CN207048761U - 一种煤层气“燕尾式”水平井 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种煤层气“燕尾式”水平井，属于煤矿开发技术领域，包括垂直设置的定向井、水平设置的水平井和抽油杆，定向井内壁上开设有井口，开窗口靠近井口，井口下方设有开窗口，开窗口下方的定向井侧壁上开设有侧钻点，水平井一端向上倾斜并通过侧钻点与定向井连通，定向井下端设有采气泵，抽油杆一端与采气泵连通，抽油杆另一端穿过井口与钻井设备连通，定向井内壁具有渗透带。该水平井利用定向井排采，使效率大大的提高了，实现老井再利用，完善区块的井网布置，对井身结构进行了优化，将定向井和水平井结合起来，实现了一井多用，和其他方法对比，节省了钻井段长，钻井周期短，后期排采方便，经济实用费用低。

Description

一种煤层气“燕尾式”水平井

技术领域

本实用新型属于煤矿开发技术领域，具体涉及一种煤层气“燕尾式”水平井。

背景技术

当前国际能源供需矛盾日益突出的形势下，煤层气的资源勘探开发备受世界瞩目。我国油气资源短缺，但煤层气的储量相当丰富。20世纪80年代我国开始研究煤层气勘探开发技术，至今引进了很多国外先进技术，但是由于政策性和技术性因素的制约，我国煤层气开发技术与美国等发达国家还有很大差距，开发技术总体上还处于起步阶段，依然面临许多难题，需要进一步创新突破。

我国煤层气藏普遍具有低压、低渗透的储藏特性，而采用直井压裂方式经过多年实践，控制面积低，产量低。针对储藏特点采用“U”形水平井和多分支水平井的开采方式。自2005年以来在行业内常规开发井中基本是水平井(工程井)与直井或定向井(生产井)连通，通过直井采气并取得非常好的效果。

在煤层气开发方案中井网优化，合理布局至关重要，不仅可以充分利用开发资金，还可以提高开发区块的产量，提高有效资源的利用率。目前我国山西煤层气的开发区域主要集中在晋城和吕梁地区，地处于黄土高原，地表沟壑万千，水土流失严重，生态环境脆弱；同时山西省是全国重点文物保护单位最多的省份，吕梁山森林公园也处于煤层气产区内，有些区块不具备传统布井条件。

而目前我们的煤层气的主要布井方式有三种：1、由一口水平井和一口直井组成的“U”型井组，这种井要求水平井(工程井)与直井(生产井)两口井相距数百米，需要水平井和直井分别布置井场，对地貌环境要求高，环境污染大，成本高，工期长；2、一组水平分支井井组，要求水平井(工程井)与定向井(生产井)两口井在一个井场内，其缺点是对井眼轨迹控制和仪器精度要求极高，施工难度大，成功率相对不高，工期较长；3、单一的一口水平井或直井，其中单一水平井和水平分支井在排采阶段，需要抽油杆连接排采设备下放到水平井内，由于我国煤层埋藏深度浅，造成井眼曲率高，会使抽油杆和套管产生摩擦，拉伸、压缩、弯曲，对套管和抽油杆产生破坏，后期修井成本高，抽采寿命短。同时，由于直井和煤层的接触面积小，在相同的压差条件下，产气量仅为水平井的1/7-1/4，效率和费用比很低，这种井型目前基本淘汰。

实用新型内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种煤层气“燕尾式”水平井。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种煤层气“燕尾式”水平井，包括垂直设置的定向井、水平设置的水平井和抽油杆；

所述定向井上端设有井口，所述内壁上开设有开窗口，所述开窗口靠近所述井口，所述开窗口下方的定向井侧壁上开设有侧钻点，所述水平井一端向上倾斜并通过侧钻点与所述定向井连通，所述定向井下端设有采气泵，所述抽油杆一端与所述采气泵连通，所述抽油杆另一端穿过所述井口与钻井设备连通，所述定向井与所述水平井内壁压裂之后具有渗透带。

优选地，所述采气泵与所述水平井着陆点之间的距离小于150米。

本实用新型提供的煤层气“燕尾式”水平井具有以下有益效果：

1、利用定向井排采，大大的提高了开采效率；

2、实现老井再利用，可以充分利用老井场内的已经开采的定向井，实现二次开发，提高了区块内井场的使用效率，节约成本，有助于区块的可持续性发展；

3、完善区块的井网布置，利用侧钻出的水平井对自然保护区、乡镇建筑等不适合布井的区域进行开发，对水平分支井和“U”型井不适合布井的地区进行补充，既不破坏原来的地面特征，同时满足经济开发的需要，还兼顾了工程实施的可行性；

4、井身结构优化，这种井型巧妙的将定向井和水平井结合起来，实现了一井多用：一、利用定向井的导眼作用，准确掌握目的层位的埋深，为水平井着陆做准备；二、在侧钻点之前是公用井段，和其他方法对比，节省了钻井段长，钻井周期短，后期排采方便，经济实用费用低。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的煤层气“燕尾式”水平井的结构示意图；

图2为对本实用新型实施例2使用传统的“U”型井进行布井的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

实施例1

本实用新型提供了一种煤层气“燕尾式”水平井，具体如图1所示，包括垂直设置的定向井1、水平设置的水平井2和抽油杆3。定向井1内壁上开设有井口4，开窗口5靠近井口4，井口4下方设有开窗口5，开窗口5下方的定向井1侧壁上开设有侧钻点6，水平井2一端向上倾斜并通过侧钻点6与定向井1连通，定向井1下端设有采气泵7，抽油杆3一端与采气泵7连通，抽油杆3另一端穿过井口4与钻井设备8连通，定向井1与水平井2内壁压裂之后具有渗透带。

为了以后能够顺利的开采煤层气，在施工过程中定向井1中下入的采气泵7与水平井2着陆点之间的距离小于150米，为了在压裂时两井互通。

定向井1在施工中使用定位装置和可回收式导斜器，利用定位装置和可回收式液压卡瓦式导斜器(后面简称导斜器)完成水平井2的施工，在后期的采气过程中可将可回收式导斜器回收。导斜器与定位装置连接，没有卡牙对套管的破坏。导斜器避免了套铣等复杂工艺，仅用打捞筒将导斜器回收即可。如果需要对侧钻水平井井眼进行后期作业，可以重新下入导斜器，固定在定位装置上，再进入侧钻井眼，重入的次数不受限制。

本实施例中，定位装置膨胀管，对套管内壁没有硬伤害。

本实施例提供的煤层气-“燕尾式”水平井的钻井过程分为5个步骤，排采定向井的施工、套管开窗侧钻、煤层气水平井眼的施工、导斜器回收、定向井与生产井两井互通，具体如下所述：

(1)排采定向井的施工

采气的定向井是先于水平井施工的，由于目前国内的普通定向井钻井技术水平已经相对很完善，施工工艺比较成熟，并且具有便于操作和易于实现的特点，定向井轨迹大多采用“直-增-稳”三段制剖面。为了提高机械钻速，缩短钻进工期，本实施例在施工过程中采用“PDC+单弯螺杆+MWD”四合一的钻进模式。可实现上直段防斜打直、造斜、增斜、稳斜的钻进，可高效实现井眼轨迹的的控制，定向井完成后进行完井作业及套管开窗作业准备。

(2)套管开窗侧钻的施工

套管开窗目前国内开窗方法是使用导斜器与套管段铣法，大多数导斜器是不可回收的，就达不到定向井作为排采井的作用。本实施例采用可回收式液压卡瓦式导斜器(裸眼封隔器/导斜器)进行侧钻，完成侧钻水平井后在回收导斜器。开窗过程为：井眼准备、泥浆准备、工具准备(导斜器、铣锥)、陀螺定位、导斜器座挂操作、开窗作业、试钻作业。试钻完成后调整泥浆性能，进行下一步水平井施工。

(3)煤层气水平井眼的施工

水平井眼造斜段采用“PDC+单弯螺杆+MWD”来监测井眼轨迹方位、井斜等参数，通过调节工具面来实现轨迹控制。施工过程中确保螺杆造斜率能够达到设计要求，顺利着陆为三开煤层段打下良好的基础；水平井眼煤层段采用“PDC+单弯螺杆+EM MWD”地质导向钻具组合钻进。在钻进过程中EM仪器测量的原始信号、钻井参数和三条伽玛曲线的实时数据从井下传送到地面接收器。在通过计算机配合处理，所有记录的实时数据被输入给随钻地质导向程序，通过该程序，这些实时数据记录与已钻模型对比分析，并不断修正对构造变化的认识，并通过对构造认识的不断修正，设计钻头将要走的轨迹路线，通过调整井斜来反复不断地修正该过程，保持井眼的绝大部分保持在煤层中运行至设计井身，后续进行完井作业及导斜器回收作业准备。

(4)导斜器回收

侧钻水平井(2)完成后，下入专用打捞工具回收导斜器和分割器，回收方法有两种一种是常规打捞母锥；另一种是勾型回收工具。如果回收失败，下入不同结果的磨鞋或铣鞋磨铣导斜器和分割器。

(5)排采井与生产井两井互通

①、排采井下入排采设备

目前煤层气井的排采生产概括来说是，使用油管抽水，利用套管产气，工作流程分为两部分：排液作业和采气管理。常规煤层气单井排液地面设备包括：游梁式抽油机(根据井身确定型号和电机功率)、电机、电力控制柜、井口气动机、值班板房；排气井井下设备包括：尾管、气锚、螺杆泵、27/8″油管，以上各部件按从下至上的顺序依次连接下井，最后连接油管并将管柱悬挂在井口大四通上，拧紧顶丝。依次下活塞、抽油杆组合、光杆等抽吸杆柱设备，安装井口，按泵挂深度提防冲距，将光杆通过方卡子悬挂在抽油机悬绳器上。煤层气排液的整套设备是在游梁式抽油机的往复运转下，通过抽油杆带动井底活塞在泵筒内来回抽吸，而其中的凡尔控制液体只能井筒上方运动。从油管抽出的水通过管线进蒸发池，由罐车拉走地层污水。

特别注意：采气泵7的位置与水平井2着陆点的间距必须控制在150米之内。

②、排采井(定向井)与生产井(侧钻水平井)，两井互通-水力压裂

水力压裂是煤层气增产的的首选方法，也是主要措施，美国90％以上的煤层气井是由水力压裂改造的，我国产气量在1000m3/d以上的煤层气井几乎是通过水力压裂改造而获得的。水力压裂主要是利用液体的传压作用，经地面设备将压裂液在大排量条件下注入井内，压开煤层裂缝，加入支撑剂，形成多条具有高导流能力的渗透带，沟通煤层裂隙。来达到两井之间的互通。最后排采井通过煤层排水-降压-解吸的过程，达到正常排气的目的。

实施例2

突出案例为晋城马必区块MBS26-4、9、5、8#，4口井实施重老井改造作业。如果使用传统的“U”型井布井方式，如图2所示，MBS26井组需要新增加4块井场，钻出水平井与老井眼实现连通。然而MBS26井组附近沟谷众多，地面破碎，四个井场的钻前准备耗资巨大；井场占地、工程道路少了耕地和地面植被，破坏生态环境；工程用水使当地本就缺乏的水资源更加严峻，造成工农关系的紧张。因此在MBS26井就使用了“燕尾式”水平井钻井方法，解决了上述的问题。

以上所述实施例仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种煤层气“燕尾式”水平井，其特征在于，包括垂直设置的定向井(1)、水平设置的水平井(2)和抽油杆(3)；

所述定向井(1)上端设有井口(4)，所述定向井(1)内壁上开设有开窗口(5)，所述开窗口(5)靠近所述井口(4)，所述开窗口(5)下方的定向井(1)侧壁上开设有侧钻点(6)，所述水平井(2)一端向上倾斜并通过侧钻点(6)与所述定向井(1)连通，所述定向井(1)下端设有采气泵(7)，所述抽油杆(3)一端与所述采气泵(7)连通，所述抽油杆(3)另一端穿过所述井口(4)与钻井设备(8)连通，所述定向井(1)与所述水平井(2)内壁压裂之后具有渗透带。

2.根据权利要求1所述的煤层气“燕尾式”水平井，其特征在于，所述采气泵(7)与所述水平井(2)着陆点之间的距离小于150米。