专利名称:一种多分支水平井系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种多分支水平井系统，此多分支水平井系统设置在倾斜地层中，多分支水平井系统包括至少两支多分支水平井，各多分支水平井分别包括：直井段；连通直井，位于地势低于直井段的位置上；主井眼，连接在直井段和连通直井之间，相邻两支多分支水平井中主井眼通过分支井眼水流通相连。通过将至少两支多分支水平井设置在倾斜地层中，并且利用分支井眼将主井眼水流通相连的布局，可以有效地排采倾斜地层中的水，达到降压解析的目的。
【专利说明】一种多分支水平井系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及煤层气领域，具体而言，涉及一种多分支水平井系统。
【背景技术】
[0002]自上世纪80年代开始，随着随钻测量仪器、马达和PDC钻头等技术的发展，水平井钻井技术开始规模应用。通过定向井技术把直井或斜井弯曲进入目标地层并平行目标层钻进一定的长度，由于地层一般是水平的或接近水平的所以目标层中的井眼也是水平或接近水平的，通常把这样的井称为水平井。水平井按井型可分为单支水平井和多分支水平井；单支水平井又可划分为传统单支水平井和U型连通水平井；多分支水平井有可划分为单主支多分支水平井和双主支多分支水平，在主分支完成顺序上有分为先钻分支或先钻主支。
[0003]煤层气排采过程是排水、降压、解吸和采气的过程。煤层气的排采是通过有效的排水、降低井底压力使煤层气解吸，汇集到低压井筒被排放出来的一个过程，通常使用多分支水平井完成此排采过程。煤层气排采过程是排水、降压、解吸、采气，第一个关节排水就决定了煤层气水平井排采泵必须下至水平井最低点，只有该点才能有效排水，从而实现降压、解吸和采气。这就对水平井、多分支水平井钻井工程提出了要求:所有分支井眼必须高于或等于排采泵位置，排采泵下入的最佳位置为着陆点或近端/远端U型井的连通点。也就是说:对于水平井、近端连通U型井、多分支水平井，必须保证在水平地层或倾斜地层中沿着倾斜方向钻进、布置；对于远端U型水平井，必须保证在水平地层或沿着下倾地层方向钻进、布置。这样做才能保证在重力的作用下，地层水流向排采泵位置(水平井最低位置)，才能有效地实施煤层气的排采。
[0004]多分支水平井能够更有效沟通煤层自身孔隙裂缝通道、增加泄(油)气面积、分支控制产气资源面积效率高，能很好地克服了煤储层的“低渗、低压、低饱和”特征。所以多分支水平井在煤层气开发中的受到越来越大的重视和运用。但是水平井及多分支水平井主要适用于薄层和低渗储层的开发。但是对于倾角大于25°倾斜底层中的煤层气的排采，由于其地势较高存在排采难度和施工难度之间的矛盾，故倾斜地层中的煤层水一直不能得到有效的排出。
[0005]现有技术在面对倾斜地层中排采降压的问题时，依然采用传统的多分支水平井的模式，虽然排采时，利用水流的重力会得到一个较好的排水效果，但此技术的问题在于在开钻多分支水平井时，由于倾斜地层托住和降低了悬重，在摩阻、托压作用下，限制了水平井在倾斜地层中的钻设长度。摩阻和托压与水平井的长度和倾斜幅度成正比，为了克服摩阻和托压施加过大的钻井参数(钻压、悬重、扭矩等)易破坏井眼的稳定性，特别是在机械强度薄弱易坍垮的煤层中特别容易造成井眼坍塌卡钻事故的发生，酿成严重的损失。
[0006]基于上述问题，有必要提出一种有效的多分支水平井系统，以解决倾斜地层中煤层水排采降压难的问题。。
实用新型内容
[0007]本实用新型旨在提供一种多分支水平井系统，以解决倾斜地层中的煤层气排水降压问题。
[0008]为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种多分支水平井系统，多分支水平井系统设置在倾斜地层中，多分支水平井系统包括至少两支多分支水平井，各多分支水平井分别包括:直井段；连通直井，位于地势低于直井段的位置上；主井眼，连接在直井段和连通直井之间；相邻两支多分支水平井中主井眼通过分支井眼水流通相连。
[0009]进一步地，设置在相邻两个主井眼之间的分支井眼的第一端与一个主井眼直接连通，第二端偏离水平方向向下延伸与另一个主井眼直接连通或渗透连通。
[0010]进一步地，分支井眼的第二端与另一个主井眼渗透连通时，分支井眼的第二端距离另一个主井眼的距离为3-15米。
[0011]进一步地，相邻两个主井眼之间设置有多个分支井眼，各分支井眼均由同一口主井眼向外延伸形成。
[0012]进一步地，相邻两个主井眼之间设置有多个分支井眼，相邻两个分支井眼由不同的主井眼向外延伸形成。
[0013]进一步地，分支井眼的水平投影长度为100?500米。
[0014]进一步地，各多分支水平井的主井眼沿与下倾方向夹角为-90° < α <90°的方向延伸。
[0015]进一步地，各多分支水平井的主井眼平行设置。
[0016]进一步地，每两个相邻多分支水平井为一组，位于一组中的两支多分支水平井共用一个直井段。
[0017]应用本实用新型的技术方案一种多分支水平井系统及其施工方法，通过将至少两支多分支水平井设置在倾斜地层中，并且利用分支井眼将主井眼水流通相连的布局，可以有效地排采倾斜地层中的水，达到降压解析的目的。这种多分支水平井系统在使用时，倾斜地层中的水通过排采泵和重力的作用，从地层中析出进入主井眼，随后从主井眼上的分井眼进入分支，地层水通过分支流至相邻的主井眼。接下来地层水重复上述的步骤，通过分支到达另一个主井眼，大大增加了排水量，直至最大限度地将地层水排除，达到降压解析的目的。
【附图说明】
[0018]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0019]图1示出了根据本实用新型实施方式的多分支水平井系统示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合本实用新型实施方式的附图，对本实用新型的实施例中的技术方案进行详细的说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0021]正如【背景技术】部分所介绍的，现有技术中存在在倾斜地层中不能有效地排水降压的问题。为了解决这一问题，本实用新型发明人提供了一种多分支水平井系统。如图1所示，这种多分支水平井系统设置在倾斜地层中，多分支水平井系统包括至少两支多分支水平井，每个多分支水平井分别包括:直井段3、连通直井4、主井眼2，其中连通直井4位于地势低于直井段3的位置上，主井眼2连接在直井段3和连通直井4之间，相邻两支多分支水平井中主井眼2通过分支井眼I水流通相连。
[0022]本实用新型上述的多分支水平井系统，通过将至少两支多分支水平井设置在倾斜地层中，并且利用分支井眼I将主井眼2水流通相连的布局，可以有效地排采倾斜地层中的水，达到降压解析的目的。这种多分支水平井系统在使用时，倾斜地层中的水通过排采泵和重力的作用，从地层中析出进入主井眼2，随后从主井眼2上的分井眼进入分支，地层水通过分支流至相邻的主井眼2。接下来地层水重复上述的步骤，通过分支到达另一个主井眼2，大大增加了排水量，直至最大限度地将地层水排除，达到降压解析的目的。
[0023]一种典型的实施例中，设置在相邻两个主井眼2之间的分支井眼I的第一端与一个主井眼2直接连通，第二端偏离水平方向向下延伸与另一个主井眼2直接连通或渗透连通。通过上述连接关系，地层水可以更高效地从地层中被排采出来，达到降压目的。分支井眼I的一端与主井眼2连通有利于地层水直接进入分支，而当地层水中压力较大时，可以采取分支另一端与相邻主井眼2相连通的方式，为排采降压提供有利布局，而当地层水中压力适中时，可以采取分支另一端与相邻主井眼2渗透连通的方式，不仅可以达到正常的降压解析的作用，还省去了对多余分支井眼I的后期维护的费用。
[0024]其中一种实施例中，分支井眼I的第二端与另一个主井眼2渗透连通时，分支井眼I的第二端距离另一个主井眼2的距离为3?15米。将分支井眼I的第二端距离设置为到另一个主井眼2的距离为3?15米，可以在保证正常的降压解析的同时，保证分支与相邻主井眼2的渗透连通。分支井眼I的第二端距离设置为到另一个主井眼2的距离大于3?15米时，地层水渗透效果会相对较差，不利于地层水的排采降压，而当此距离小于3?15米时，则会面临渗透连通变为连通的可能，增加了后期的维护成本。
[0025]另一种实施例中，相邻两个主井眼2之间设置有多个分支井眼1，各分支井眼I均由同一口主井眼2向外延伸形成。多个分支井眼I的设置增加了水平井与地层的接触面积，不仅利于不同地层中的排水降压，同时还可以增加采气量，而分支井眼I位于同一口主井眼2上便于施工，降低施工成本。
[0026]上述是实用新型中，相邻两个主井眼2之间设置有多个分支井眼I，相邻两个分支井眼I由不同的主井眼2向外延伸形成。同样多个分支井眼I的设置增加了水平井与地层的接触面积，不仅利于不同地层中的排水降压，同时还可以增加采气量，而将分支井眼I由不同的主井眼2向外延伸则有利于平衡各各主井眼2中的排水量和后期的泄油量，降低了主井眼2的维护成本。
[0027]在一种的实施例中，分支井眼I的水平投影长度为100?500米。此种布局可以使相邻两支多分支水平井发挥最大的排水降压作用同时保证分支井眼I的渗透连接不会被破坏。当分支井眼I的水平投影距离小于100米时，意味着相邻的两支多分支水平井的主井眼2离的很近，这样不仅降低了与地层的接触面积同时还增加了两个相邻主井眼2间的压力扰动，提高了主井眼2塌陷的风险。而当分支井眼I的水平投影距离大于500米时，相邻的两支多分支水平井的主井眼2离的较远，导致分支中触底水速较大，提高了破坏分支井眼I与相邻主支井眼的渗透连通的风险。
[0028]各多分支水平井的主井眼2沿与下倾方向夹角为-90° < α <90°的方向延伸。此种结构权衡了主井眼2施工难度与排采降压难度之间的矛盾，使其最终达到最大限度地降低施工难度的同时保证排采降压的效率。当α <-90°或者α >90°时，即主井眼2的延伸方向朝向倾斜地层的倾斜方向，这时会获得较高的排采降压的效率但是同时增加了主井眼2的施工难度和风险；当-90° < α <90°时，即主井眼2的延伸方向朝向倾斜地层的下倾方向，这时主井眼2的施工难度和风险很低，并且同时也具备较高的排采降压的效率。同时主井眼2与地层的接触面积随着主井眼2的延伸方向与下倾方向的夹角逐渐接近90°而增大，α =0°时接触面积最小。此种结构虽然会使前期的钻井成本提高，但在后续的持续生产过程中不仅可以增大排水量更增大了泄油量，达到了一种非常高效的水平井布局结构。
[0029]另一种实施例中，各多分支水平井的主井眼2平行设置。各主井眼2的平行设置可以保证相邻主井眼2间之间具有一个固定的距离N，进而避免了在开钻分支时引起的施工失误。设置主井眼2之间相互平行保证了相邻主井眼2之间有一个固定的距离N，有利于在主井眼2上开钻分支时，设置钻测量工具的钻井参数，即当主井眼2之间的固定距离为M时，则可设置分支的另一端到其井眼所在的主井眼2的垂线段的距离为(N — 3)m?(N—15)m之间的一个固定数值，保证分支的另一端与相邻的主井之间为渗透连接。但是当主井之间非相互平行时，其间的距离变化不定，导致钻设分支时，钻测量工具的参数难以设定，只能考经验设置相关参数。此时如果分支过短，渗透连通的作用则会微乎其微，而如果分支过长，则有可能使分支的另一端与相邻主井眼2穿透，增加了后期对多余分支井眼I的维护成本。同时可以根据最高地势的主井眼2的位置到最低位置之间的距离灵活调整不同平行主井眼2之间的固定间距，从而获得合理的布局。
[0030]在本实用新型的一种实施例中，每两个相邻多分支水平井为一组，位于一组中的两支多分支水平井共用一个直井段3。通过此方案可以降低排采成本。相邻两支多分支水平井为一组且共用一个直径段，不仅可以保证正常排采工作的进行同时还省去了多余直径段的施工费用。
[0031]上述实施例可以通过以下方法实现，在倾斜地层中钻取至少两支多分支水平井，并使各多分支水平的连通直井4设置在地势低于直井段3的位置上，并使得相邻两个多分支水平井中主井眼2之间通过分支水流通相连。
[0032]通过此种施工方法得到的多分支水平井系统可以解决倾斜地层中对地层水进行排采降压的问题。
[0033]其中一种实施方式中，上述施工方法包括以下步骤:
[0034]S1.在倾斜地层钻设一组间隔设置的直井，以及一组位于直井下倾方向，且与直井一一对应设置连通直井4 ;
[0035]S2.取一支直井作为直井段3钻取前一支多分支水平井，其中朝向所对应的连通直井4钻取前一支多分支水平井的主井眼2，根据相邻两支直井间的间距，在前一支多分支水平井的主井眼2上沿偏离水平方向的单侧或两侧向下依次钻取多支分支井眼I ;
[0036]S3.取与前一支多分支水平井的直井相邻的直井作为直井段3，其中朝向所对应的连通直井4钻取后一支多分支水平井的主井眼2，使后一支多分支水平井的主井眼2与前一支多分支水平井的主井眼2通过前一支多分支水平井的分支井眼I水流通相连，并在后一多分支水平井的主井眼2沿偏离水平方向的单侧或两侧向下依次钻取分支井眼I ;
[0037]S4.重复步骤S3，至布满倾斜地层为止。
[0038]通过上述的4个步骤在倾斜地层中布局了一种多分支水平井系统，其中步骤SI确定了多分支水平井的主井眼2的走向，沿下倾方向延伸，保证了可以正常排采地层水同时降低了主井眼2的施工难度；步骤S2则保证了多分支水平井通过其分支与相邻的多分支水平井水流通相连，使倾斜地层中的地层水通过分支排采降压；步骤S3和S4则使整支多分支水平井系统布局为一个通过分支的水流通相连的多分支水平井网结构，倾斜地层水通过连续的分支最终排采降压。
[0039]另一种实施方式中，上述施工方法包括如下步骤:
[0040]S1.在倾斜地层钻设一组间隔设置的直井，以及一组位于直井下倾方向，且与直井一一对应设置连通直井4 ;
[0041 ] S2.分别以各直井作为直井段3钻取多分支水平井的主井眼2，使得直井段3与所对应的连通直井4相连；
[0042]S3.在完成各所有多分支水平井的主井眼2的钻取工作后，在各多分支水平井主井眼2上沿偏离水平方向的一侧或两侧向下依次钻取多支分支井眼I ;使相邻两支多分支水平井中主井眼2通过分支井眼I水流通相连。
[0043]上述施工方法先统一钻取主井眼2后续在统一钻取分支，利用分支使其相邻主井眼2水流通相连，利于施工的便利，不用来回调整钻经测量工具的参数并且有利于控制分支与主井眼2之间的水流通相连结构，完全避免了不必要的施工失误。其中SI步骤中确定了相邻水平井的间距和主井眼2的延伸方向；之后根据主井眼2的延伸方向，在步骤S2中统一钻取主井眼2 ;最后再根据SI步骤中确定的相邻水平井的间距设置分支钻井工具的参数，确保合适范围内的水流通相连，最终形成通过分支水流通相连的多分支水平井网路，有效的解决了倾斜底层中排采地层水的问题。
[0044]上述所有施工方法中相邻的两个多分支水平井为一组，一组中两个多分支水平井由一个直井段3钻取。不仅可以保证正常排采工作的进行同时还省去了多余直径段的施工费用。
[0045]以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种多分支水平井系统，所述多分支水平井系统设置在倾斜地层中，其特征在于，所述多分支水平井系统包括至少两支多分支水平井，各所述多分支水平井分别包括: 直井段⑶； 连通直井(4)，位于地势低于所述直井段的位置上； 主井眼(2)，连接在所述直井段(3)和所述连通直井(4)之间； 相邻两支所述多分支水平井中所述主井眼(2)通过分支井眼(I)水流通相连。2.根据权利要求1所述的多分支水平井系统，其特征在于，设置在相邻两个主井眼(2)之间的所述分支井眼(I)的第一端与一个所述主井眼(2)直接连通，第二端偏离水平方向向下延伸与另一个所述主井眼(2)直接连通或渗透连通。3.根据权利要求2所述的多分支水平井系统，其特征在于，所述分支井眼(I)的第二端与另一个所述主井眼(2)渗透连通时，所述分支井眼(I)的第二端距离所述另一个所述主井眼(2)的距离为3?15米。4.根据权利要求1所述的多分支水平井系统，其特征在于，相邻两个所述主井眼(2)之间设置有多个所述分支井眼(1)，各所述分支井眼(I)均由同一口主井眼(2)向外延伸形成。5.根据权利要求1所述的多分支水平井系统，其特征在于，相邻两个所述主井眼(2)之间设置有多个所述分支井眼(I)，相邻两个所述分支井眼⑴由不同的所述主井眼⑵向外延伸形成。6.根据权利要求5所述的多分支水平井系统，其特征在于，所述分支井眼(I)的水平投影长度为100?500米。7.根据权利要求1所述的多分支水平井系统，其特征在于，各所述多分支水平井的所述主井眼(2)沿与所述倾斜地层的倾斜方向夹角为-90° < α <90°的方向延伸。8.根据权利要求7所述的多分支水平井系统，其特征在于，各所述多分支水平井的所述主井眼(2)平行设置。9.根据权利要求1所述的多分支水平井系统，其特征在于，每两个相邻多分支水平井为一组，位于一组中的两支多分支水平井共用一个直井段(3)。
【文档编号】E21B43-00GK204299560SQ201420642418
【发明者】杨锐, 杨陆武, 崔玉环, 郭卫东, 刘利德 [申请人]北京奥瑞安能源技术开发有限公司