專利名稱：氣水混合液噴射鉆井梅花形徑向水平井煤層氣開采方法
氣水混合液噴射鉆井梅花形徑向水平井煤層氣開采方法本發(fā)明涉及一種煤層氣開采領(lǐng)域煤層氣開采方法，具體涉及一種用帶有高壓流體噴射槍的連續(xù)油管在垂直井?dāng)U孔后的煤層井段，通過徑向定向和導(dǎo)向工具，采用高壓氣水混合液沿不同的方位角、在煤層中徑向方向噴射鉆進(jìn)出一組或上下分布多組(多煤層)、 具一定直徑大小和長(zhǎng)度的徑向水平孔，并在這些徑向孔中下入帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC篩管，形成有支撐和導(dǎo)流功能的梅花形徑向水平井，一組或多組(多煤層)梅花形徑向水平井以及由這些徑向水平井組構(gòu)成的井網(wǎng)的煤層氣開采方法。
背景技術(shù)：
在煤層氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，通常采用鉆探垂直壓裂井、洞穴井以及多種樣式的水平井如“U”型井、“V”型井和不同形式的多分枝井，通過排水降低煤層儲(chǔ)層壓力使煤層中的甲烷氣解吸而產(chǎn)出(排水采氣)來實(shí)現(xiàn)煤層氣的開采。目前，煤層氣開采井主要有垂直井和水平井井組以及少數(shù)采用水力噴射徑向孔的試驗(yàn)性井。垂直井是通過鉆井工藝垂直穿透煤層，完井后通過擴(kuò)孔和造穴以及水力壓裂等強(qiáng)化改造手段來實(shí)現(xiàn)煤層氣的商業(yè)性開采。垂直井的優(yōu)點(diǎn)是鉆井工藝簡(jiǎn)單、強(qiáng)化工藝方法成熟、工程造價(jià)較為低廉。其缺點(diǎn)是單井控制煤層排采區(qū)域小，氣產(chǎn)量較低，尤其是強(qiáng)化壓裂造成排水采氣過程中有大量的煤粉產(chǎn)出，導(dǎo)致煤層中裂縫導(dǎo)流通道堵塞，產(chǎn)氣量下降。水平井是通過水平井鉆井工藝實(shí)現(xiàn)裸眼井段在煤層中長(zhǎng)距離鉆進(jìn)穿越來實(shí)現(xiàn)增加每?jī)?chǔ)層的排泄區(qū)域，多分支水平井是在水平主井的單翼或兩翼，鉆進(jìn)多個(gè)沿煤層長(zhǎng)距離穿越的分支井來增加氣水排泄區(qū)域，進(jìn)而最大化地實(shí)現(xiàn)區(qū)域排采進(jìn)行煤層氣的商業(yè)開采。然而，水平井鉆井期間易污染煤層、生產(chǎn)期間煤層垮塌易堵塞井眼，且具有施工難度大，費(fèi)用高，完井周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。水力噴射徑向井是在一口套管完井的垂直井中通過先下入帶有徑向?qū)蜓b置的工作管柱(通常是直徑73mm的油管)，再通過連續(xù)油管(直徑25. 4mm)下入帶有水力馬達(dá)和可徑向鉆穿鋼質(zhì)套管的鉆頭，在套管上鉆一個(gè)直徑約為25mm的工作孔，完成后鉆穿工作孔后，再下入帶有水力噴射槍的連續(xù)油管穿過套管上的工作孔，在煤層中用高壓水力噴射一直徑約為50mm，長(zhǎng)度約為IOOm的水平孔，并用這種方法在煤層中噴射出一組不同方位的徑向孔。該方法起先應(yīng)用到油田邊緣井、老井改造，以提高油井產(chǎn)量。其優(yōu)點(diǎn)是增大了垂直井采油區(qū)域，增加單井產(chǎn)量，提高采收率。后來該方法被引用到改造煤層氣垂直井，以增加單井的排泄面積，理論上有利于煤層氣產(chǎn)量的增加。但在實(shí)際作業(yè)井中，多數(shù)井增產(chǎn)效果不明顯或沒有效果。造成這一結(jié)果的原因是由徑向水平孔被噴射鉆進(jìn)過程中所產(chǎn)生的煤粉嚴(yán)重堵塞所導(dǎo)致，其堵塞機(jī)理是由于套管上通過連續(xù)油管的作業(yè)工作孔的流動(dòng)空間狹小(直徑約25. 5mm的連續(xù)油管穿過，導(dǎo)致該作業(yè)工作孔流動(dòng)空間狹小)，高壓噴射鉆進(jìn)時(shí)，徑向孔內(nèi)的固液兩相混合流體不能從作業(yè)工作孔縫隙中順利流出，這就在徑向孔內(nèi)形成了一定程度的“超壓”(高于煤儲(chǔ)層壓力)，在這一 “超壓”的作用下，噴射鉆進(jìn)時(shí)混有大量微細(xì)煤粉的混合液，浸入到徑向孔周圍煤層中的微細(xì)裂縫和割理，這就在徑向孔周圍形成一煤粉侵入堵塞(污染)帶，這一污染帶不但阻止煤層中的地層水向徑向水平孔流動(dòng)，導(dǎo)致遠(yuǎn)離徑向孔的煤層不能降壓解吸出氣，而且也阻礙滯流解析氣體流到徑向水平孔內(nèi)，這就造成了作業(yè)后的煤層氣井氣水產(chǎn)量沒有明顯的增產(chǎn)效果，該徑向水平孔的另一缺點(diǎn)是孔徑太小，尤其是在易垮塌的構(gòu)造煤和低階煤的煤層中作業(yè)，容易造成徑向水平孔垮塌堵塞失效；其另一缺點(diǎn)是施工連續(xù)油管內(nèi)徑小，導(dǎo)致施工壓力過高，安全性差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服垂直壓裂造成排水采氣(排采)過程中有大量的煤粉產(chǎn)出，導(dǎo)致煤層中導(dǎo)流通道的裂縫堵塞，為了克服水平井、鉆井期間易污染煤層、排采期間煤層垮塌易堵塞井眼和施工難度大，費(fèi)用高，完井周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，也為了克服徑向水平孔在噴射鉆進(jìn)時(shí)被鉆進(jìn)過程所產(chǎn)生的煤粉嚴(yán)重堵塞其井壁周圍煤層和孔徑太小，尤其是在構(gòu)造煤和低階煤的軟煤層中非常容易垮塌造成徑向孔失效以及施工控制復(fù)雜和工作壓力過高等缺點(diǎn)，為了更有效提高煤層氣井商業(yè)開發(fā)效益，本發(fā)明提供了一種用油管(直徑89mm)作為工作管柱，在垂直井?dāng)U孔后的煤層井段，下入徑向?qū)蚬ぞ哌M(jìn)行導(dǎo)向，用帶有高壓噴射槍的連續(xù)油管，以高壓氣水混合液作為工作介質(zhì)(能實(shí)現(xiàn)欠平衡狀態(tài))，在煤層中鉆進(jìn)形成一組梅花形徑向水平孔，并下入帶有導(dǎo)流孔起導(dǎo)流和支撐作用的高強(qiáng)度PVC篩管，防止井眼垮塌堵塞徑向水平孔。高壓氣水混合液噴射鉆進(jìn)，既能實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆井、減少對(duì)煤層的污染，也能強(qiáng)化改造徑向水平井周圍煤層。用一組或多組(多煤層井)梅花形徑向水平孔構(gòu)成的徑向水平井和由這些徑向水平井組構(gòu)成的井網(wǎng)開發(fā)煤層氣，增加了煤層的排泄面積，有利于形成區(qū)域聯(lián)合降壓采氣，能提高煤層氣井的產(chǎn)量和采收率，實(shí)現(xiàn)煤層氣井長(zhǎng)期有效開采生產(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述之目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案鉆井完成后下入直徑178mm套管，其中煤層段下入直徑178mm玻璃鋼套管，固井完成后下擴(kuò)孔器在煤層段分兩級(jí)擴(kuò)孔到井眼直徑為IOOOmm的洞穴，然后用直徑89mm的油管作為工作管柱下入直徑114mm的井下徑向?qū)蚬ぞ?，通過井口旋轉(zhuǎn)油管工作管柱，定向井下導(dǎo)向工具的徑向方位，然后用直徑 63mm的連續(xù)油管下入直徑63mm高壓噴射槍并穿過徑向定向工具接觸煤層，在25_40MPa的壓力下，通過地面氣液兩相管匯，以一定排量(2. 0-2. 5m2)向連續(xù)油管注入一定比例(由欠平衡程度決定)的氣(可用液氮或壓縮空氣)水混合液，當(dāng)高壓氣水混合液通過噴射槍噴出后，這種混合噴射液具有巨大的沖擊切割力，在這一具有強(qiáng)大沖擊切割力流體的作用下，煤層會(huì)被快速破碎、切割和沖蝕成煤屑和煤粉。同時(shí)，這些煤屑和煤粉會(huì)被氣水混合液攜帶井底并隨氣水混合流體迅速返排出地面并被地面三相(氣、液和固相)分離系統(tǒng)分離出去。由于混合液中氣體的存在，當(dāng)氣泡從噴射槍連續(xù)噴出后迅速膨脹形成連續(xù)的沖擊波會(huì)對(duì)孔壁周圍的煤層具有強(qiáng)化改造作用。再者，一定含量的氣泡在井筒中上行時(shí)逐漸膨脹 (壓力減小)，驅(qū)替出一部分液體，這使得井筒液柱在井底所產(chǎn)生的壓力大大低于煤儲(chǔ)層的壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)欠平衡噴射鉆進(jìn)。由于高壓氣泡強(qiáng)化作用和欠平衡條件下進(jìn)行噴射鉆進(jìn)煤層，這就極大地減小、甚至消除流體噴射鉆進(jìn)時(shí)對(duì)井眼周圍煤層所造成的污染，并將極大地改善井眼附近煤層的導(dǎo)流特性。隨著逐漸下入連續(xù)油管，其端部所連接的噴射槍就會(huì)逐漸向前噴射鉆進(jìn)，進(jìn)而就會(huì)在煤層中噴射出一定直徑大小(由噴嘴直徑大小和內(nèi)倒角等因素決定)和一定長(zhǎng)度(由采收速度決定)的徑向水平孔。徑向孔完成后經(jīng)過充分清洗，用連續(xù)油管下入帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC篩管(直徑為50mm)起導(dǎo)流何支撐作用，防止井眼垮塌堵塞徑向水平孔。重新定位徑向定向工具，重復(fù)噴射鉆進(jìn)作業(yè)，就能噴射出另一徑向水平孔，直到一組按一定方位角分布具一定長(zhǎng)度的徑向水平孔得以完成。用同樣的方法可以在多煤層的垂直井中實(shí)現(xiàn)多組徑向水平孔完井。用若干個(gè)一組或多組徑向水平孔組成的徑向水平井形成的井組，可構(gòu)成煤層氣開采井網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域聯(lián)合降壓提高煤層氣的差收率。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述煤層井段兩級(jí)擴(kuò)孔是用機(jī)械或液壓擴(kuò)孔器先在煤層井段擴(kuò)一較小直徑井眼，然后再下入較大直徑的擴(kuò)孔器對(duì)煤層進(jìn)行二級(jí)擴(kuò)孔，使煤層段井眼擴(kuò)孔到直徑為IOOOmm左右的洞穴。其作用一是消除鉆井、固井施工對(duì)煤層的污染，二是消除套管壁對(duì)噴射鉆進(jìn)過程中混合流體的滯流阻礙而在徑向孔內(nèi)形成一定程度的“超壓”，減少噴射鉆進(jìn)時(shí)所產(chǎn)生煤粉侵，進(jìn)而堵塞徑向孔周圍的煤層，三是提供一徑向定向工具活動(dòng)空間，使徑向?qū)虻靡詫?shí)現(xiàn)。所述井下徑向?qū)蚬ぞ呤怯蛇B接頭和帶有復(fù)位彈簧和活動(dòng)密封接頭的一組具有 0. 5m曲率半徑弧度的管狀(內(nèi)徑73mm)組件，井下能復(fù)位成長(zhǎng)度為半徑0. 5m管狀圓環(huán)的 1/4弧長(zhǎng)，端部連接有可密封直徑63mm連續(xù)油管的自密封膠筒。其作用一是通過地面旋轉(zhuǎn)油管工作管柱，對(duì)要開始噴射鉆進(jìn)的徑向水平孔確定方位，二是對(duì)連續(xù)油管進(jìn)行徑向?qū)颍?使徑向噴射鉆井得以實(shí)現(xiàn)，三是對(duì)通過它的連續(xù)油管起密封作用，防止煤粉進(jìn)入定向?qū)蚬ぞ吆凸ぷ饔凸芘c連續(xù)油管形成的環(huán)空，造成連續(xù)油管卡死在工作油管內(nèi)。所述高壓氣水混合液噴射鉆進(jìn)是由地面泵車組和液氮泵車組(若用空氣作為氣體介質(zhì)，需用空壓機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮、增壓)把清水(添加一定量的粘土防膨劑和起泡劑) 和加注一定比例(由欠平衡程度決定)的液氮形成的高壓(一般壓力為25-40MPa)混合液，通過地面氣液兩相管匯，持續(xù)注入用于噴射鉆進(jìn)的連續(xù)油管，當(dāng)高壓氣水混合液通過噴射槍噴出后，這種混合噴射液具有巨大的沖擊力和切割力，在這一具有強(qiáng)大沖擊力和切割力流體的作用下，煤層會(huì)被快速破碎、切割和沖蝕成煤屑和煤粉。同時(shí)，這些煤屑和煤粉又被氣水混合流體攜帶至井底，并隨氣水混合流體迅速返排出地面并被地面三相(氣、液和固相)分離系統(tǒng)分離出去。由于混合液中氣體的存在，當(dāng)氣泡從噴射槍噴出后迅速膨脹而形成連續(xù)的沖擊波會(huì)對(duì)孔壁周圍的煤層具有強(qiáng)化改造作用的功能。再者，一定含量的氣泡在井筒中上行時(shí)逐漸膨脹(壓力減小)，驅(qū)替出一部分液體，這使得井筒液柱在井底所產(chǎn)生的壓力大大低于煤儲(chǔ)層的壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)欠平衡噴射鉆進(jìn)。由于高壓氣泡強(qiáng)化作用和欠平衡條件下進(jìn)行噴射鉆進(jìn)煤層，這就極大地減小、甚至消除流體噴射鉆進(jìn)時(shí)對(duì)井眼周圍煤層所造成的污染，并極大地改善井眼附近煤層的導(dǎo)流特性。隨著逐漸下入連續(xù)油管，其端部所連接的噴射槍就會(huì)逐漸向前噴射鉆進(jìn)，進(jìn)而在煤層中噴射出一定直徑大小(由噴嘴直徑大小和內(nèi)倒角等因素決定)和一定長(zhǎng)度(煤層特性和開采速度決定)的徑向水平孔。所述下入帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC(直徑50mm)篩管是用連續(xù)油管通過井下徑向?qū)蚬ぞ甙褞в袑?dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC (直徑50mm)篩管下入到已完成的徑向水平孔內(nèi)，主要起導(dǎo)流支撐作用，防止井眼垮塌堵塞徑向水平孔。所述一組徑向水平孔是在煤層中按一定方位，相鄰徑向孔夾角為72°或60°均勻分布的五個(gè)或六個(gè)、長(zhǎng)度約為200-400m的一組徑向水平孔、并下有帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度 PVC(直徑50mm)篩管、來開采煤層氣，其作用是最大限度地增加開采區(qū)域，提高采收率和經(jīng)濟(jì)效益。所述多組徑向水平井是垂直井上下分布多個(gè)煤層，在每個(gè)煤層中按一定方位，相鄰徑向孔夾角為72°或60°均勻噴射鉆進(jìn)五個(gè)或六個(gè)、長(zhǎng)度約為200-400m的一組徑向水平孔、并下有帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC(直徑50mm)篩管、來同時(shí)開采多個(gè)煤層，提高煤層氣資源的采收率和單井開采經(jīng)濟(jì)效益。所述徑向水平井井網(wǎng)是由上述徑向水平井(一組或多組徑向水平井)按一定井網(wǎng)形狀組成的煤層氣開發(fā)井網(wǎng)，快速聯(lián)合排采降壓，加快開采速度，提高經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)示意圖；圖2為本發(fā)明井下定向?qū)蚬ぞ吖ぷ鳡顟B(tài)面示意圖；圖3為本發(fā)明徑向水平孔平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明垂直經(jīng)多層煤徑向水平井結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明徑向水平井井網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式如圖1所示，所述煤層井段兩級(jí)擴(kuò)孔是用機(jī)械或液壓擴(kuò)孔器先在煤層井段擴(kuò)一較小直徑井眼，然后再下入較大直徑的擴(kuò)孔器對(duì)煤層進(jìn)行二級(jí)擴(kuò)孔，使煤層段井眼直徑擴(kuò)孔到直徑為IOOOmm左右的洞穴17。其作用一是消除鉆井、固井施工對(duì)煤層的污染，二是消除套管壁對(duì)噴射鉆進(jìn)過程中混合流體的滯流阻礙而在徑向孔內(nèi)形成一定程度的“超壓”現(xiàn)象， 減少噴射鉆進(jìn)時(shí)所產(chǎn)生煤粉侵入堵塞徑向孔周圍的煤層，三是提供一徑向定向工具18活動(dòng)空間，使徑向?qū)虻靡詫?shí)現(xiàn)。如圖1所示，所述高壓氣水混合液噴射鉆進(jìn)是由地面泵車組8和液氮泵車組7 (若用空氣作為氣體介質(zhì)，需用空壓機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮、增壓)把清水(添加一定量的粘土防膨劑和起泡劑)和注入一定比例(視欠平衡程度而定)液氮的高壓(一般壓力為25-40MPa) 混合液通過地面氣液兩相管匯6，持續(xù)注入用于噴射鉆進(jìn)的連續(xù)油管13 (由連續(xù)油管車5 和修井車1下入井中)，當(dāng)高壓氣水混合液通過噴射槍噴14出后，這種混合噴射液16具有巨大的沖擊力和切割力，在這一具有強(qiáng)大沖擊力和切割力流體16的作用下，煤層15會(huì)被快速破碎、切割和沖蝕成煤屑和煤粉。同時(shí)，這些煤屑和煤粉被氣水混合液攜帶至擴(kuò)孔洞穴17并隨氣水混合流體迅速返排出地面、并被地面三相(氣、液和固相)分離系統(tǒng)9分離出去。由于混合液中有氣體的存在，氣泡從噴射槍14噴出后迅速膨脹形成連續(xù)的沖擊波會(huì)對(duì)孔壁19周圍的煤層具有強(qiáng)化改造作用。再者，一定含量的氣泡在井筒中上行時(shí)會(huì)逐漸膨脹(壓力減小)，驅(qū)替出一部分液體，使得井筒液柱在井底所產(chǎn)生的壓力大大低于煤儲(chǔ)層的壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)欠平衡噴射鉆進(jìn)。由于在高壓氣泡強(qiáng)化作用和欠平衡條件下進(jìn)行噴射鉆進(jìn)煤層15，這就極大地減小、甚至消除流體噴射鉆進(jìn)時(shí)對(duì)井眼19周圍煤層15所造成的污染， 并極大地改善徑向孔19附近煤層15的導(dǎo)流特性。隨著逐漸下入連續(xù)油管13，其端部所連接的噴射槍14就會(huì)逐漸向前噴射鉆進(jìn)，進(jìn)而就會(huì)在煤層15中噴射出一定直徑大小(由噴嘴直徑大小和內(nèi)倒角等因素決定)和一定長(zhǎng)度(煤層特性和開采速度決定)的徑向水平孔 19。如圖2所示，所述井下徑向?qū)蚬ぞ?8是由連接頭23 (連接工作油管12)和帶有復(fù)位彈簧和活動(dòng)密封接頭20的一組具有0. 5m曲率半徑弧度的管狀(內(nèi)徑73mm)組件22， 井下能復(fù)位成長(zhǎng)度為半徑0. 5m管狀圓環(huán)的1/4弧長(zhǎng)，端部連接有可密封直徑63mm連續(xù)油管自密封膠筒21。其作用一是通過地面旋轉(zhuǎn)工作油管管柱12，對(duì)要開始噴射鉆進(jìn)的徑向水平孔確定方位，二是對(duì)連續(xù)油管13進(jìn)行徑向?qū)颍箯较驀娚溷@井得以實(shí)現(xiàn)，三是對(duì)通過它的連續(xù)起密封作用，防止煤粉進(jìn)入定向?qū)蚬ぞ?8和工作油管12與連續(xù)油管13形成的環(huán)空造成連續(xù)油管13卡死。如圖3所示，所述下入帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC (直徑50mm)篩管25是用連續(xù)油管13通過井下徑向?qū)蚬ぞ?8下入到已完成的徑向水平孔19內(nèi)，主要起導(dǎo)流支撐作用， 防止井眼垮塌堵塞徑向水平孔。如圖3所示，所述一組徑向水平井是在煤層15中按一定方位，相鄰徑向孔夾角為 72°或60°均勻分布的五個(gè)或六個(gè)長(zhǎng)度約為200-400m，下有帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC(直徑50mm)篩管25的一組徑向水平孔19，其作用是最大限度地增加開采區(qū)域，提高采收率和經(jīng)濟(jì)效益。如圖4所示，所述多組徑向水平井是垂直井上下分布多個(gè)煤層，在每個(gè)煤層中按一定方位，相鄰徑向孔夾角為72°或60°均勻噴射鉆進(jìn)五個(gè)或六個(gè)長(zhǎng)度約為200-400m的一組徑向水平孔19，并下有帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC (直徑50mm)篩管25，來同時(shí)開采多個(gè)煤層，提高煤層氣資源的采收率和單井開采經(jīng)濟(jì)效益。如圖5所示，所述徑向水平井井網(wǎng)是由上述徑向水平井(一組或多組徑向水平井) 按一定井網(wǎng)形結(jié)構(gòu)組成的煤層氣開發(fā)井網(wǎng)，快速聯(lián)合排采降壓，加快開采速度，提高經(jīng)濟(jì)效
權(quán)利要求
1.一種用氣水混合液噴射鉆井梅花形徑向水平井煤層氣開采方法，其特征在于鉆井完成后下入直徑178mm套管，其中煤層段下入直徑178mm玻璃鋼套管，固井完成后下擴(kuò)孔器在煤層段分兩級(jí)擴(kuò)孔到井眼直徑為IOOOmm的洞穴，然后用直徑89mm的油管作為工作管柱下入直徑114mm的井下徑向?qū)蚬ぞ?，通過井口旋轉(zhuǎn)油管工作管柱，定向井下導(dǎo)向工具的徑向方位，然后用直徑63mm的連續(xù)油管下入直徑63mm高壓噴射槍并穿過徑向定向工具接觸煤層，在25-40MPa的壓力下，通過地面氣液兩相管匯，以一定排量(2. 0-2. 5m2)向連續(xù)油管注入一定比例(由欠平衡程度決定)的氣(可用液氮或壓縮空氣)水混合液，當(dāng)高壓氣水混合液通過噴射槍噴出后，這種混合噴射液具有巨大的沖擊切割力，在這一具有強(qiáng)大沖擊切割力流體的作用下，煤層會(huì)被快速破碎、切割和沖蝕成煤屑和煤粉。同時(shí)，這些煤屑和煤粉會(huì)被氣水混合液攜帶井底并隨氣水混合流體迅速返排出地面并被地面三相(氣、液和固相)分離系統(tǒng)分離出去。由于混合液中氣體的存在，當(dāng)氣泡從噴射槍連續(xù)噴出后迅速膨脹形成連續(xù)的沖擊波會(huì)對(duì)孔壁周圍的煤層具有強(qiáng)化改造作用。再者，一定含量的氣泡在井筒中上行時(shí)逐漸膨脹(壓力減小)，驅(qū)替出一部分液體，這使得井筒液柱在井底所產(chǎn)生的壓力大大低于煤儲(chǔ)層的壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)欠平衡噴射鉆進(jìn)。由于高壓氣泡強(qiáng)化作用和欠平衡條件下進(jìn)行噴射鉆進(jìn)煤層，這就極大地減小、甚至消除流體噴射鉆進(jìn)時(shí)對(duì)井眼周圍煤層所造成的污染，并將極大地改善井眼附近煤層的導(dǎo)流特性。隨著逐漸下入連續(xù)油管，其端部所連接的噴射槍就會(huì)逐漸向前噴射鉆進(jìn)，進(jìn)而就會(huì)在煤層中噴射出一定直徑大小(由噴嘴直徑大小和內(nèi)倒角等因素決定)和一定長(zhǎng)度(由采收速度決定)的徑向水平孔。徑向孔完成后經(jīng)過充分清洗，用連續(xù)油管下入帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC篩管(直徑為50mm)起導(dǎo)流何支撐作用，防止井眼垮塌堵塞徑向水平孔。重新定位徑向?qū)蚬ぞ?，重?fù)噴射鉆進(jìn)作業(yè)，就能噴射出另一徑向水平孔，直到一組按一定方位角分布具一定長(zhǎng)度的徑向水平孔得以完成。用同樣的方法可以在多煤層的垂直井中實(shí)現(xiàn)多組徑向水平孔完井。用若干個(gè)一組或多組徑向水平孔組成的徑向水平井形成的井組，可構(gòu)成煤層氣開采井網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域聯(lián)合降壓提高煤層氣的差收率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，煤層井段兩級(jí)擴(kuò)孔是用機(jī)械或液壓擴(kuò)孔器先在煤層井段擴(kuò)一較小直徑井眼，然后再下入較大直徑的擴(kuò)孔器對(duì)煤層進(jìn)行二級(jí)擴(kuò)孔，使煤層段擴(kuò)孔到井眼直徑為IOOOmm左右的洞穴。其作用一是消除鉆井、固井施工對(duì)煤層的污染，二是消除套管壁對(duì)噴射鉆進(jìn)過程中混合流體的滯流阻礙而在徑向孔內(nèi)形成一定程度的 “超壓”，減少噴射鉆進(jìn)時(shí)所產(chǎn)生煤粉侵，進(jìn)而堵塞徑向孔周圍的煤層，三是提供一徑向定向工具活動(dòng)空間，使徑向?qū)虻靡詫?shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，井下徑向?qū)蚬ぞ呤怯蛇B接頭和帶有復(fù)位彈簧和活動(dòng)密封接頭的一組具有0. 5m曲率半徑弧度的管狀(內(nèi)徑73mm)組件，井下能復(fù)位成長(zhǎng)度為半徑0. 5m管狀圓環(huán)的1/4弧長(zhǎng)，端部連接有可密封直徑63mm連續(xù)油管的自密封膠筒。其作用一是通過地面旋轉(zhuǎn)油管工作管柱，對(duì)要開始噴射鉆進(jìn)的徑向水平孔確定方位， 二是對(duì)連續(xù)油管進(jìn)行徑向?qū)颍箯较驀娚溷@井得以實(shí)現(xiàn)，三是對(duì)通過它的連續(xù)油管起密封作用，防止煤粉進(jìn)入定向?qū)蚬ぞ吆凸ぷ饔凸芘c連續(xù)油管形成的環(huán)空，造成連續(xù)油管卡死在工作油管內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，高壓氣水混合液噴射鉆井是由地面泵車組和液氮泵車組(若用空氣作為氣體介質(zhì)，需用空壓機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮、增壓)把清水(添加一定量的粘土防膨劑和起泡劑)和加注一定比例(由欠平衡程度決定)的液氮形成的高壓 (一般壓力為25-40MPa)混合液，通過地面氣液兩相管匯，持續(xù)注入用于噴射鉆進(jìn)的連續(xù)油管，當(dāng)高壓氣水混合液通過噴射槍噴出后，這種混合噴射液具有巨大的沖擊力和切割力，在這一具有強(qiáng)大沖擊力和切割力流體的作用下，煤層會(huì)被快速破碎、切割和沖蝕成煤屑和煤粉。同時(shí)，這些煤屑和煤粉又被氣水混合流體攜帶至井底，并隨氣水混合流體迅速返排出地面并被地面三相(氣、液和固相)分離系統(tǒng)分離出去。由于混合液中氣體的存在，當(dāng)氣泡從噴射槍噴出后迅速膨脹而形成連續(xù)的沖擊波會(huì)對(duì)孔壁周圍的煤層具有強(qiáng)化改造作用的功能。再者，一定含量的氣泡在井筒中上行時(shí)逐漸膨脹(壓力減小)，驅(qū)替出一部分液體，這使得井筒液柱在井底所產(chǎn)生的壓力大大低于煤儲(chǔ)層的壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)欠平衡噴射鉆進(jìn)。由于高壓氣泡強(qiáng)化作用和欠平衡條件下進(jìn)行噴射鉆進(jìn)煤層，這就極大地減小、甚至消除流體噴射鉆進(jìn)時(shí)對(duì)井眼周圍煤層所造成的污染，并極大地改善井眼附近煤層的導(dǎo)流特性。隨著逐漸下入連續(xù)油管，其端部所連接的噴射槍就會(huì)逐漸向前噴射鉆進(jìn)，進(jìn)而在煤層中噴射出一定直徑大小(由噴嘴直徑大小和內(nèi)倒角等因素決定)和一定長(zhǎng)度(煤層特性和開采速度決定)的徑向水平孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，徑向孔內(nèi)下入帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC(直徑50mm)篩管是用連續(xù)油管通過井下徑向?qū)蚬ぞ甙褞в袑?dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC (直徑50mm) 篩管下入到已完成的徑向水平孔內(nèi)，主要起導(dǎo)流支撐作用，防止井眼垮塌堵塞徑向水平孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，一組徑向水平孔是在煤層中按一定方位，相鄰徑向孔夾角為72°或60°均勻分布的五個(gè)或六個(gè)、長(zhǎng)度約為200-400m的一組徑向水平孔、并下有帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC (直徑50mm)篩管、來開采煤層氣，其作用是最大限度地增加開采區(qū)域，提高采收率和經(jīng)濟(jì)效益。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，多組徑向水平井是垂直井上下分布多個(gè)煤層，在每個(gè)煤層中按一定方位，相鄰徑向孔夾角為72°或60°均勻噴射鉆進(jìn)五個(gè)或六個(gè)、 長(zhǎng)度約為200-400m的一組徑向水平孔、并下有帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC(直徑50mm)篩管、 來同時(shí)開采多個(gè)煤層，提高煤層氣資源的采收率和單井開采經(jīng)濟(jì)效益。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，徑向水平井井網(wǎng)是由上述徑向水平井(一組或多組徑向水平井)按一定井網(wǎng)形狀組成的煤層氣開發(fā)井網(wǎng)，快速聯(lián)合排采降壓，加快開采速度，提高經(jīng)濟(jì)效益。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，用于開采頁(yè)巖氣和致密砂巖油氣藏。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤層氣開采領(lǐng)域煤層氣開采方法，具體涉及一種用帶有高壓流體噴射槍的連續(xù)油管在垂直井?dāng)U孔后的煤層井段，通過徑向?qū)蚬ぞ?，采用高壓氣水混合液沿不同的方位角、徑向方向在煤層中噴射鉆進(jìn)出一組或上下分布多組、具一定直徑大小和長(zhǎng)度的徑向水平孔，并在這些徑向孔中下入帶有導(dǎo)流孔的高強(qiáng)度PVC篩管，形成有支撐和導(dǎo)流功能的梅花形徑向水平井，一組或多組(多煤層)梅花形徑向水平井以及由這些徑向水平井組構(gòu)成的井網(wǎng)的煤層氣開采方法。
文檔編號(hào)E21B7/28GK102493794SQ20111041289
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者王建生, 王星錦 申請(qǐng)人:王建生