一种间歇式循环注液提高多分支对接井煤层气产量的方法与流程

1.本发明涉及一种间歇式循环注液提高多分支对接井煤层气产量的方法，尤其适用于中低煤阶煤层气多分支水平井主水平井眼筛管完井条件下，利用所注入的含甲烷菌液体对煤储层激励卸压、携带与分解裂隙渗流通道中煤粉并产生次生生物成因甲烷的作用，提高多分支对接井煤层气产量及煤层气资源采收率。


背景技术：

2.我国煤层气资源丰富，预测埋深2000m以浅煤层气地质资源量达36.8
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m3，与常规天然气资源量相当。煤层气规模化开发能够缓解我国常规油气能源短缺形势，降低煤矿瓦斯事故发生几率，减少煤矿生产中温室气体排放量，可产生显著的经济、环境、安全及社会效益。
3.由于区内煤储层渗透性普遍较差，因此单纯采用排水降压开发方式时储层压降漏斗扩展困难，导致煤层气生产井产气衰减快，煤层气单井及煤层气生产井组服务年限短。尽管当前所采用的多分支水平井开发模式可以在一定程度上提高煤层气井产气效果，但该开发模式下仍存在产气量衰减快、稳产时间短的问题。为了全面推进我国华北、西南、西北地区煤层气开面开发工作，就需要解决传统的煤层气开采方式下煤层气生产井组服务年限短，井组控制范围内煤层气资源采收率低的问题；同时考虑在煤层气开采过程中提高井控范围内煤层气资源供应，并以此提高煤层气开采的经济效益。


技术实现要素：

4.技术问题：本发明的目的是要克服传统排水降压开采方式下多分支对接井产气量衰减快，井控范围内煤层气资源采收率低，煤层气开发经济效益差的问题，提供一种间歇式循环注液提高多分支对接井煤层气产量的方法。
5.技术方案：为了实现上述目的，本发明的一种间歇式循环注液提高多分支对接井煤层气产量的方法，包括采用射流泵、动力液泵、动力液池、气水分离器、分解产气池、废液处理池、产甲烷菌培养池、产甲烷菌驯化池和循环液注入泵；采用间歇式注入方式，以稳定的注入速率将含驯化后耐高压产甲烷菌的液体从多分支水平井井口注入煤层，直井排出液在地面经过分解产气及产甲烷菌培养、驯化后重新注入多分支井中，实现液体循环注入与煤层气增产；具体步骤如下：
6.(a)在目的煤层的地面向下施工一口具三开井身结构的煤层气直井，直至目的煤层，直井三开井段裸眼完井后，在目的煤层井段扩孔，形成目的煤层扩孔段；
7.(b)在与煤层气直井相对另一边地面施工一口具三开井身结构的多分支水平井，多分支三开井段于目的煤层中钻进，直至三开主水平井眼与煤层气直井的三开扩孔段对接，钻进过程中利用套管悬挂器在三开主水平井眼中悬挂筛管完井，同时间隔钻进多个分支水平井眼，并对分支水平井眼裸眼完井；
8.(c)在煤层气直井安装井下及地面排采装置，从煤层气直井的井筒中下入依次相
连的同心双层油管、射流泵和绕丝筛管，地面通过动力液泵将动力液池中的动力液高压连续注入同心双层油管环空中，并以此驱动射流泵举升煤层气直井与多分支水平井井控范围内目的煤层中的流体，通过排水降压作用使煤层气解吸并渗流产出；
9.(d)随着煤层气直井排水采气工作进行，当煤层气直井经历稳定产气阶段，日产气量下降30％进入产气衰减阶段后，启动循环液注入泵，采用间歇式注入方式，以稳定的注入速率将产甲烷菌驯化池内含驯化后耐高压产甲烷菌的液体从多分支水平井井口注入目的煤层；
10.(e)向多分支水平井井口注入含驯化后耐高压产甲烷菌的液体同时，提高煤层气直井的排液强度，并保持煤层气直井井底流压稳定，使自多分支水平井井口注入的液体置换出多分支水平井和煤层气直井中原有的液体；
11.(f)在向多分支水平井井口注液的间隙，降低煤层气直井的排液强度，使煤层气直井井底流压在注液间隙内缓慢下降，并将射流泵采出的液体贮存于分解产气池，含煤粉的采出液经产甲烷菌分解产气后，部分通过输液管线进入动力液池，作为射流泵的动力液循环使用，部分进入废液处理池进行无害化处理，其余部分经输液管线进入产甲烷菌培养池；
12.(g)控制产甲烷菌培养池的温度为目的煤层温度，并在产甲烷菌培养池中按0.1kg培养基：1l含甲烷菌液的比例加入培养基进行产甲烷菌群培养，培养后含大量产甲烷菌的液体经输液管线进入产甲烷菌驯化池，产甲烷菌群培养过程中产生的气体汇入输气管线；
13.(h)控制产甲烷菌驯化池的温度为目的煤层温度，并采用阶梯式增压方式提高产甲烷菌驯化池内部压力与煤层气直井井底流压相同，使产甲烷菌驯化池中的微生物逐步适应目的煤层的温度与压力环境，以提高产甲烷菌对目的煤层中煤粉分解与产生次生生物成因甲烷的能力；
14.(i)利用循环液注入泵，将产甲烷菌驯化池中含有驯化后耐高压产甲烷菌的液体注入到多分支水平井中，实现液体的循环注入，以保持所注入液体中产甲烷菌的活性，使注入多分支水平井中的产甲烷菌具有较强的分解煤粉及产甲烷能力。
15.步骤(a)中，所述三开井身结构的煤层气直井一开、二开在目的煤层上覆地层中钻进过程中，分别下入直井表层套管、直井技术套管后固井，并在技术套管外部形成直井固井水泥环；在三开自目的煤层顶面以上2m位置开钻，钻至目的煤层底面之下80～100m完钻，形成直井三开落井口袋；三开完钻后，下入刀翼可张开的扩孔钻头，对目的煤层井段扩孔的直径不小于400mm。
16.步骤(b)中，所述三开井身结构的多分支水平井一开、二开在目的煤层上覆地层中钻进过程中，分别下入多分支水平井表层套管、多分支水平井技术套管固井，并在技术套管外部形成多分支水平井固井水泥环；三开主水平井眼在目的煤层中钻进的距离为600～800m，三开主水平井眼远端与煤层气直井三开扩孔段对接完成后，钻进6～10个长度为200-400m的分支水平井眼，分支水平井眼中裸眼完井；三开主水平井眼中悬挂筛管的外部直径不小于150mm；悬挂筛管螺旋式布孔，孔眼相位角45
°
，孔眼直径12mm，孔眼密度40孔/m。
17.步骤(c)中，所述的煤层气直井安装井下及地面排采装置后，在煤层气直井管套环空压力显现前采用定压排采的方式，排采过程中通过缓慢排水控制井底流压缓慢下降；煤层气直井见套压后，快速提升煤层气直井日产气量，并调整为定产排采的方式，以保证煤层气直井日产气量相对稳定。
18.步骤(d)中，所述的间歇式注入方式的注入过程包括注入期、间歇期，注入期与间歇期相互交替；注入期内，利用循环液注入泵以30～40l/min范围内稳定的注入速率向多分支水平井中注入含驯化后耐高压产甲烷菌的液体，单个注入期持续时间为1天，单个注入期内注入含驯化后耐高压产甲烷菌的液体总体积为40～60m3；间歇期内，停止注入工作，并关闭多分支水平井井口，单个间歇期持续时间为8天。
19.步骤(e)中，所述的提高煤层气直井排液强度的原则为保持注入期内煤层气直井井底流压稳定，在多分支水平井三开主水平井眼中形成自多分支水平井向煤层气直井方向稳定的液体流动过程。
20.步骤(f)中，所述的在向多分支水平井井口注液的间隙为向多分支水平井中注入含驯化后耐高压产甲烷菌的液体的间歇期，此时降低煤层气直井的排液强度的原则为保持煤层气直井井底流压以0.005-0.01mpa/d的流压日降幅缓慢下降；煤层气直井产出的气体通过输气管线进入气水分离器，经过分离后产出的液体通过输液管线进入分解产气池，分解产气池中产甲烷菌消耗煤粉产生的甲烷气体汇入输气管线。
21.步骤(h)中，所述的阶梯式增压方式提高产甲烷菌驯化池内部的压力起点为0.1mpa，并每隔1天使产甲烷菌驯化池中压力提高0.05mpa,直至产甲烷菌驯化池内部压力达到当时的煤层气直井井底流压；阶梯式增压的方式为在控制压力上限的条件下向密封的产甲烷菌驯化池中注入设定量的甲烷气体，当产甲烷菌驯化池中气体压力超过设定的微生物驯化压力时，多余的气体则通过泄压阀排出并汇入输气管线。
22.有益效果：由于采用上述技术方案，本发明克服了传统排水降压开采方式下多分支对接井煤层气产量衰减快、资源采收率低、经济效益差的问题。首先，利用所注入液体对多分支水平井主水平井眼、分支水平井眼周边目的煤层的间歇式激励卸压作用，显著促进井控范围内煤层气解吸与产出；其次，利用所注入液体对水平井主水平井眼、分支水平井眼周边目的煤层裂缝通道中煤粉的冲刷、携带作用，改善了目的煤层中裂缝的导流能力，促进了气液的渗流产出；再次，由于所注入流体中含有驯化后耐高压的产甲烷菌，利用产甲烷菌对细粒煤粉的分解作用，进一步疏通了气液流动通道；同时，产甲烷菌分解细粒煤粉的同时，还产生了大量次生生物成因甲烷气体，增加了井控范围内甲烷的供应，因此可显著提高多分支对接井煤层气产量。与现有技术相比的主要优点有：
①
利用所注入液体对煤储层激励卸压及对气液渗流通道中煤粉的携带作用，可显著促进井控范围内煤层气解吸与渗流产出；
②
利用产甲烷菌对储层裂缝中煤粉的分解作用，可长期保持储层中裂缝具有较高的导流能力；
③
利用产甲烷菌分解煤粉的产甲烷作用，可增加井控范围内次生生物成因甲烷的供应，提高煤层气井产量；
④
技术工艺简单，工程实施成本低，经济、环境与社会效益好。
附图说明
23.图1为本发明的间歇式循环注液提高多分支对接井煤层气产量的方法示意图。
24.图中：1-目的煤层；2-多分支水平井；3-煤层气直井；4-多分支水平井表层套管；5-多分支水平井技术套管；6-套管悬挂器；7-主水平井眼；8-分支水平井眼；9-主水平井眼筛管；10-直井表层套管；11-直井技术套管；12-同心双层油管；13-射流泵；14-绕丝筛管；15-多分支水平井固井水泥环；16-直井固井水泥环；17-直井完井洞穴；18-直井三开落井口袋；19-动力液泵；20-动力液池；21-气水分离器；22-分解产气池；23-废液处理池；24-产甲烷菌
培养池；25-产甲烷菌驯化池；26-循环液注入泵；27-输液管线；28-输气管线。
具体实施方式
25.下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
26.如图1所示，本发明的间歇式循环注液提高多分支对接井煤层气产量的方法，包括采用射流泵13、动力液泵19、动力液池20、气水分离器21、分解产气池22、废液处理池23、产甲烷菌培养池24、产甲烷菌驯化池25和循环液注入泵26；采用间歇式注入方式，以稳定的注入速率将含驯化后耐高压产甲烷菌的液体从多分支水平井井口注入煤层，直井排出液在地面经过分解产气及产甲烷菌培养、驯化后重新注入多分支井中，实现液体循环注入与煤层气增产；具体步骤如下：
27.(a)在目的煤层1地面向下施工一口具三开井身结构的煤层气直井3，直至目的煤层1，直井三开井段裸眼完井后，在目的煤层1井段扩孔，形成目的煤层扩孔段17；所述三开井身结构的煤层气直井3一开、二开在目的煤层1上覆地层中钻进过程中，分别下入直井表层套管10、直井技术套管11后固井，并在技术套管11外部形成直井固井水泥环16；在三开自目的煤层1顶面以上2m位置开钻，钻至目的煤层1底面之下80～100m完钻，形成直井三开落井口袋18；三开完钻后，下入刀翼可张开的扩孔钻头，对目的煤层1井段扩孔的直径不小于400mm。
28.(b)在与煤层气直井3相对另一边地面施工一口具三开井身结构的多分支水平井2，多分支三开井段于目的煤层1中钻进，直至三开主水平井眼7与煤层气直井3的三开扩孔段对接，钻进过程中利用套管悬挂器6在三开主水平井眼7中悬挂筛管9完井，同时钻进多个分支水平井眼8，分支水平井眼8裸眼完井；所述三开井身结构的多分支水平井2一开、二开在目的煤层1上覆地层中钻进过程中，分别下入多分支水平井表层套管4、多分支水平井技术套管5固井，并在技术套管外部形成多分支水平井固井水泥环15；三开主水平井眼7在目的煤层1中钻进的距离为600～800m，三开主水平井眼7远端与煤层气直井3三开扩孔段对接完成后，钻进6～10个长度为200-400m的分支水平井眼8，分支水平井眼8中裸眼完井；三开主水平井眼7中悬挂筛管9的外部直径不小于150mm；悬挂筛管9螺旋式布孔，孔眼相位角45
°
，孔眼直径12mm，孔眼密度40孔/m。
29.(c)在煤层气直井3安装井下及地面排采装置，从煤层气直井3的井筒中下入依次相连的同心双层油管12、射流泵13和绕丝筛管14，地面通过动力液泵19将动力液池20中的动力液高压连续注入同心双层油管12环空中，并以此驱动射流泵13举升煤层气直井3与多分支水平井2井控范围内目的煤层1中的流体，利用排水降压作用使煤层气解吸并渗流产出；所述煤层气直井3安装井下及地面排采装置后，在煤层气直井3管套环空压力显现前采用定压排采的方式，排采过程中通过缓慢排水控制井底流压缓慢下降；煤层气直井3见套压后，快速提升煤层气直井3日产气量，并调整为定产排采的方式，以保证煤层气直井3日产气量相对稳定。
30.(d)随着煤层气直井3排水采气工作进行，当煤层气直井3经历稳定产气阶段，日产气量下降30％进入产气衰减阶段后，利用循环液注入泵26，采用间歇式注入方式，以稳定的注入速率将产甲烷菌驯化池25内含驯化后耐高压产甲烷菌的液体从多分支水平井2井口注入目的煤层1；所述间歇式注入方式的注入过程包括注入期、间歇期，注入期与间歇期相互
交替；注入期内，利用循环液注入泵26以30～40l/min范围内稳定的注入速率向多分支水平井2中注入含驯化后耐高压产甲烷菌的液体，单个注入期持续时间为1天，单个注入期内注入含驯化后耐高压产甲烷菌的液体总体积为40～60m3；间歇期内，停止注入工作，并关闭多分支水平井2井口，单个间歇期持续时间为8天。
31.(e)当向多分支水平井2井口注入含驯化后耐高压产甲烷菌的液体时，同时提高煤层气直井3的排液强度，并保持煤层气直井3井底流压稳定，使自多分支水平井2井口注入的液体置换出多分支水平井2和煤层气直井3中原有的液体；所述提高煤层气直井3排液强度的原则为保持注入期内煤层气直井3井底流压稳定，在多分支水平井2三开主水平井眼7中形成自多分支水平井2向煤层气直井3方向稳定的液体流动过程。
32.(f)在向多分支水平井2井口注液的间隙，降低煤层气直井3的排液强度，使煤层气直井3井底流压在注液间隙内缓慢下降，并将具有煤层气井排水降压作用的射流泵13采出的液体贮存于分解产气池22，含煤粉的采出液经产甲烷菌分解产气后，部分通过输液管线27进入动力液池20，作为射流泵13的动力液循环使用，部分进入废液处理池23进行无害化处理，其余部分经输液管线27进入产甲烷菌培养池24；所述在向多分支水平井2井口注液的间隙为向多分支水平井2中注入含驯化后耐高压产甲烷菌的液体的间歇期，此时降低煤层气直井3的排液强度的原则为保持煤层气直井3井底流压以0.005-0.01mpa/d的流压日降幅缓慢下降；煤层气直井3产出的气体通过输气管线28进入气水分离器21，经过分离后产出的液体通过输液管线27进入分解产气池22，分解产气池22中产甲烷菌消耗煤粉产生的甲烷气体汇入输气管线28。
33.(g)控制产甲烷菌培养池24的温度为目的煤层1温度，并在产甲烷菌培养池24中按0.1kg培养基：1l含甲烷菌液的比例加入培养基进行产甲烷菌群培养，培养后含大量产甲烷菌的液体经输液管线进入产甲烷菌驯化池25，产甲烷菌群培养过程中产生的气体汇入输气管线28。
34.(h)控制产甲烷菌驯化池25的温度为目的煤层1温度，并采用阶梯式增压方式提高产甲烷菌驯化池25内部压力与煤层气直井3井底流压相同，使产甲烷菌驯化池25中的微生物逐步适应目的煤层1的温度与压力环境，以提高产甲烷菌对目的煤层1中煤粉分解与产生次生生物成因甲烷的能力；所述阶梯式增压方式提高产甲烷菌驯化池25内部的压力起点为0.1mpa，并每隔1天使产甲烷菌驯化池25中压力提高0.05mpa,直至产甲烷菌驯化池25内部压力达到当时的煤层气直井3井底流压；阶梯式增压的方式为在控制压力上限的条件下向密封的产甲烷菌驯化池25中注入设定量的甲烷气体，当产甲烷菌驯化池25中气体压力超过设定的微生物驯化压力时，多余的气体则通过泄压阀排出并汇入输气管线28。
35.(i)利用循环液注入泵26，将产甲烷菌驯化池25中含有驯化后耐高压产甲烷菌的液体注入到多分支水平井2中，实现液体的循环注入，以保持所注入液体中产甲烷菌的活性，使注入多分支水平井2中的产甲烷菌具有较强的分解煤粉及产甲烷能力。