存条件比较复杂，煤层渗透率较低，为10^-6～10^-4um²。有些区域，高阶煤含气量高而渗透率极低；中低阶煤含气量低，渗透率也不高，导致煤层气单井产量低。

排水降压解吸采气理论，是原位煤层气地面井开发的理论基础，其核心要义是通过地面井排水降低煤储层流体压力，储层压力低于临界解吸压力时，煤层气发生大量解吸，游离气运移到井筒形成工业气流。

煤层气井造穴，是排水降压解吸采气的重要工艺，不仅可以显著降低煤层流体压力，同时可以实现煤储层大范围应力释放，大大改善煤层渗透性，增大渗流通道，从而实现煤层气地面井高效开发。

煤层气井造穴中，煤层气裸眼井造穴方法已较为成熟；但是，套管井造穴依然存在较高难度。

套管井造穴的最大难点在于：破碎的煤渣无法有效返排出地面。锥直型喷嘴是喷砂射孔的常用装置，能在储层中造出一定规模的孔穴，其形成的磨料直射流在套管上的穿孔直径约为1cm，该孔眼是煤渣由地层进入油管和套管环空的唯一通道，煤渣不能及时进入到环空中，大量破碎的煤渣被套管阻挡在地层中，无法返排出地面，对喷射造穴效率造成极大影响，最终形成的孔穴也由于煤渣的堆积无法有效卸压增透，难以达到预期目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤层气井造穴方法及造穴喷枪，以解决套管井造穴中，破碎的煤渣无法返排出地面的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种煤层气井造穴方法，采用造穴喷枪；

所述造穴喷枪包括：管体、滑套、第一锁定结构和第二锁定结构，所述管体的侧壁设置有第一喷嘴和第二喷嘴；

所述滑套能够沿所述管体滑动，并且，所述第一锁定结构能够将所述滑套锁定于第一位置，所述第二锁定结构能够将所述滑套锁定于第二位置；

在所述第一位置时，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴均未被所述滑套封闭；

在所述第二位置时，所述第一喷嘴被所述滑套封闭，所述第二喷嘴未被所述滑套封闭；

所述煤层气井造穴方法包括：

步骤S10，将所述造穴喷枪送至井内目标层位，所述滑套被所述第一锁定结构锁定于所述第一位置；

步骤S20，向所述造穴喷枪泵入第一携砂液，进行第一喷射作业；

步骤S30，使所述滑套脱离所述第一锁定结构，所述滑套被所述第二锁定结构锁定于所述第二位置；

步骤S40，向所述造穴喷枪泵入第二携砂液，进行第二喷射作业。

在优选的实施方式中，所述第一携砂液的体积浓度为6％～8％，所述第一喷射作业的喷射时间为10min～15min。

在优选的实施方式中，所述第二携砂液的体积浓度为6％～8％。

在优选的实施方式中，所述第一喷嘴为旋转射流喷嘴，所述第二喷嘴为锥直型喷嘴。

在优选的实施方式中，所述第一喷射作业中，所述第一喷嘴的出口处的流速和所述第二喷嘴的出口处的流速均大于200m/s；所述第二喷射作业中，所述第二喷嘴的出口处的流速大于200m/s。

在优选的实施方式中，至少一个所述第一喷嘴与至少一个所述第二喷嘴成组设置，同一组中，所述第一喷嘴与所述第二喷嘴沿所述管体的纵向分布，并且所述第一喷嘴与所述第二喷嘴之间的纵向距离为0.1m～1m。

在优选的实施方式中，所述煤层气井造穴方法应用于套管井造穴，所述煤层气井包括套管；将所述造穴喷枪下入至所述套管内。

在优选的实施方式中，所述管体外壁与所述套管内壁的间距小于5倍的所述第一喷嘴的出口直径，并且所述管体外壁与所述套管内壁的间距小于5倍的所述第二喷嘴的出口直径。

在优选的实施方式中，所述第一锁定结构包括限位销；所述第二锁定结构包括设置于所述管体的台阶部；所述滑套设置有用于承接阀球的球座，阀球能够坐封于所述球座。

本发明提供一种造穴喷枪，包括：管体、滑套、第一锁定结构和第二锁定结构，所述管体的侧壁设置有第一喷嘴和第二喷嘴；

所述滑套能够沿所述管体滑动，并且，所述第一锁定结构能够将所述滑套锁定于第一位置，所述第二锁定结构能够将所述滑套锁定于第二位置；

在所述第一位置时，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴均未被所述滑套封闭；

在所述第二位置时，所述第一喷嘴被所述滑套封闭，所述第二喷嘴未被所述滑套封闭。

本发明的特点及优点是：

该煤层气井造穴方法中，第一喷嘴在套管上开出第一孔洞，第一孔洞作为破碎的煤渣由套管外进入套管与油管环空的通道；第二喷嘴在套管上开出第二孔洞。滑套运动至第二位置后，第一喷嘴被滑套封闭，第二喷嘴未被滑套封闭。第二喷嘴的射流经第二孔洞向煤层喷射，破碎煤层岩石，在煤层中造穴，同时携带破碎的岩屑由第一孔洞进入套管与油管之间的环空，从而被返出地面，避免大量破碎的煤渣被套管阻挡在地层中，克服了煤层气套管井难以造穴的难题，可在套管壁外造出大体积洞穴。

该煤层气井造穴方法对煤层气裸眼井造穴也有很好的适用性，能够对储层进行卸压增透，同时增大煤层气渗流面积，提高煤层气井产量。该煤层气井造穴方法解决了煤层气井造穴困难的问题，可在煤层气套管井和裸眼井中造出大体积洞穴，提高煤层气井产量。

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为本发明提供的煤层气井造穴方法第一状态的示意图；

图2为本发明提供的煤层气井造穴方法第二状态的示意图；

图3为本发明提供的煤层气井造穴方法第三状态的示意图；

图4为本发明提供的煤层气井造穴方法第四状态的示意图；

图5为本发明提供的造穴喷枪的结构示意图；

图6为图5中的局部放大图；

图7为本发明提供的煤层气井造穴方法的步骤图。

附图标号说明：

10、管体；

11、第一锁定结构；111、限位销；

12、第二锁定结构；121、台阶部；

20、滑套；21、键槽孔；22、球座；

31、第一喷嘴；311、旋转射流喷嘴；

32、第二喷嘴；321、锥直型喷嘴；

41、套管；42、阀球；

51、第一孔洞；52、第二孔洞；

61、第一孔穴；62、第二孔穴；63、第三孔穴。

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。

方案一

本发明提供了一种煤层气井造穴方法，采用造穴喷枪，如图5所示，该造穴喷枪包括：管体10、滑套20、第一锁定结构11和第二锁定结构12，管体10的侧壁设置有第一喷嘴31和第二喷嘴32；滑套20能够沿管体10滑动，并且，第一锁定结构11能够将滑套20锁定于第一位置，第二锁定结构12能够将滑套20锁定于第二位置；在第一位置时，第一喷嘴31和第二喷嘴32均未被滑套20封闭；在第二位置时，第一喷嘴31被滑套20封闭，第二喷嘴32未被滑套20封闭。如图7所示，该煤层气井造穴方法包括：步骤S10，将造穴喷枪送至井内目标层位，滑套20被第一锁定结构11锁定于第一位置；步骤S20，向造穴喷枪泵入第一携砂液，进行第一喷射作业；步骤S30，使滑套20脱离第一锁定结构11，滑套20被第二锁定结构12锁定于第二位置；步骤S40，向造穴喷枪泵入第二携砂液，进行第二喷射作业。

步骤S20中，如图1和图2所示，第一喷嘴31在套管41上开出第一孔洞51，第一孔洞51作为破碎的煤渣由套管41外进入套管41与油管环空的通道；第二喷嘴32在套管41上开出第二孔洞52。步骤S30中，滑套20运动至第二位置，如图3所示，第一喷嘴31被滑套20封闭，第二喷嘴32未被滑套20封闭。步骤S40中，如图4所示，第二喷嘴32的射流经第二孔洞52向煤层喷射，破碎煤层岩石，在煤层中造穴，同时携带破碎的岩屑由第一孔洞51进入套管41与油管之间的环空，从而被返出地面，避免大量破碎的煤渣被套管41阻挡在地层中，克服了煤层气套管井难以造穴的难题，可在套管41壁外造出大体积洞穴。

该煤层气井造穴方法对煤层气裸眼井造穴也有很好的适用性，能够对储层进行卸压增透，同时增大煤层气渗流面积，提高煤层气井产量。该煤层气井造穴方法解决了煤层气井造穴困难的问题，可在煤层气套管井和裸眼井中造出大体积洞穴，提高煤层气井产量。

旋转射流喷嘴311形成旋转磨料射流，可以在套管41上开出大直径孔洞，其穿孔直径约为7cm。锥直型喷嘴321形成的磨料直射流在煤岩中的射孔距离可达1米以上，可破碎煤层形成长距离的孔洞。发明人发现，当锥直型喷嘴321在进行喷砂射孔时，高速射流进入地层后，会通过套管41上的已有孔道反窜到喷枪周围的管柱上，即锥直型喷嘴321在进行喷砂射孔时，会形成反窜射流，携带破碎的岩屑到喷嘴周围区域。

因此，发明人对该本发明中的造穴喷枪作了进一步的改进：第一喷嘴31为旋转射流喷嘴311，第二喷嘴32为锥直型喷嘴321。通过旋转射流喷嘴311，以旋转磨料射流在套管41上开出的大直径的第一孔洞51，作为破碎的煤渣由套管41外进入套管41与油管环空的通道。锥直型喷嘴321高效破碎煤层岩石，通过锥直型喷嘴321形成的磨料直射流在煤层中造穴，同时利用反窜射流现象，携带破碎的岩屑由第一孔洞51进入套管41与油管之间的环空，以提高破碎的岩屑返出地面的效率。具体地，第一孔洞51可以为圆孔。

第一携砂液与第二携砂液的组分可以相同，也可以不相同。

为了提高第二喷射作业中破碎煤层岩石及造穴的效率，优选地，第二携砂液的体积浓度为6％～8％，这样同时可以保障破碎的岩屑由第一孔洞51高效地进入套管41与油管之间的环空，顺利地返出地面。第二喷射作业中，喷射第二携砂液至煤粉不再大量返出为止。

为了第一喷射作业中在套管41上开出尺寸合适的第一孔洞51和第二孔洞52，优选地，第一携砂液的体积浓度为6％～8％，第一喷射作业的喷射时间为10min～15min，这样有利于第二喷射作业中破碎煤层岩石及造穴，以及破碎的岩屑返出地面。

第一喷射作业中，通过调控管体10内的第一携砂液的排量，对第一喷嘴31的出口处的流速和第二喷嘴32的出口处的流速进行调控。进一步地，第一喷射作业中，第一喷嘴31的出口处的流速和第二喷嘴32的出口处的流速均大于200m/s。

油管泵入第一携砂液以第一排量进行第一喷射作业，优选地，图1所示的煤层气井造穴方法中，造穴喷枪包括4个第一喷嘴31和4个第二喷嘴32，第一喷嘴31和第二喷嘴32的出口直径均为6mm，第一携砂液中加入6％体积浓度的20-40目石英砂，第一排量为3.5m³/min，喷射作业持续15min。

第二喷射作业中，通过调控管体10内的第二携砂液的排量，对第二喷嘴32的出口处的流速进行调控。进一步地，第二喷射作业中，第二喷嘴32的出口处的流速大于200m/s，有利于提高破碎煤层岩石及造穴的效率，并保障破碎的岩屑顺利地返出地面。油管泵入第二携砂液以第二排量进行喷射作业，优选地，第二携砂液中加入6％体积浓度的20-40目石英砂，第二排量为1.7m³/min。

第一喷嘴31和第二喷嘴32安装在管体10上。在一实施方式中，至少一个第一喷嘴31与至少一个第二喷嘴32成组设置，同一组中，第一喷嘴31与第二喷嘴32沿管体10的纵向分布，并且第一喷嘴31与第二喷嘴32之间的纵向距离为0.1m～1m，以在第二喷射作业中，第二喷嘴32喷射的射流能够高效地携带破碎的岩屑，反窜并经同一组中的第一喷嘴31开出的第一孔洞51，进入到套管41内的环空中，以返出地面。

第一喷嘴31和第二喷嘴32可以沿管体10的轴线方向分布。进一步地，多个第一喷嘴31和多个第二喷嘴32，沿管体10的轴线方向交替分布。多个第一喷嘴31可以绕轴线圆周分布，多个第二喷嘴32可以绕轴线圆周分布。第一喷嘴31的出口直径和第二喷嘴32的出口直径范围均为5mm～8mm。

该造穴喷枪上可以安装多个不同规格的旋转射流喷嘴311和锥直型喷嘴321。在一实施例中，如图5所示，该造穴喷枪安装了4个旋转射流喷嘴311和4个锥直型喷嘴321，旋转射流喷嘴311和锥直型喷嘴321的喷嘴出口直径均为6mm。

该造穴喷枪可以形成多级喷枪，进行多段喷射造穴。在一实施例中，图5所示的造穴喷枪为一级喷枪。

在一实施方式中，该煤层气井造穴方法应用于套管井造穴，煤层气井包括套管41；将造穴喷枪下入至套管41内。

进一步地，管体10外壁与套管41内壁的间距小于5倍的第二喷嘴32的出口直径，保障破碎的岩屑高效地返出地面，并且管体10外壁与套管41内壁的间距小于5倍的第一喷嘴31的出口直径，保障可以形成较大的第一孔洞51。

在一实施方式中，第一锁定结构11包括限位销111；第二锁定结构12包括设置于管体10的台阶部121；滑套20设置有用于承接阀球42的球座22，阀球42能够坐封于球座22。

如图5和图6所示，台阶部121可以设置于管体10的底部，台阶部121可以为缩径台阶。滑套20可以设置于管体10内。滑套20上设有键槽孔21，管体10内腔可以通过键槽孔21与第一喷嘴31和第二喷嘴32连通；当键槽孔21与第一喷嘴31错开时，则第一喷嘴31被封闭，管体10内腔中的流体不能流向第一喷嘴31。

滑套20在管体10内安装完毕后，被限位销111固定，处于第一位置且为限位状态，滑套20不遮挡第一喷嘴31和第二喷嘴32，第一喷嘴31和第二喷嘴32均通过键槽孔21与管体10内腔连通。在投入阀球42后，阀球42能够坐封于球座22，在阀球42的驱动下，限位销111在外力作用下可以被剪断，滑套20向下移动至卡止于管体10底部的台阶部121，定位于第二位置，滑套20遮挡第一喷嘴31，不遮挡第二喷嘴32。

方案二

本发明提供了一种造穴喷枪，如图5和图6所示，该造穴喷枪包括：管体10、滑套20、第一锁定结构11和第二锁定结构12，管体10的侧壁设置有第一喷嘴31和第二喷嘴32；滑套20能够沿管体10滑动，并且，第一锁定结构11能够将滑套20锁定于第一位置，第二锁定结构12能够将滑套20锁定于第二位置；在第一位置时，第一喷嘴31和第二喷嘴32均未被滑套20封闭；在第二位置时，第一喷嘴31被滑套20封闭，第二喷嘴32未被滑套20封闭。

该造穴喷枪中，第一喷嘴31在套管41上开出第一孔洞51，第一孔洞51作为破碎的煤渣由套管41外进入套管41与油管环空的通道；第二喷嘴32在套管41上开出第二孔洞52。滑套20运动至第二位置后，第一喷嘴31被滑套20封闭，第二喷嘴32未被滑套20封闭。第二喷嘴32的射流经第二孔洞52向煤层喷射，破碎煤层岩石，在煤层中造穴，同时携带破碎的岩屑由第一孔洞51进入套管41与油管之间的环空，从而被返出地面，避免大量破碎的煤渣被套管41阻挡在地层中，克服了煤层气套管井难以造穴的难题，可在套管41壁外造出大体积洞穴。

该造穴喷枪对煤层气裸眼井造穴也有很好的适用性，能够对储层进行卸压增透，同时增大煤层气渗流面积，提高煤层气井产量；解决了煤层气井造穴困难的问题，可在煤层气套管井和裸眼井中造出大体积洞穴，提高煤层气井产量。

进一步地，第一喷嘴31为旋转射流喷嘴311，第二喷嘴32为锥直型喷嘴321。

如图1-图5所示，该造穴喷枪的具体实施步骤可以包括：

(1)在地面组装该造穴喷枪后，通过油管将该造穴喷枪沿套管41送入到井内规定作业层位，滑套20被限位销111卡于管体10内部，滑套20与管体10不发生相对运动，滑套20位于第一位置，滑套20内腔通过键槽孔21与管体10上设置的旋转射流喷嘴311和锥直型喷嘴321连通；

(2)油管泵入第一携砂液以第一排量进行第一喷射作业，第一携砂液中加入6％体积浓度的20-40目石英砂，携砂液排量为3.5m³/min，喷射作业持续15min，在第一喷射作业结束后，旋转磨料射流在套管41开出第一孔洞51，并在地层扩出第一孔穴61，锥直型喷嘴321在套管41开出第二孔洞52，并在煤层中造出第二孔穴62；

(3)向油管投阀球42，以1m³/min的排量向油管中泵注1个油管容积的液体，当阀球42坐封于滑套20的球座22上，向油管内继续泵注液体加压，当油管压力出现先上升后下降，说明连接滑套20与管体10的限位销111被剪断，滑套20向下移动，直至卡止于管体10底部的台阶部121，滑套20上的键槽孔21会使锥直型喷嘴321露出，不遮挡锥直型喷嘴321，滑套20遮挡旋转射流喷嘴311；

(4)油管泵入第二携砂液以第二排量进行喷射作业，第二携砂液中加入6％体积浓度的20-40目石英砂，携砂液排量为1.7m³/min，如图4所示，第二携砂液从锥直型喷嘴321在煤层中造出第三孔穴63，第三空穴连通第一孔洞51和第二孔洞52，破碎的煤渣由第一孔洞51进入油管和套管41之间的环空，由流体携带返出地面；待地面不返出煤粉后停止泵入第二携砂液，完成喷射造穴。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种煤层气井造穴方法，其特征在于，采用造穴喷枪；

所述造穴喷枪包括：管体、滑套、第一锁定结构和第二锁定结构，所述管体的侧壁设置有第一喷嘴和第二喷嘴；

所述滑套能够沿所述管体滑动，并且，所述第一锁定结构能够将所述滑套锁定于第一位置，所述第二锁定结构能够将所述滑套锁定于第二位置；

在所述第一位置时，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴均未被所述滑套封闭；

在所述第二位置时，所述第一喷嘴被所述滑套封闭，所述第二喷嘴未被所述滑套封闭；

所述煤层气井造穴方法包括：

步骤S10，将所述造穴喷枪送至井内目标层位，所述滑套被所述第一锁定结构锁定于所述第一位置；

步骤S20，向所述造穴喷枪泵入第一携砂液，进行第一喷射作业；

步骤S30，使所述滑套脱离所述第一锁定结构，所述滑套被所述第二锁定结构锁定于所述第二位置；

步骤S40，向所述造穴喷枪泵入第二携砂液，进行第二喷射作业。

2.根据权利要求1所述的煤层气井造穴方法，其特征在于，所述第一携砂液的体积浓度为6％～8％，所述第一喷射作业的喷射时间为10min～15min。

3.根据权利要求1所述的煤层气井造穴方法，其特征在于，所述第二携砂液的体积浓度为6％～8％。

4.根据权利要求1所述的煤层气井造穴方法，其特征在于，所述第一喷嘴为旋转射流喷嘴，所述第二喷嘴为锥直型喷嘴。

5.根据权利要求4所述的煤层气井造穴方法，其特征在于，所述第一喷射作业中，所述第一喷嘴的出口处的流速和所述第二喷嘴的出口处的流速均大于200m/s；

所述第二喷射作业中，所述第二喷嘴的出口处的流速大于200m/s。

6.根据权利要求1所述的煤层气井造穴方法，其特征在于，至少一个所述第一喷嘴与至少一个所述第二喷嘴成组设置，同一组中，所述第一喷嘴与所述第二喷嘴沿所述管体的纵向分布，并且所述第一喷嘴与所述第二喷嘴之间的纵向距离为0.1m～1m。

7.根据权利要求1所述的煤层气井造穴方法，其特征在于，所述煤层气井造穴方法应用于套管井造穴，所述煤层气井包括套管；将所述造穴喷枪下入至所述套管内。

8.根据权利要求7所述的煤层气井造穴方法，其特征在于，所述管体外壁与所述套管内壁的间距小于5倍的所述第一喷嘴的出口直径，并且所述管体外壁与所述套管内壁的间距小于5倍的所述第二喷嘴的出口直径。

9.根据权利要求1所述的煤层气井造穴方法，其特征在于，所述第一锁定结构包括限位销；所述第二锁定结构包括设置于所述管体的台阶部；所述滑套设置有用于承接阀球的球座，阀球能够坐封于所述球座。

10.一种造穴喷枪，其特征在于，包括：管体、滑套、第一锁定结构和第二锁定结构，所述管体的侧壁设置有第一喷嘴和第二喷嘴；

所述滑套能够沿所述管体滑动，并且，所述第一锁定结构能够将所述滑套锁定于第一位置，所述第二锁定结构能够将所述滑套锁定于第二位置；

在所述第一位置时，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴均未被所述滑套封闭；

在所述第二位置时，所述第一喷嘴被所述滑套封闭，所述第二喷嘴未被所述滑套封闭。

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