CN114607318A - 深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地面煤层气开发的技术领域，尤其涉及一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法。包括利用工程井在第一目标煤层施工端部与排采直井相连的第一水平井，利用所述第一水平井压裂第一目标煤层；封隔第一目标煤层和第二目标煤层之间的排采直井和工程井；利用所述工程井在第二目标煤层施工端部与排采直井相连的第二水平井，利用所述第二水平井压裂目标煤层；解封第一目标煤层和第二目标煤层之间的排采直井和工程井。因此，本发明能够大幅提高施工效率、降低工程成本，能够实现煤层气多层水平井的分段压裂强化增产改造，提高水平井组的整体改造效果和产气效果。
Description
技术领域
本发明涉及地面煤层气开发的技术领域，尤其涉及一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法。
背景技术
目前我国开发的煤层气主要产自于埋深低于1000m(大部分低于800m)的浅层煤层，随着浅埋煤层煤层气资源的逐渐减少，埋深大于1000m的深埋煤层气可作为接替资源进行煤层气开发，以实现煤层气资源开发的可持续性。由于煤层埋深的增加，目前深部煤层气直井开发控制范围小、单位产气量的钻探工程量大、开发效率低，而目前的水平井开发只能解决单一目标煤层的钻井、压裂施工问题，对于深部多煤层共存的地质条件，逐一进行单层开发施工成本高、施工效率低，无法满足深部多煤层煤层气水平井高效开发的需要，因此煤层气多层水平井合采是未来深部多煤层煤层气高效开发的发展方向。
现有技术中公开了一种大间距薄煤层群多底水平井分段压裂高效抽采煤层气方法(申请号202010347964.9)，该专利方法通过在富集薄煤层的层段组成2-3个目标产层组，根据目标产层组设置多底水平井各个分支井筒布置的层位、确定U型或L型多底水平井井型，通过进行钻井完井、分段穿多层压裂和排采施工，实现大间距薄煤层群的煤层气抽采。该专利方法提出了薄煤层群多底水平井抽采的总体方案和思路，但没有涉及多层水平井具体工程一体化施工的成井方法与工艺，而且也未涉及完井管柱如何处置使得钻井、压裂施工互相不发生干扰。目前的施工方法没法解决多层水平井层间钻井、层间分段压裂以及钻井与压裂协同施工的干扰难题，工程实施具有施工难度大、效率低、成功率低、成本高的特点，无法进行工程实践，难以促进煤层气多层水平井开发方法由理论走向工程实践应用。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种深部煤层气多层水平井合采钻井-压裂协同施工方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深部煤层气多层水平井合采钻井-压裂协同施工方法，提高深部多煤层煤层气井施工效率和成功率，实现强化开采效果的深部多煤层煤层气合采水平井施工新技术。
为解决上述问题，本发明公开了一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：排采直井钻井施工。依据煤层的空间展布规律，构造深部钻排采直井，排采直井采用二开井身结构，一开钻至基岩面以下20m，下入表层套管，固井水泥浆返至地面；二开依次穿越深部多层煤层，钻至最下部主力煤层A1以下至少50m完钻，下入生产套管，固井水泥浆返至地面；
步骤2：排采直井煤层顶板岩层段扩孔造穴。按照从下往上的施工顺序分别在紧邻各主力煤层的顶板岩层玻璃钢套管段进行扩孔造穴；
步骤3：水平井工程井段钻完井施工。构造浅部钻水平井工程井段，工程井段采用二开的大直径井身结构，一开钻至基岩面以下20m，下入表层套管，固井水泥浆返至地面；二开包括直井段和斜井段，二开在斜井段依次穿越各主力煤层，钻进至A1煤层着陆点，下入技术套管，采用1.7-1.8g/cm3高密度水泥浆固井，固井水泥浆返至地面；
步骤4：A1煤层水平段钻完井施工。下入钻头进行水平段钻进，水平段位于A1煤层内、末端在A1煤层的顶板岩层内与排采直井成功对接，水平段下入生产套管柱、不固井完井；
步骤5：A1煤层水平井分段压裂施工。采用后撤式水力定向喷射压裂方法逐段对A1煤层水平井进行分段射孔、压裂施工，压裂结束后对水平井段进行钻洗实现与排采直井连通；
步骤6：对A1煤层水平井进行封隔。在煤层A1和煤层A2对应的垂深中间位置分别对水平井工程井段和排采直井进行封隔；
步骤7：水平井工程井段套管开窗。在工程井段造斜段A2煤层水平井合适的侧钻位置采用锻洗工具沿导向器的斜面均匀磨洗套管，对套管进行定向侧钻开窗；
步骤8：A2煤层水平井钻完井施工。再次下入钻头至套管开窗位置，继续进行造斜段和水平井段钻进，水平段位于A2煤层内、末端在A2煤层的顶板岩层内与排采直井成功对接，下入滑套完井管柱进行裸眼完井；
步骤9：A2煤层水平井分段压裂施工。采用逐级投球打开滑套的方法逐段对水平井进行分段压裂施工；
步骤10：A2煤层水平井完井管柱丢手。压裂结束后待管柱内压力降到0MPa时，投球打压丢手实现工程井段内的套管柱与A2煤层水平井完井管柱分离，并提取工程井段内的套管柱；再次下入工具对A2煤层水平井进行钻洗，实现A2煤层水平井与排采直井连通；
步骤11：A1煤层桥塞解封与A2煤层封隔施工。下入钻洗工具对A1煤层水平井的工程井段和排采直井封隔桥塞进行钻洗并机械破坏桥塞保护层，让桥塞本体进行自动溶解，实现A2煤层水平井与A1煤层水平井贯通；然后再在煤层A2和煤层A3对应的垂深中间位置分别对水平井工程井段和排采直井进行桥塞封隔；
步骤12：重复步骤7、步骤8、步骤9、步骤10和步骤11的程序依次完成对后续各主力煤层的钻完井、压裂施工，直至多层水平井组钻井压裂协同施工结束。
其中，步骤1中所述的二开套管下入的是钢套管+玻璃钢套管混合套管，玻璃钢套管分别下入至紧邻各主力煤层的顶板岩层段。
其中，步骤2中所述的紧邻各主力煤层的顶板岩层段扩孔造穴，造穴直径不少于0.5m，造穴长度不低于2m。
其中，步骤4中所述的水平井套管柱结构为：悬挂封隔器+套管串+管外封隔器+短套管+浮箍+引鞋，套管柱前段的悬挂封隔器悬挂于步骤3中工程井着陆点上部的二开套管上，管外封隔器坐封于水平段末端的顶板岩层内，水平井套管柱末端引鞋下入至距离排采直井对接点0.5m-1.0m的位置处。
其中，步骤5中所述的水平井分段压裂采用带底封的油管拖动水力喷射工具进行水平定向喷砂射孔，采用油管与环空联合注入的压裂方法进行分段压裂施工。工具组合为：导锥+筛管+扶正器单流阀+水力锚+封隔器+液压定向喷射器+上扶正器+液压丢手+油管串，工具通过打压坐封、拖动解封实现对水平井多段分段定向射孔压裂改造。
其中，步骤6中所述的封隔工具采用可控式溶解桥塞，可控式溶解桥塞包括速溶桥塞本体以及速溶桥塞本体外表面的保护层，施工结束后通过下入钻具机械破坏保护层后暴露速溶桥塞本体进行溶解，选用的可控式溶解桥塞耐压＞70MPa，耐温＞70°。
其中，步骤7中所述的工程井段套管开窗应选择固井质量好、避开套管接箍的砂岩或非膨胀的泥岩层段，采用陀螺测斜仪进行定向开窗，开窗长度为2-3m；采用变参数施工的磨洗开窗方法，套管钻穿前采用低钻压(2-6KN)、慢转速(20-40r/min)磨洗工艺，套管钻穿后采用中钻压(10-30KN)、快转速(40-80r/min)磨洗工艺。
其中，步骤8中所述的滑套完井管柱结构为：套管+水力锚+丢手工具+水力封隔器+内置球座滑套系统+……+水力封隔器+浮箍+引鞋，滑套完井管柱前段的套管坐封于工程井井口处，末端引鞋下入至距离排采直井对接点0.5m-1.0m的位置处，丢手工具下入至A2煤层水平井内、且距离套管开窗位置约0.5m，水平段末端和最前端的水力封隔器分别坐封于水平段末端和A2煤层着陆前端的顶板岩层内；水力锚锚定在水平井工程井段二开套管上。
其中，步骤8中所述的滑套完井管柱结构中通过水力封隔器与滑套系统把水平裸眼段分为若干压裂段，水平井压裂段位置下入滑套系统，滑套系统内置有不同通径的球座，球座通经级差应不少于3mm，滑套系统两端采用水力座封式封隔器实现水平段分段、隔离。
其中，步骤9中所述的水平井采用多级投球的方式打开滑套并封堵球座，实现水平井多段快速分段压裂施工，压裂球为低密度高强度合金材料、耐压＞70MPa，耐温＞70°。
其中，步骤8和步骤9中所述的投球滑套的球座和压裂球均为可溶解的球座和压裂球，压裂结束后球座和压裂球可在含Cl-的压裂液中溶解，无需对球座进行钻磨便实现了滑套大通径。
其中，步骤5和步骤9中所述的水平井压裂施工采用大排量6-9m3/min、大液量800-1200方/段、高强度加砂10-15m3/m、中砂比复合支撑(6％-15％)、过顶替压裂工艺；过顶替量V依据水平井的直井段体积V直、造斜段体积V斜和水平段体积V水确定，且清水顶替量V＝V直+2V斜+3V水。
其中，步骤5和步骤9及其后续煤层中所述的分段压裂施工采用交错压裂方法，即相邻的煤层水平井压裂形成的裂缝在垂向剖面上成交错状分布，上面煤层水平井的压裂段选择在下面煤层水平井压裂段水平投影方向的中间区域，与水平投影相邻方向的两段压裂位置的距离应大于20m。
通过上述步骤可知，本发明的一种深部煤层气多层水平井合采钻井-压裂协同施工方法具有如下效果：
1、本发明的协同施工方法能够实现煤层气多层水平井强化开采的钻井与压裂一体化施工，具有施工衔接紧密、层间干扰影响小、适应煤层层数多的特点，能够有力促进煤层气多层水平井开发方法由理论走向工程实践应用。
2、本发明的钻完井施工方法解决了多层水平井层间钻井以及水平井与排采直井间的干扰影响，具有施工效率高、钻完井工程质量好的特点，能够大幅度提高煤层气多层水平井钻完井施工成功率。
3、本发明的压裂增产改造方法解决了多层水平井压裂施工受完井结构的影响问题，具有分段压裂效率高、压裂排量大、加砂规模大、施工风险低的特点，能够实现煤层气多层水平井的分段压裂强化增产改造，提高水平井组的整体改造效果和产气效果。
4、本发明的协同施工方法解决了多层水平井层间钻井、层间分段压裂以及钻井与压裂工程施工的各种干扰问题，能实现多层水平井组高效成井，可大幅提高施工效率、降低工程成本，使多层煤层气水平井强化开采规模化推广应用成为可能，对提高煤层气开发技术水平和经济效益具有重要意义。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的对接直井依次穿过深部多煤层的洞穴完井结构示意图。
图2显示了本发明的A1煤层水平井钻完井结构示意图。
图3显示了本发明的A1煤层水平井分段压裂施工的示意图。
图4显示了本发明的A1煤层水平井桥塞封隔示意图。
图5显示了本发明的A2煤层水平井钻完井压裂示意图。
图6显示了本发明的A2煤层水平井完井管柱丢手后结构示意图。
图7显示了本发明的A2煤层水平井与A1煤层水平井连通及A2煤层水平井封隔示意图。
图8显示了本发明的多煤层水平井合采施工效果示意图。
附图标记：
1-排采直井，2-工程井，3-水平井完井套管，4-洞穴，5-封隔器，6-浮箍，7-引鞋，8-套管悬挂封隔器，9-压裂裂缝，10-水力喷射工具，11-压裂油管，12-桥塞，13-丢手工具，14-水力锚，15-滑套压裂套管，16-滑套，A1、A2、A3-煤层，B-岩层，S1-A1煤层水平井，S2-A2煤层水平井，S3-A3煤层水平井。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：
参见图1-图8，显示了本发明的一种深部煤层气多层水平井合采钻井-压裂协同施工方法，用于在深部多煤层煤层气水平井合采开发和地面瓦斯强化抽采消突。
本发明的目的在于提供一种深部煤层气多层水平井合采钻井-压裂协同施工方法，提高深部多煤层煤层气井施工效率和成功率，实现强化开采效果的深部多煤层煤层气合采的水平井施工新技术。
为解决上述问题，本发明公开了一种深部煤层气多层水平井合采钻井-压裂协同施工方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：排采直井钻井施工(见图1)。
具体依据煤层的空间展布规律，在构造深部钻排采直井，排采直井采用二开井身结构，一开钻至基岩面以下20m，下入表层套管，固井水泥浆返至地面；二开采用钻头依次穿越深部多层煤层，钻至最下部主力煤层A1以下至少50m完钻，下入钢套管+玻璃钢套管混合套管，其中玻璃钢套管分别下入至各主力煤层的顶板岩层段，固井水泥浆返至地面。
步骤2：排采直井煤层顶板岩层段扩孔造穴(见图1)。
具体按照从下往上的施工顺序分别在各主力煤层的顶板岩层玻璃钢套管段进行扩孔造穴，造穴直径不少于0.5m，造穴长度不低于2m；目的是方便后期水平井与排采直井成功对接，造穴结束后对排采直井口袋进行清洗干净。
步骤3：水平井工程井段钻完井施工。
具体依据煤层的空间展布规律，在构造浅部钻水平井工程井段，目的是方便后期水平井与排采直井对接，降低水平井的施工难度；工程井段包括直井段和造斜段，工程井造斜段依次穿越各主力煤层，在A1煤层内着陆，下入套管固井完井，水泥浆返至地面。
所述的水平井工程井段采用二开的大直径井身结构，一开钻至基岩面以下20m，下入表层套管，固井水泥浆返至地面；二开采用钻头钻至A1煤层着陆点，下入二开技术套管，采用1.7-1.8g/cm3高密度水泥浆固井，目的是提高工程井段二开套管的固井质量、方便后续水平井反复侧钻施工，降低施工风险。
步骤4：A1煤层水平段钻完井施工(见图2)。
具体而言，水平段下入钻头进行水平段钻进，水平段位于A1煤层内并与排采直井成功对接，水平段下入生产套管柱、不固井完井，降低固井水泥浆对煤层的伤害；所述的水平井套管柱结构为：悬挂封隔器+套管串+管外封隔器+短套管+浮箍+引鞋，套管柱前段的悬挂封隔器悬挂于步骤3中工程井段造斜段的二开套管上，目的是增加工程井段套管内空间、方便后续水平井侧钻施工，降低施工风险；管外封隔器坐封于水平段末端的顶板岩层内，水平井套管柱末端引鞋下入至距离排采直井对接点0.5m-1.0m的位置处。水平井前段设计的管外封隔器为遇水膨胀式封隔器，目的是封隔套管外环空，防止压裂时对洞穴的破坏垮塌和煤粉、支撑剂进行洞穴，降低对排采直井的施工影响。
步骤5：A1煤层水平井分段压裂施工(见图3)。
具体而言，水平井采用后撤式水力喷射压裂方法逐段对A1煤层水平井进行分段定向射孔、压裂施工，所述的水平井分段压裂采用带底封的油管拖动水力定向喷射工具进行喷砂射孔，工具组合为：导锥+筛管+扶正器单流阀+水力锚+封隔器+液压定向喷射器+上扶正器+液压丢手+油管串，工具通过打压坐封、拖动解封实现对水平井多段分段定向射孔压裂改造。液压定向喷射器设计为水平定向喷射，目的是防止无固井后套管外环空及裂缝内的支撑剂在重力的作用下吐入井筒。
所述的水平井采用油管与环空联合注入的压裂方法进行压裂施工，能实现大排量、大规模压裂，提高压裂施工成功率和压裂改造效果。压裂结束后对水平井段内的浮箍、引鞋和支撑剂等阻塞物进行钻洗，实现水平井井筒全尺寸与排采直井连通。
所述的水平井压裂施工采用大排量6-9m3/min、大液量800-1200方/段、高强度加砂10-15m3/m、中砂比复合支撑(6％-15％)、过顶替的压裂工艺；采用大液量和高强度加砂压裂提高造缝和支撑效果；采用大排量和中砂比复合支撑工艺降低加砂风险、提高施工成功率；采用过顶替工艺提高井筒内支撑剂的顶替效果、降低水平井沉砂风险，顶替量V应依据压裂液类型和水平井的直井段体积V直、造斜段体积V斜和水平段体积V水确定，且清水顶替量V＝V直+2V斜+3V水。
步骤6：对A1煤层水平井进行封隔(见图4)。
具体而言，分别在水平井工程井段和排采直井的煤层A1和煤层A2对应的垂深中间位置对A1煤层水平井进行封隔，防止后续煤层钻井、压裂施工对已施工完成的A1煤层水平井造成干扰影响；所述的封隔工具采用可控式溶解桥塞，可控式溶解桥塞包括速溶桥塞本体以及速溶桥塞本体外表面的保护层，正常工作状态下桥塞可以对A1煤层水平井进行安全封隔，施工结束后通过下入钻具机械破坏保护层后暴露速溶桥塞本体进行溶解，减少长时间钻桥塞对已施工水平井产生伤害、并可以减少钻桥塞的施工成本，提高了施工效率；可控式溶解桥塞耐压＞70MPa，耐温＞70°。
步骤7：水平井工程井段套管开窗。
具体而言，在工程井段造斜段A2煤层水平井合适的侧钻位置采用锻洗工具沿导向器的斜面均匀磨洗套管，对套管进行定向侧钻开窗；所述的工程井段套管开窗应选择固井质量好、避开套管接箍的砂岩或非膨胀的泥岩层段，且满足方位、水平位移、造斜点、井眼曲率等综合参数要求；同时开窗过程中采用陀螺测斜仪进行方位精确定向，避免了套管对定向仪器的磁干扰影响，提高了定向开窗的精度，开窗长度为2-3m。所述的磨洗开窗施工参数依据开窗所处的阶段不同而变化，套管磨洗钻穿前采用低钻压(2-6KN)、慢转速(20-40r/min)的磨洗工艺，能够磨洗出一个圆滑的孔洞，套管钻穿后采用中钻压(10-30KN)、快转速(40-80r/min)的磨洗工艺，保证沿套管外壁均匀钻进，保证套管开窗的长度；
步骤8：A2煤层水平井钻完井施工(见图5)。
具体而言，水平井再次下入钻头至套管开窗位置，继续进行造斜段和水平井段钻进，水平段位于A2煤层内并与排采直井成功对接，下入滑套完井管柱进行裸眼完井；套管+水力锚+丢手工具+水力封隔器+内置球座滑套系统+……+水力封隔器+浮箍+引鞋，套管柱末端引鞋下入至距离排采直井对接点0.5m-1.0m的位置处，丢手工具下入至A2煤层水平井内、且距离套管开窗位置约0.5m，水平段末端的水力封隔器坐封于水平段末端的顶板岩层内，水平段最前端的水力封隔器坐封于A2煤层水平井着陆前端的顶板岩层内；水力封隔器与滑套系统把水平裸眼段分为若干压裂段，水平井压裂段位置下入滑套系统，滑套系统两端采用水力座封式封隔器实现水平段分段、隔离，防止压裂液在套管外的窜流，水力座封式封隔器在压裂开始时，通过打压一次性实现全部坐封，水力锚锚定在水平井工程井段二开套管上，防止压裂时高压作用下套管的剧烈震荡。
步骤9：A2煤层水平井分段压裂施工(见图5)。
具体而言，水平井采用逐级投球打开滑套的方法逐段对水平井进行分段压裂施工。
本实施例中，选择采用逐级投球打开滑套的方法进行压裂施工。A2煤层水平井的完井管柱在压裂完成后要进行丢手，丢手工具带有投球机关，难以通过水力喷射工具，因此，本实施例采用逐级投球打开滑套的方法进行压裂施工。该方法能实现大排量、快速分段压裂施工，滑套系统内置有不同通径的球座，球座通经级差应不少于3mm，尽可能提高球的通过成功率，实现精准打开滑套坐封，压裂球为低密度高强度合金材料、耐压＞70MPa，耐温＞70°。其中所述的投球滑套的球座和压裂球均为可溶解的球座和压裂球，压裂结束后球座和压裂球可在含Cl-的压裂液中溶解，无需对球座进行钻磨便实现了滑套大通径。水平井压裂采用光套管注入方式，压裂施工采用中高排量6-9m3/min(套管内置有大量的球座，会对水平井远端压裂排量产生影响，因此远端压裂采用6-7m3/min中等排量进行施工，近端采用8-9m3/min大排量进行施工)、大液量800-1200方/段、高强度加砂10-15m3/m、中砂比复合支撑(5％-10％)、过顶替的压裂工艺。采用大液量和高强度加砂压裂提高造缝和支撑效果；采用大排量和中砂比复合支撑工艺降低加砂风险、减少水平段沉砂对后期滑套打开的影响，提高施工成功率；采用过顶替工艺提高井筒内支撑剂的顶替效果、降低水平井沉砂风险，减少对后期滑套打开的影响，顶替量V应依据压裂液类型和水平井的直井段体积V直、造斜段体积V斜和水平段体积V水确定，且清水顶替量V＝V直+2V斜+3V水。
同时步骤5和步骤9及其后续煤层中所述的分段压裂施工采用交错压裂方法，即相邻的煤层水平井压裂形成的裂缝在垂向剖面上成交错状分布，上面煤层水平井的压裂段选择在下面煤层水平井压裂段水平投影方向的中间区域，与水平投影相邻方向的两段压裂位置的距离应大于20m。由于多层煤层合采开发时，两层煤层的间距一般都在几十米的范围内，而正常水力压裂裂缝在纵向上的延伸高度也有二三十米、甚至更高，当相邻两层煤层水平井在同一垂向剖面上进行压裂时，一方面会造成两条裂缝相互沟通影响压裂施工效果，另一方面由于已压裂段会在压裂段区域产生压实作用、导致应力集中，对后续水平井压裂缝扩展延伸产生影响，从而影响压裂改造效果，采用交错压裂方法可以避免上述问题，能够提高多层水平井组的整体压裂改造效果。
步骤10：A2煤层水平井完井管柱丢手施工(见图6)。
压裂结束后待管柱压力降到0MPa时，通过投入解锁钢球、打压10MPa、剪断解锁销钉，可快速丢手实现工程井段内的套管柱与A2煤层水平井完井管柱分离，A2煤层水平井内的完井管柱作为生产管柱继续留在煤层段，取出工程井段内的套管柱，不会对后续工程施工产生影响，可实现多层水平井的钻井压裂施工；然后下入工具对A2煤层水平井进行钻洗，实现A2煤层水平井与排采直井再次连通；
步骤11：A1煤层桥塞解封与A2煤层封隔施工(见图7)。
再次下入钻洗工具对A1煤层水平井的工程井段和排采直井封隔桥塞进行钻洗并机械破坏桥塞保护层，让桥塞本体进行自动溶解，实现A2煤层水平井与A1煤层水平井贯通；然后再在煤层A2和煤层A3对应的垂深中间位置分别对水平井工程井段和排采直井进行封隔；
作为另一种方式，也可以在多个水平井全部压裂完成以后，一次性对排采直井中的桥塞逐个进行解封。
步骤12：重复步骤7、步骤8、步骤9、步骤10和步骤11的程序依次完成对后续主力煤层的钻完井、压裂施工，直至多层水平井组钻井压裂协同施工结束(见图8)。
本实施例中，A1煤层三开水平段完井管柱采用悬挂的方式，尽可能不影响工程井的井眼尺寸，为第2和第3水平井钻井压裂施工创造井筒条件，这种完井方法可以配合采用管柱输送的水力喷射压裂方法。第2水平井因为在工程井内有开窗，所以套管必须要下入到井口才能保证后续压裂施工。A1煤层不固井的裸眼水平井采用水力喷射压裂方法效果更好，A2煤层水平井采用逐级投球打开滑套的方法进行压裂施工，能够解决丢手工具无法满足水力喷射工具通过的问题。
通过上述步骤可知，本发明的一种深部煤层气多层水平井合采钻井-压裂协同施工方法具有如下效果：
1、本发明的协同施工方法能够实现煤层气多层水平井强化开采的钻井与压裂一体化施工，具有施工衔接紧密、层间干扰影响小、适应煤层层数多的特点，能够有力促进煤层气多层水平井开发方法由理论走向工程实践应用。
2、本发明的钻完井施工方法解决了多层水平井层间钻井以及水平井与排采直井间的干扰影响，具有施工效率高、钻完井工程质量好的特点，能够大幅度提高煤层气多层水平井钻完井施工成功率。
3、本发明的压裂增产改造方法解决了多层水平井压裂施工受完井结构的影响问题，具有分段压裂效率高、压裂排量大、加砂规模大、施工风险低的特点，能够实现煤层气多层水平井的分段压裂强化增产改造，提高水平井组的整体改造效果和产气效果。
4、本发明的协同施工方法解决了多层水平井层间钻井、层间分段压裂以及钻井与压裂工程施工的各种干扰问题，能实现多层水平井组高效成井，可大幅提高施工效率、降低工程成本，使多层煤层气水平井强化开采规模化推广应用成为可能，对提高煤层气开发技术水平和经济效益具有重要意义。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (10)
1.一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法，其特征在于，包括：
利用工程井在第一目标煤层施工端部与排采直井相连的第一水平井，利用所述第一水平井压裂第一目标煤层；
封隔第一目标煤层和第二目标煤层之间的排采直井和工程井；
利用所述工程井在第二目标煤层施工端部与排采直井相连的第二水平井，利用所述第二水平井压裂目标煤层；
解封第一目标煤层和第二目标煤层之间的排采直井和工程井。
2.根据权利要求1所述的一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法，其特征在于，包括：
封隔第二目标煤层与第三目标煤层之间的排采直井和工程井；
利用所述工程井在第三目标煤层施工端部与排采直井相连的第三水平井，利用所述第三水平井压裂目标煤层。
3.根据权利要求1所述的一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法，其特征在于，第二水平井的压裂段与第一水平井压裂段在水平面上的投影至少部分错开。
4.根据权利要求1所述的一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法，其特征在于，采用后撤式水力定向喷射压裂方法逐段对第一水平井进行分段射孔以进行压裂施工。
5.根据权利要求1所述的一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法，其特征在于，采用逐级投球打开滑套的方法逐段对第二水平井进行分段压裂施工，压裂完成后丢手实现工程井段内的套管柱与第二水平井完井管柱分离，并提取出工程井段内套管柱。
6.根据权利要求1所述的一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法，其特征在于，采用与所述第一水平井不同的分段压裂方法压裂所述第二水平井。
7.根据权利要求1所述的一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法，其特征在于，施工所述第一水平井和/或第二水平井时，紧邻第一目标煤层和/或第二目标煤层的顶板岩层段扩孔造穴，造穴直径不少于0.5m，造穴长度不低于2m。
8.根据权利要求1所述的一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法，其特征在于，所述第一水平井内下入的套管柱前段悬挂封隔器悬挂于工程井着陆点上部的二开套管上，管外封隔器坐封于水平段末端的顶板岩层内，水平井套管柱末端引鞋下入至距离排采直井对接点0.5m-1.0m的位置处。
9.根据权利要求1所述的一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法，其特征在于，所述第二水平井内下入的滑套完井管柱前段的套管坐封于工程井井口处，末端引鞋下入至距离排采直井对接点0.5m-1.0m的位置处，丢手工具下入至第二水平井内、且距离套管开窗位置约0.5m处，水平段末端和最前端的水力封隔器分别坐封于水平段末端和着陆前端的顶板岩层内，水力锚锚定在水平井工程井段二开套管上。
10.根据权利要求1所述的一种深部煤层气多层水平井合采钻井压裂协同施工方法，其特征在于，所述第二水平井内滑套完井管柱通过水力封隔器与滑套系统把水平裸眼段分为若干压裂段，水平井压裂段位置下入滑套系统，滑套系统两端采用水力座封式封隔器实现水平段分段、隔离。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115331532A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-11-11 | 四川省煤田地质工程勘察设计研究院 | 一种煤矿瓦斯与煤岩气多煤层多水平立体开发模型 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102080530A (zh) * | 2010-12-22 | 2011-06-01 | 北京奥瑞安能源技术开发有限公司 | 一种煤层气水平井及排采直井施工方法 |
| CN203035177U (zh) * | 2012-11-12 | 2013-07-03 | 中国石油天然气股份有限公司 | 连通点在顶板或底板岩层中的煤层气多分支水平井 |
| CN103967472A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-06 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种煤层气分段压裂水平井强化抽采方法 |
| CN104481495A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-04-01 | 辽宁石油化工大学 | 煤层气丛式双层多分支水平井及对应排采直井系统的钻井方法 |
| CN104632171A (zh) * | 2015-02-05 | 2015-05-20 | 中国石油天然气集团公司 | 分支井分段压裂完井井下成套设备及方法 |
| CN105672978A (zh) * | 2016-03-28 | 2016-06-15 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种平移式五点水平井立体井网布井方法 |
| CN206220946U (zh) * | 2016-11-17 | 2017-06-06 | 山西页岩气有限公司 | 煤系三气共采多分支u型井网结构 |
| CN206309374U (zh) * | 2016-12-02 | 2017-07-07 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种逐级投球压裂及关井扩压管柱 |
| CN108086957A (zh) * | 2017-12-23 | 2018-05-29 | 山西蓝焰煤层气集团有限责任公司 | 一种双煤层u型煤层气井施工的方法 |
| CN209742871U (zh) * | 2019-03-01 | 2019-12-06 | 中国煤炭地质总局勘查研究总院 | 一种煤系气多层共采井型结构 |
| CN111520119A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-08-11 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 大间距薄煤层群多底水平井分段压裂高效抽采煤层气方法 |
| CN113123762A (zh) * | 2020-01-16 | 2021-07-16 | 中国石油天然气股份有限公司 | 煤层气多分支水平井压裂方法 |
-
2022
- 2022-03-24 CN CN202210293740.3A patent/CN114607318A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102080530A (zh) * | 2010-12-22 | 2011-06-01 | 北京奥瑞安能源技术开发有限公司 | 一种煤层气水平井及排采直井施工方法 |
| CN203035177U (zh) * | 2012-11-12 | 2013-07-03 | 中国石油天然气股份有限公司 | 连通点在顶板或底板岩层中的煤层气多分支水平井 |
| CN103967472A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-06 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种煤层气分段压裂水平井强化抽采方法 |
| CN104481495A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-04-01 | 辽宁石油化工大学 | 煤层气丛式双层多分支水平井及对应排采直井系统的钻井方法 |
| CN104632171A (zh) * | 2015-02-05 | 2015-05-20 | 中国石油天然气集团公司 | 分支井分段压裂完井井下成套设备及方法 |
| CN105672978A (zh) * | 2016-03-28 | 2016-06-15 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种平移式五点水平井立体井网布井方法 |
| CN206220946U (zh) * | 2016-11-17 | 2017-06-06 | 山西页岩气有限公司 | 煤系三气共采多分支u型井网结构 |
| CN206309374U (zh) * | 2016-12-02 | 2017-07-07 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种逐级投球压裂及关井扩压管柱 |
| CN108086957A (zh) * | 2017-12-23 | 2018-05-29 | 山西蓝焰煤层气集团有限责任公司 | 一种双煤层u型煤层气井施工的方法 |
| CN209742871U (zh) * | 2019-03-01 | 2019-12-06 | 中国煤炭地质总局勘查研究总院 | 一种煤系气多层共采井型结构 |
| CN113123762A (zh) * | 2020-01-16 | 2021-07-16 | 中国石油天然气股份有限公司 | 煤层气多分支水平井压裂方法 |
| CN111520119A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-08-11 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 大间距薄煤层群多底水平井分段压裂高效抽采煤层气方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115331532A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-11-11 | 四川省煤田地质工程勘察设计研究院 | 一种煤矿瓦斯与煤岩气多煤层多水平立体开发模型 |
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