CN1651715A - 进入目标地质体的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种进入目标地质体的方法，其包括：设置辅助通道，其通过注入流体在目标地质体部分产生有利的钻探条件；设置钻探通道，其与所述辅助通道在目标地质体处或其上方连通，这样，钻探作业可以在辅助通道创造的有利条件下进行，其特征在于，钻辅助通道或钻探通道时，穿过目标地质体继续向下钻出至少一个口袋，该口袋的深度大于一预定数值，该数值在0－60米之间；通过钻探通道在目标地质体内钻水平主井眼和若干分支井眼。本发明还提供了一种进入目标地质体的系统。根据本发明，在任何地表地形或建筑情况下，都可以充分进入目标地质体。本发明还可提高系统的使用寿命，并且提高系统的经济性。

Description

进入目标地质体的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种进入目标地质体的方法和系统，特别是，用定向钻井技术钻成的连通地表和目标地质体的通道系统。

所述目标地质体包括储集石油、天然气、煤成气、煤层气、煤矿瓦斯、地下水等流态矿产的储集体、固体矿藏、或其它地质体。

所述进入目标地质体包括从地表进入和从隧道、地下建筑进入，以进行开采、勘探、工程地质监测、或流体回注。

本发明涉及但不限于，通过由主井眼、多个分支水平井眼、和可根据需要设定的与该主井眼连通的直井组成的系统，抽放煤层瓦斯。

本发明可适用于各类地形(包括平原和地表复杂多变地带)，特别是在丘陵、山区、河流、海岸、大型工程、古建筑群和人类居住区等地表条件下的地下地质勘探、勘查和矿藏开采。

术语“口袋”是指处于目标地质体之下、用于收集岩屑和渗出的地下流体的部分。

背景技术

长期以来，从井下进行瓦斯抽放是煤矿治理瓦斯的主要技术，但还不能从根本上解决安全生产和瓦斯利用问题。在煤矿开采过程中，时常发生煤矿瓦斯灾害，甚至导致严重的人身伤亡事故。

为了快速、高效地抽放煤层瓦斯，已经实现了应用多分支水平井进行煤层气的地面开采。

例如，CN1333858A公开了一种触及地下资源的方法和系统，包括：首先钻成一口直井，并在储层处形成一个大洞穴；在距直井井口一定距离处开始钻一口水平井，先钻垂直井段，然后朝着直井洞穴造斜，使两井在洞穴处连通；两井连通后，继续向前钻主水平井眼和各分支井眼。

该专利申请存在的问题包括：需要钻出直井和水平井两个井眼，需要在地下储层处准备一个大洞穴，需要使两井在地下洞穴处连通的技术和设备保证，这些都使得系统的准备成本很高。另外，所有的分支井眼都局限在所谓的洞穴之后，这样，如果由于地表地形或建筑情况的影响，直井和水平井必须相隔比较远的距离，那么，由于直井和水平井之间没有设置分支井眼，就只能开采远处的资源，却不能最大限度地开采近处的资源。

另外，该专利申请还存在这样的问题，即：在直井中下入的生产套管仅局限于洞穴或储层之上，这样，直井洞穴和/或“口袋”被充满或坍塌后，不利于清理和修复。

发明内容

本发明的目的是提供一种进入目标地质体的方法和系统，其以更简单的通道系统，可降低成本地开采地下资源。

本发明的另外一个目的是提供一种进入目标地质体的方法和系统，其在任何地表地形或建筑情况下，都可以充分开采地下资源。

本发明的进一步的目的是提供一种进入目标地质体的方法和系统，其可以防止“口袋”的坍塌，有利于清理其中沉积的岩屑，从而可提高系统的使用寿命，并且提高系统的经济性。

本发明的又一目的是提供一种进入目标地质体的方法和系统，其采用桥塞，以防止“口袋”在形成后又有钻屑落入，从而进一步降低系统的准备成本。

本发明的上述目的由下列技术方案实现。

根据本发明的第一方面，提供了一种进入目标地质体的方法，其包括：设置辅助通道，其通过注入流体在目标地质体部分产生有利的钻探和/或生产条件；设置钻探通道，其与所述辅助通道在目标地质体处或其上方连通，这样，钻探作业可以在辅助通道创造的有利条件下进行，其特征在于，钻辅助通道或钻探通道时，穿过目标地质体继续向下钻出至少一个口袋，该口袋的深度大于一预定数值，该数值在0-60米之间；通过钻探通道在目标地质体内钻水平主井眼和若干分支井眼。

特别是，所述辅助通道和所述钻探通道都设置在同一个包括垂直或倾斜段、弯曲过渡段、和水平段的井内。

特别是，所述辅助通道是直井，并在其资源储层位置处设置人造洞穴；所述钻探通道是在与直井井口一段距离处开始钻水平井的垂直或倾斜段，在某一恰当位置朝着直井洞穴所在方向造斜，然后使水平井在洞穴处与直井连通。

特别是，沿着钻水平主井眼的方向，在所述辅助通道和所述钻探通道连通处的前方和后方的适当位置处均钻出若干分支井眼。

特别是，所述若干分支井眼的钻探方向包括朝左前侧和/或右前侧，和/或包括朝上前侧和/或下前侧。

特别是，在直井内设置套管至口袋的底部，该套管两端是普通套管，而在对应于目标地质体位置处为长度大于或等于人造洞穴高度的易钻通的套管部分；该易钻通的套管部分在水平井与直井的连通过程中或之前被全部或部分钻掉。

特别是，造人工洞穴时，在所述口袋的套管内设置可移动或可钻掉的桥塞。

根据本发明的第二方面，提供了一种进入目标地质体的系统，其包括：辅助通道，其通过注入流体在目标地质体部分产生有利的钻探和/或生产条件；钻探通道，其与所述辅助通道在目标地质体处或其上方连通，这样，钻探作业可以在辅助通道创造的有利条件下进行，其特征在于，在目标地质体之下，还包括至少一个口袋，该口袋的深度大于一预定数值，该数值在0-60米之间；在目标地质体内的水平主井眼和若干分支井眼。

特别是，所述辅助通道和所述钻探通道都设置在同一个包括垂直或倾斜段、弯曲过渡段、和水平段的井内。

特别是，所述辅助通道是直井，并在其资源储层位置处设置人造洞穴；所述钻探通道是在与直井井口一段距离处开始钻垂直或倾斜段的水平井，在某一恰当位置朝着直井洞穴所在方向造斜，然后使水平井在洞穴处与直井连通。

与现有技术相比，本发明具有明显的优点和技术效果。

根据本发明，钻探一个通道就可把现有技术中的直井和水平井都简化地容纳其中，因此，本发明简化了通道系统结构，也降低了系统的钻井成本。另外，由于不需要造人工洞穴，可进一步降低系统的准备成本。

根据本发明，沿着钻水平主井眼的方向，在所述辅助通道和所述钻探通道连通处的前方和后方均可钻出若干分支井眼。因此，本发明使多分支水平井的控制面积进一步增大，使煤炭开采时的瓦斯涌出量进一步降低，从而使采掘生产效率更高、也更安全。

根据本发明，所述若干分支井眼的钻探方向包括朝左前侧和/或右前侧，和/或包括朝上前侧和/或下前侧。因此，本发明使多分支水平井的控制空间进一步增大，这也使煤炭开采时的瓦斯涌出量进一步降低，从而使采掘生产效率更高、更安全。

根据本发明，钻辅助通道或钻探通道时，穿过资源储层(目标地质体)继续向下钻出一个或多个口袋。因此，可在相当长的时间内用于收集沉淀的岩屑和从煤层中渗出的地下水，从而保持产气通道的畅通，提高系统的使用寿命，并且提高系统的经济性。

进一步说，对于所述辅助通道是直井的情况，所述口袋设有套管，这样，可防止“口袋”的坍塌，也有利于清理口袋中的岩屑，抽取从煤层中渗出的地下水，从而提高系统的使用寿命。

进一步说，造人工洞穴时，在所述口袋的套管内设置可移动或可钻掉的桥塞。这样，造人工洞穴过程中产生的岩屑容易清理，不会掉落在口袋中，这进一步保障了口袋的有效容积，从而提高系统的使用寿命，并且提高系统的经济性。

虽然本发明主要结合抽放煤层瓦斯的实施例进行说明，但是，容易理解，本发明并不限于此。

在本发明实施例的启发下，本领域的技术人员不难用定向钻井技术钻成的连通地表和目标地质体(资源储层)的通道系统实施石油、天然气、地下水等流态矿产的开采。

通过用定向钻井技术钻成的连通通道口和目标地质体的通道系统，本发明还可应用于目标地质体的勘探、工程地质勘查和监测、流体物质的回注等。

由于本发明的所述辅助通道和所述钻探通道可以都设置在同一个包括垂直或倾斜段、弯曲过渡段、和水平段的井内，也可以分别是直井和水平井，该水平井的井口与直井的井口存在一定的距离，并且包括垂直或倾斜段。因此，通道口的位置具有充分的可选择性，两个通道口之间的距离可以根据实际情况确定，可远、可近、甚至可以合二为一。因此，本发明可适用于各类地形(包括平原和地表复杂多变地带)，特别是在丘陵、山区、河流、海岸、大型工程、古建筑群和人类居住区等地表条件下的地下地质勘探、勘查和矿藏开采。

附图说明

下面结合附图对本发明的若干实施例进行详细说明。通过这种说明，本发明的上述及其它的目的、特征、和效果将变得更加明显，其中，

图1是根据本发明一个实施例的单井双筒连通方式的示意图；

图2是根据本发明另外一个实施例的直井和水平井连通方式的示意图；

图3是根据本发明的在煤层段布置易钻通的套管的示意图；

图4是根据本发明的在直井的资源储层处设置大洞穴的示意图；

图5是在现有技术中各分支水平井眼位于两井连通点之后的示意图；

图6是根据本发明的各分支水平井眼位于两井连通点之前和之后的示意图；

图7是根据本发明的桥塞运用方式的示意图。

具体实施方式

无论是为了流体开采、勘探用固体采样、工程地质监测、还是流体回注，都需要首先形成进入目标地质体(储层)的通道。本说明书称这样的通道为“钻探通道”。

为了在目标地质体部分人为地创造有利的钻探和/或生产条件，需要设置一“辅助通道”，其通道口与目标地质体连通，通过注入流体(例如，空气等)创造有利于钻探和/或生产的条件。

根据本发明的一个实施例，辅助通道12和钻探通道11可以设置在同一个井内，即单井双筒模式，其中，如图1所示，单井双筒模式在进入目标储层6前完成一个水平井的造斜段7，在井眼内设置两个管(辅助通道12和钻探通道11)，这两个管通过某种熟知的方式连通(如图1中被局部放大的射孔方式)，连通后钻多分支水平井，在地表5只存在一个井口3。

特别是，如图1所示，钻探通道11在穿过目标储层6后继续向下钻探，形成了口袋10。该口袋10的深度应该足够深，以容纳在瓦斯抽放过程中由于随瓦斯的排放而流动并沉积在其中的岩屑，同时也可容纳从多分支水平井中渗出的地下水，达到保持产气通道畅通的目的。

特别是，口袋10不仅可以是钻探通道11的继续延伸部分，而且可以形成在多分支水平井的其他位置，相当于水平多分支井的向下分支(如图1中的虚线10表示的部分)，其数量可以是若干个，这样，不仅起口袋的作用，而且起瓦斯排放路径的作用，从而有利于提高瓦斯产出量。

特别是，口袋10可以是倾斜的，也可以是竖直的。具体形式可以根据需要进行选择。

特别是，每个口袋的深度通常可以达50-80米，甚至长达150米或更长，这取决于目标地质体的地质条件和生产需要。

另外，本发明的思想同样可运用于辅助通道12和钻探通道11相互分离的情况。图2示出了一个双井筒模式实施例的直井和水平井之间的连通方式。该双井筒模式由多分支水平井1和与之在储层6连通的直井2组成，在地表5存在两个井口3、4。

特别是，所谓的“直井”是指本质上垂直的井，也包括按照实际需要而钻成的大致垂直的井或具有一定程倾斜度的井；所谓的“水平井”包括钻入段、过渡段、和水平多分支段，其中，钻入段可以是垂直的，也可以是倾斜的，这主要取决于目标地质体的埋深。

如图2所示，钻直井时，在钻透目标储层之后，应该继续往下钻足够的深度，在直井的最下端形成“口袋”10，其用于收集岩屑和渗出的地下水，防止水平井在瓦斯抽放生产过程中被堵塞，也可以加大排采强度，这样可以提高生产效率。

为了防止口袋坍塌，为了在口袋内充满岩屑后利于清理，为了创造有利的生产条件，有必要保持口袋井壁的稳定性。

保持口袋井壁的稳定性的方法有多种，例如，下入尾管等方法。但本发明推荐在储层段设置一段玻璃钢套管8(如图3)，在玻璃钢套管的上下两侧都是普通的钢套管2。这样，在钻水平井时不必进行防碰，因为玻璃钢套管很容易被钻穿，以实现直井与水平分支井的连通。

特别是，上述的玻璃钢套管也可以由其它容易钻通的材料代替。

根据本发明，在直井的储层处做一个大洞穴15(如图4)，以便于实现两井连通。

为了实现两井直接连通，首先要控制水平井主井眼的轨迹，使之与直井的洞穴连通，然后继续完成主水平井眼以及各个分支井眼。如图5所示，在现有技术中，各分支水平井眼位于两井连通点之后。而根据本发明，如图6所示，某些分支水平井眼位于两井连通点之前，某些分支水平井眼位于两井连通点之后，这样，可充分结合地面地形条件选择直井的位置，以实现最佳的经济性。

特别是，如图7所示，为了使已经形成的“口袋”免遭堵塞，可在目标储层6之下的一定距离处设置可钻式桥塞(或可回收式封隔器)20，然后再在目标储层处造人工洞穴。人工洞穴形成之后，就可以使水平井与直井的洞穴连通。

特别是，如果桥塞20上的岩屑不多，不会显著影响口袋10的容积，在开始抽放煤层瓦斯之前，可以直接把桥塞钻掉，使得口袋10开通，这样操作更方便。

相反，如果桥塞20上的岩屑很多，将显著影响口袋10的容积，在开始抽放煤层瓦斯之前，应该通过把桥塞移出直井使得口袋10开通，以保证产气通道的长时间畅通。

另外，根据本发明，对于多目标储层，可用较少的井眼进行资源开发。根据通道口处的地形地貌以及节约成本的原则，可以设置一个直井、多个水平井；也可以设置多个直井、一个水平井；或可以设置多个直井、多个水平井等多种情形。

多分支水平井在最下一目标储层完成后，开始实施上一目标储层的作业，将可回收式封隔器坐封在倒数第二目标储层底一定距离处，然后如同前面的方法一样在这一目标储层进行人工造洞穴。当人工洞穴完成后，从主井眼中进行侧钻，以便与洞穴连通。

可采用侧钻工艺技术继续造斜至目标储层，然后进行与辅助通道的连通。如果不采用侧钻的办法，也可以采用多井方案，例如，钻两口水平井，只钻一口直井。水平井分别与对应的直井的洞穴连通，然后再分别在各目标储层中钻多分支水平井。

同样地，可以钻两口直井，只钻一口水平井。水平井分别与对应的直井的洞穴连通，然后再分别在各目标储层中钻多分支水平井。

特别是，如果目标储层多于两个，可以从最下一目标储层开始，依次向上进行逐层钻探。

特别是，在目标地质体位于地面之下较浅或超浅位置的情况下，水平井的垂直段可以改成倾斜段，这样，更方便于钻水平段的各分支。

总之，双井筒作业时，需要征用2块土地，征地、井场及道路建设等方面的工作量和成本都很大；为保证两井连通所需要的技术成本和准备成本也很高。

如果能够采用单井双筒模式，可进一步降低成本。可以在水平井的直井段和造斜段内只下入单一的套管或双管。下入双管时，在钻水平段主井眼和多分支井以前将两管连通。在钻进时，就可以创造有利的钻探条件。

根据本发明的进入目标地质体的系统同样可用于勘探、勘查或监测目的，通过钻探通道和水平主井眼和/或分支井眼把拾取元件或传感元件设置在需要的位置上，就可达到目的。

以上结合多种实施例对本发明进行了详细说明，尽管如此，应该理解，在本发明的构思启发下，本领域的技术人员还可对本发明进行这样那样的修改、补充、变化，然而，这些都不会超出本发明权利要求书所限定的精神和保护范围。

Claims (10)

1.一种进入目标地质体的方法，其包括：

设置辅助通道，其通过注入流体在目标地质体部分产生有利的钻探条件；

设置钻探通道，其与所述辅助通道在目标地质体处或其上方连通，这样，钻探作业可以在辅助通道创造的有利条件下进行，

其特征在于，钻辅助通道或钻探通道时，穿过目标地质体继续向下钻出至少一个口袋，该口袋的深度大于一预定数值，该数值在0-60米之间；

通过钻探通道在目标地质体内钻水平主井眼和若干分支井眼。

2.如权利要求1所述的进入目标地质体的方法，其特征在于，所述辅助通道和所述钻探通道都设置在同一个包括垂直或倾斜段、弯曲过渡段、和水平段的井内。

3.如权利要求1所述的进入目标地质体的方法，其特征在于，所述辅助通道是直井，并在其资源储层位置处设置人工洞穴；所述钻探通道是在与直井井口一段距离处开始钻水平井的垂直或倾斜段，在某一恰当位置朝着直井洞穴所在方向造斜，然后使水平井在洞穴处与直井连通。

4.如权利要求1所述的进入目标地质体的方法，其特征在于，沿着钻水平主井眼的方向，在所述辅助通道和所述钻探通道连通处的前方和后方的适当位置处均钻出若干分支井眼。

5.如权利要求4所述的进入目标地质体的方法，其特征在于，所述若干分支井眼的钻探方向包括朝左前侧和/或右前侧，和/或包括朝上前侧和/或下前侧。

6.如权利要求3所述的进入目标地质体的方法，其特征在于，在直井内设置套管至口袋的底部，该套管两端是普通套管，而在对应于目标地质体位置处为长度大于或等于人造洞穴高度的易钻通的套管部分；该易钻通的套管部分在水平井与直井的连通过程中或之前被部分或全部钻掉。

7.如权利要求6所述的进入目标地质体的方法，其特征在于，造人工洞穴时，在所述口袋的套管内设置可移动或可钻掉的桥塞。

8.一种进入目标地质体的系统，其包括：

辅助通道，其通过注入流体在目标地质体部分产生有利的钻探条件；

钻探通道，其与所述辅助通道在目标地质体处或其上方连通，这样，钻探作业可以在辅助通道创造的有利条件下进行，

其特征在于，在目标地质体之下，还包括至少一个口袋，该口袋的深度大于一预定数值，该数值在0-60米之间；

在目标地质体内的水平主井眼和若干分支井眼。

9.如权利要求8所述的进入目标地质体的系统，其特征在于，所述辅助通道和所述钻探通道都设置在同一个包括垂直或倾斜段、弯曲过渡段、和水平段的井内。

10.如权利要求8所述的进入目标地质体的系统，其特征在于，所述辅助通道是直井，并在其资源储层位置处设置人造洞穴；所述钻探通道是在与直井井口一段距离处开始钻垂直或倾斜段的水平井，在某一恰当位置朝着直井洞穴所在方向造斜，然后使水平井在洞穴处与直井连通。

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