煤层气鱼骨状水平井的施工方法及煤层气开采方法与流程

1.本公开涉及煤层气开采领域，特别涉及一种煤层气鱼骨状水平井的施工方法及煤层气开采方法。


背景技术：

2.煤层气(俗称瓦斯)是继石油、天然气之后的又一新型、清洁能源。多分支水平井已成为我国开采煤层气资源的重要手段，应用多分支水平井技术可大大增加煤层渗透面积，提高单井产气量和采收率。
3.常规的煤层气多分支水平井主要包括依次相连的直井段、造斜段和水平段。水平段具有一根主井眼，主井眼上连接有多个分支井眼，多个分支井眼分布在主井眼的两侧成叶脉方式排布。
4.相关技术中，这种煤层气多分支水平井的施工方法包括：顺序钻取水平井的直井段、造斜段和水平段，最后在水平井水平段下入具有渗透性的支护管，以增强所支护井眼的稳定性。然而上述方法仅能保证水平井水平段的主井眼的稳定性，而无法保证各个分支井眼的稳定性。一旦各分支井眼垮塌，会对煤层气产量产生巨大影响。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种煤层气鱼骨状水平井的施工方法及煤层气开采方法，保证了主井眼和各个分支井眼的稳定性。所述技术方案如下：
6.本公开实施例提供了一种煤层气鱼骨状水平井的施工方法，所述煤层气鱼骨状水平井包括依次相连的直井段、造斜段和水平段，所述水平段包括一根主井眼以及连接在所述主井眼上的多个分支井眼，所述施工方法包括：
7.使用钻具钻取依次相连的所述直井段和所述造斜段；
8.使用钻具钻取所述水平段；
9.在钻取所述水平段的过程中，将具有渗透性的主护管下入钻取好的所述水平段的主井眼中，将具有渗透性的多个支护管分别下入钻取好的所述水平段的所述多个分支井眼中。
10.可选地，所述使用钻具钻取所述水平段，包括：
11.根据所述多个分支井眼的位置，将所述主井眼分成多段；
12.使用钻具分别钻取多段所述主井眼和所述多个分支井眼；
13.所述在钻取所述水平段的过程中，将具有渗透性的主护管下入钻取好的所述水平段的主井眼中，将具有渗透性的多个支护管分别下入钻取好的所述水平段的所述多个分支井眼中，包括：
14.在每钻好一个所述分支井眼后，在对应的所述分支井眼中下入一个所述支护管，在将多段所述主井眼均钻取好后，在所述主井眼中下入所述主护管。
15.可选地，所述在每钻好一个所述分支井眼后，在对应的所述分支井眼中下入一个
所述支护管，包括：
16.每钻完一个所述分支井眼，下入光钻杆组合至所述分支井眼中；
17.将所述支护管注入光钻杆中预定长度后剪断；
18.通过钻杆将所述支护管泵送至所述分支井眼中锚定，使所述支护管末端与所述主井眼的造斜点处预留设定距离。
19.可选地，所述设定距离为30～50cm。
20.可选地，所述水平段包括n段所述主井眼和n-1个所述分支井眼，n为大于0的正整数，相邻两段所述主井眼之间由一个所述分支井眼隔开；
21.所述使用钻具分别钻取多段所述主井眼和所述多个分支井眼，包括：
22.从第1段所述主井眼开始，重复以下步骤，直至钻取完n段所述主井眼和n-1个所述分支井眼后取出钻具：
23.每钻取完第m段所述主井眼后，钻取第p个所述分支井眼；
24.退回至第m段所述主井眼的终端，按照所述主井眼的延伸方向继续钻取第m 1段所述主井眼；
25.其中，第p个所述分支井眼位于第m段所述主井眼的终端，m和p均为大于0的正整数，且m≤n，p≤n-1，第m段所述主井眼的终端为远离所述造斜段的一端，第1段所述主井眼为与所述造斜段相连的一段所述主井眼。
26.可选地，在钻取完所述水平段并下完所述主护管和所述支护管后，所述施工方法还包括：
27.采用水力喷射的方法对所述多个分支井眼的侧钻点处进行处理。
28.可选地，所述采用水力喷射的方法对所述多个分支井眼的侧钻点处进行处理，包括：
29.利用压裂设备下入水力喷射工具至所述主井眼中；
30.从第n-1个所述分支井眼开始，重复以下步骤，直至对n-1个所述分支井眼的侧钻点处均进行水力喷射后，取出所述水力喷射工具：
31.将所述水力喷射工具移动至第p个分支井眼；
32.对第p个所述分支井眼的侧钻点处进行水力喷砂，在第p个所述分支井眼的侧钻点处形成一洞穴通道；
33.退回至第m-1段所述主井眼的终端，采用所述水力喷射工具对第p-1个所述分支井眼的侧钻点处进行水力喷砂，在第p-1个所述分支井眼的侧钻点处形成一洞穴通道；
34.其中，第n-1个所述分支井眼为n-1个所述分支井眼中距离所述造斜段最远的一个所述分支井眼。
35.可选地，所述支护管为聚乙烯塑料筛管。
36.可选地，所述主井眼的长度为800～1500m，相邻两个所述分支井眼之间的间隔为100～200m，每个所述分支井眼的长度为200～300m。
37.第二方面，提供了一种煤层气鱼骨状水平井的煤层气开采方法，所述煤层气开采方法包括：
38.在煤层气鱼骨状水平井中下无杆泵排采，所述煤层气鱼骨状水平井采用如第一方面所述的施工方法施工得到。
39.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
40.通过使用钻具钻取依次相连的直井段和造斜段，然后再钻取水平段，并在钻取水平段时，将具有渗透性的主护管下入钻取好的水平段的主井眼中，主护管又能保证水平井水平段的主井眼的稳定性。同时，将具有渗透性的多个支护管分别下入钻取好的水平段的多个分支井眼中。多个支护管可以增强多个分支井眼的稳定性，有效预防了分支井眼垮塌堵塞带来的不利影响，有利于煤层气水平井高效安全开发。
附图说明
41.为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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。
42.图1是本公开实施例提供的一种煤层气鱼骨状水平井的结构示意图；
43.图2是本公开实施例提供的一种煤层气鱼骨状水平井的施工方法流程图；
44.图3是本公开实施例提供的另一种煤层气鱼骨状水平井的施工方法流程图。
具体实施方式
45.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
46.为了更好的理解本公开，以下简单说明下煤层气鱼骨状水平井的具体结构：
47.图1是本公开实施例提供的一种煤层气鱼骨状水平井的结构示意图，如图1所示，该煤层气鱼骨状水平井包括依次相连的直井段1、造斜段2和水平段3，水平段3包括一根主井眼31以及连接在主井眼31上的多个分支井眼。
48.其中，水平段3包括6个分支井眼，6个分支井眼分别为第1个分支井眼321、第2个分支井眼322、第3个分支井眼323、第4个分支井眼324、第5个分支井眼325和第6个分支井眼326。
49.通过设置多个分支井眼，可以增加储层地泄露面积，进而增加煤层气的产量。
50.需要说明的是，如图1所示，本公开实施例提供的煤层气鱼骨状水平井的主井眼轨迹沿上倾煤层的上倾方向布置，其中上倾方向为走向逐渐靠近地面的方向。一方面，主井眼轨迹沿上倾方向布置时，排采井洞穴位于低处，有利于水、灰进入排采井洞穴。另一方面，当主井眼轨迹沿上倾方向布置时，分支井眼的与水平面的夹角也会增大，可以便于对分支井眼进行侧钻。
51.可选地，相邻两个分支井眼之间的间隔为100～200m，每个分支井眼的长度为200-300m，以保证各分支井眼可以起到增加储层地泄露面积，进而增加煤层气的产量的作用。
52.在本实施例中，主井眼31的长度为800-1500m，以便于后续进行煤层气开采。
53.需要说明的是，主井眼31的长度、各个分支井眼的长度以及相邻两个分支井眼32之间的间隔还可以根据实际需要进行设置，本公开对此不作限制。
54.图2是本公开实施例提供的一种煤层气鱼骨状水平井的施工方法流程图，如图2所示，该施工方法包括：
55.步骤201、使用钻具钻取依次相连的直井段和造斜段。
56.步骤202、使用钻具钻取水平段。
57.如图1所示，水平段3包括一根主井眼31以及连接在主井眼31上的6个分支井眼。
58.在本实施例中，各分支井眼呈鱼骨状对称布置在主井眼31上，左右均等。
59.步骤203、在钻取水平段的过程中，将具有渗透性的主护管下入钻取好的水平段的主井眼中，将具有渗透性的多个支护管分别下入钻取好的水平段的多个分支井眼中。
60.如图1所示，主井眼31中下入有主护管41，各个分支井眼中下入有支护管42(图中仅示出了一个)。
61.本公开实施例通过使用钻具钻取依次相连的直井段和造斜段，然后再钻取水平段，并在钻取水平段时，将具有渗透性的主护管下入钻取好的水平段的主井眼中，主护管又能保证水平井水平段的主井眼的稳定性。同时，将具有渗透性的多个支护管分别下入钻取好的水平段的多个分支井眼中。多个支护管可以增强多个分支井眼的稳定性，有效预防了分支井眼垮塌堵塞带来的不利影响，有利于煤层气水平井高效安全开发。
62.图3是本公开实施例提供的另一种煤层气鱼骨状水平井的施工方法流程图，如图3所示，该施工方法包括：
63.步骤301、使用钻具钻取依次相连的直井段和造斜段。
64.在本实施例中，如图1所示，直井段1沿竖直方向设置，造斜段2为弯曲结构。
65.步骤302、使用钻具钻取水平段。
66.示例性地，步骤302可以包括：
67.第一步，根据多个分支井眼的位置，将主井眼分成多段。
68.可选地，水平段包括n段主井眼和n-1个分支井眼，n为大于0的正整数。相邻两段主井眼之间由一个分支井眼隔开。第p个分支井眼位于第m段主井眼的终端，m和p均为大于0的正整数，且m≤n，p≤n-1，第m段主井眼的终端为远离造斜段的一端。n段主井眼依次连通构成一条主井眼31。
69.示例性地，如图1所示，水平段包括7段主井眼和6个分支井眼。其中，7段主井眼31分别为依次相连的第1段主井眼311、第2段主井眼312、第3段主井眼313、第4段主井眼314、第5段主井眼315、第6段主井眼316和第7段主井眼317。
70.其中，第1段主井眼311为与造斜段2相连的一段主井眼，第7段主井眼317为距离造斜段2最远的一段主井眼。第1个分支井眼321位于第1段主井眼311的终端，第7段主井眼的终端没有分支井眼。
71.第二步，使用钻具分别钻取多段主井眼和多个分支井眼。
72.示例性地，从第1段主井眼开始，重复以下步骤，直至钻取完n段主井眼和n-1个分支井眼后取出钻具：
73.每钻取完第m段主井眼后，钻取第p个分支井眼；
74.退回至第m段主井眼的终端，按照主井眼的延伸方向继续钻取第m 1段主井眼。
75.示例性地，如图1所示，在本实施例中，可以先钻取第1段主井眼311，然后钻取第1个分支井眼321，然后按照再依次钻取第2段主井眼312、第2个分支井眼322、第3段主井眼313、第3个分支井眼323、第4段主井眼314、第4个分支井眼324、第5段主井眼315、第5个分支井眼325、第6段主井眼316、第6个分支井眼326、第7段主井眼317。
76.通过采用上述前进式钻取方式，可以保证从第1段主井眼到第n段主井眼的通道畅通，从而有利于后续将主护管下入到主井眼过程中。
77.需要说明的是，在本实施例中，各分支井眼均采用悬空侧钻的方式进行钻取。完成全部主井眼和分支井眼的钻取后，最终所形成的水平段基本为一条直线，有利于最终主护管的下入。
78.其中，悬空侧钻是指在不注灰不填井的情况下直接进行的侧钻施工作业。
79.步骤303、在钻取水平段的过程中，将具有渗透性的主护管下入钻取好的水平段的主井眼中，将具有渗透性的多个支护管分别下入钻取好的水平段的多个分支井眼中。
80.在本实施例中，具有渗透性的主护管和支护管可以采用本身具有渗透功能的材料所制备的管材，也可以是通过在管材上制作孔洞使其具有渗透性。则在采用本公开多分支水平井系统开采煤层气时，即使部分小颗粒的地层物质流入到主护管中，经过堆积后堵塞主护管，也可以简单的通过向主护管中下入冲洗管，施加具有一定压力的水流对主护管中的堆积物进行冲洗进而疏通主护管。
81.示例性地，步骤303可以包括：
82.在每钻好一个分支井眼后，在对应的分支井眼中下入一个支护管，在将多段主井眼均钻取好后，在主井眼中下入主护管。
83.示例性地，每钻完一个分支井眼，下入光钻杆组合至分支井眼中；
84.将支护管注入光钻杆中预定长度后剪断；
85.通过钻杆将支护管泵送至分支井眼中锚定，使支护管末端与主井眼的造斜点处预留设定距离。
86.其中，设定距离可以为30～50cm。通过预留一定的设定距离，可以防止支护管影响后期钻进及下入主护管。
87.可选地，支护管为聚乙烯塑料筛管，即pe筛管，则通过钻杆将pe筛管泵送至分支井眼中锚定地过程可以包括：
88.在本实施例中，可以每钻完一个分支井眼，下入光钻杆组合至分支井眼的底部(即分支井眼的远离主井眼的一端)，预留2m口袋(所谓“口袋”是指钻井作业时，为了下套管、测井等到后续工程的需要，在已经钻空最下部目的层之后，继续加打的井段)，以便于后续pe筛管从钻杆中取出。
89.在水平井井口安装pe筛管注入装置，将装有pe筛管的滚筒放置在地面，在pe筛管前端安装筛管引导和锚定装置，然后将pe筛管连接到筛管注入装置。开动pe筛管注入装置，缓慢的将pe筛管注入到钻杆中。随着pe筛管的不断注入，逐渐增大pe筛管注入装置的注入力，来实现预设长度筛管的注入。在预设长度的筛管注入完成后，将筛管在工程水平井井口割断，移除pe筛管注入装置，并将钻杆连接上方钻杆，开钻井液泵进行钻井液循环，将pe筛管注入至最后一根钻杆末端，保证引导和锚定装置冲出钻杆；然后逐渐起出钻杆，通过引导和锚定装置将pe筛管固定在煤层中。
90.在每次钻取完一个分支井眼后，均重复上述步骤，直至在多个分支井眼中均下入支护管。
91.可选地，主护管可以为大通径的钢管筛管，具有一定的强度。主护管的管壁上具有多组通孔。例如，主护管为8-16孔/根的聚乙烯塑料管，孔眼设计为18mm
×
25mm长圆型，可以
在有效保证过流通道流通的同时，降低对筛管强度影响。
92.示例性地，在将多段主井眼均钻取好后，在主井眼中下入主护管，可以包括：
93.下入带钻头的组合光钻杆进行主井眼通井；
94.在水平井的井口设置加压装置，通过加压装置将支护管下入主井眼中，井底留2-3m口袋，然后将带钻头的组合光钻杆取出。
95.可选地，该施工方法还可以包括：
96.在每次钻完一各分支井眼后，向水平井中通入钻井液将井底的岩屑通过钻井液循环带出来，循环两次，然后继续进行下一步钻取。
97.在钻取完多段主井眼和多个分支井眼后，向水平井中通入钻井液将井底的岩屑通过钻井液循环带出来，循环两次。
98.步骤304、采用水力喷射的方法对多个分支井眼的侧钻点处进行处理。
99.示例性地，步骤304可以包括：
100.第一步，利用压裂设备下入水力喷射工具至主井眼中。
101.第二步，从第n-1个分支井眼开始，重复以下步骤，直至对n-1个分支井眼的侧钻点处均进行水力喷射后，取出水力喷射工具：
102.将水力喷射工具移动至第p个分支井眼；
103.对第p个分支井眼的侧钻点处进行水力喷砂，在第p个分支井眼的侧钻点处形成一洞穴通道。
104.退回至第m-1段主井眼的终端，采用水力喷射工具对第p-1个分支井眼的侧钻点处进行水力喷砂，在第p-1个分支井眼的侧钻点处形成一洞穴通道。
105.其中，第n-1个分支井眼为n-1个分支井眼中距离造斜段最远的一个分支井眼。
106.需要说明的是，由于在对各个分支井眼的侧钻点处进行水力喷射时，会破坏各个侧钻点处的夹壁墙，产生煤屑。因此，可以在每次对各个分支井眼的侧钻点处进行水力喷射后，向水平井中通入钻井液将煤屑通过钻井液循环带出，以保证产气通道的畅通。
107.通过采用水力喷射的方法预先对主井眼和各个分支井眼的侧钻点处进行处理，将煤粉循环吹出井中，从而可以保障煤层产气通道的畅通。
108.示例性地，如图1所示，在本实施例中，可以先对第6个分支井眼326的侧钻点处b6进行水力喷射，然后按照再依次对第5个分支井眼325的侧钻点处b5、第4个分支井眼324的侧钻点处b4、第3个分支井眼323的侧钻点处b3、第2个分支井眼322的侧钻点处b2、第1个分支井眼321的侧钻点处b1进行水力喷射。
109.通过采用上述后退式喷射方式，可以降低喷射产生的岩屑和喷射砂子埋管串的风险，同时还可以减少起下管柱的工作量。
110.示例性地，每段水力喷射施工参数为总液量为100-150m3，砂量为2-5m3，油管排量为2m3/min，以保证对各个分支井眼的侧钻点的夹壁墙处的有效喷射，从而形成洞穴通道。现场可根据翻出的煤屑判断喷射效果，完成喷射后，将井筒内循环干净。
111.本公开实施例通过使用钻具钻取依次相连的直井段和造斜段，然后再钻取水平段，并在钻取水平段时，将具有渗透性的主护管下入钻取好的水平段的主井眼中，主护管又能保证水平井水平段的主井眼的稳定性。同时，将具有渗透性的多个支护管分别下入钻取好的水平段的多个分支井眼中。多个支护管可以增强多个分支井眼的稳定性，有效预防了
分支井眼垮塌堵塞带来的不利影响，有利于煤层气水平井高效安全开发。且通过采用水力喷射的方法预先对主井眼和各个分支井眼的侧钻点处进行处理，从而可以保障煤层产气通道的畅通。
112.本公开实施例还提供一种煤层气鱼骨状水平井的煤层气开采方法，该煤层气开采方法包括：
113.在煤层气鱼骨状水平井中下无杆泵排采，煤层气鱼骨状水平井采用如上述实施例所述的施工方法施工得到。
114.其中，无杆泵排采即利用无杆泵将井筒内的水举升到地面，逐步降低井底流压。随着井底流压降低，逐渐形成压降漏斗并逐步向外扩展，进而逐步降低煤层的储层压力，迫使吸附在煤基质孔隙内表面的煤层气被解吸，然后通过基质孔隙的非达西渗流和扩散到天然裂隙，煤层气再从裂隙中渗流到井筒，从而被采出。
115.通过在煤层气鱼骨状水平井中下无杆泵排采，可以有效实现排水降压，最大程度释放产能。
116.以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。