专利名称：水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法
技术领域：
本发明是关于一种煤层气的开采方法，尤其涉及一种水力喷射钻孔卸压开采煤层 气的方法。
背景技术：
在煤层气井采气结束后，煤储层将是以井工方式开采煤炭的目的层，由此，决定了 煤层气井固井方式及储层改造完井方式，与常规天然气井相比较具备其特殊性。煤层气井 固井方式及储层改造完井方式的特殊性表现为(1)应避免在煤层内下金属套管、金属筛 管等造成后期采煤安全隐患的管材；(2)需要避免压裂改造破坏煤层顶、底板，进而避免对 采煤巷道维护及采煤工作面顶、底板控制造成困难。目前，我国煤层气开采包括以下三种方式1.采用直井下金属套管固井后进行射孔、压裂完井；这种方式是使用英寸钻头一开钻表土层至基岩下10m深，用英寸钢套管固
4.8.
井；二开使用英寸钻头钻井至目标煤层底板下部60m，用7英寸钢套管固井；在目标煤层
段使用102型射孔枪及102型射孔弹射孔，泵注高压水混砂液进行压裂。针对高变质无烟煤这样抗压强度较高的煤层，使用这种直井压裂技术可形成较长 压裂裂缝，起到改造储层并在一定程度提高气井产量的目的；但由于煤层抗压强度较高，压 裂施工压力高、泵注排量大，造成煤层顶、底板压裂破坏，甚至沟通临近含水层造成煤层气 井排水降压困难；由于煤层段遗存金属套管，为煤炭开采留下了割煤机遇金属产生火花隐 患，煤层顶、底板被压裂破坏造成采煤巷道出现顶板冒落、底板鼓起以及采煤工作面顶、底 板难以控制等危害。2.采用直井下金属套管固井后在煤层段造洞穴，裸露煤层完井；这种方式是使用12 1/4英寸钻头一开钻表土层至基岩下10m深，用9 5/8英寸钢套管固
井；二开使用8 1/2英寸钻头钻井至目标煤层底板下部60m，用7英寸钢套管固井；在目标煤层 段段铣钢套管，下造穴工具掏出直径500mm-800mm的洞穴。这种直井造洞穴技术，可在一定程度达到近井地带局部区域卸压增大渗透性的目 的，但是，受其改造范围仅为直井井眼周边lm-2m区域，由于其改造范围小，洞穴易坍塌这 两方面局限性的限制，致使该方法在煤层气开采中未得到推广。3.采用水平井，岩层段用金属套管固井、煤层段裸眼完井。这种方式是使用12 1/4英寸钻头一开钻表土层至基岩10m深，用9 5/8英寸套管固井；使用英寸钻头二开钻井至煤层顶板上部5m，用7英寸套管固井；使用英寸PDC钻头三 开施工水平井眼，煤层段水平井眼裸眼完井。这种煤层段水平井裸眼完井技术，增加了井筒沟通煤层接触面积，提高单井煤层 气产量和开采效率，对抗压强度较高的煤层适应性较好；但由于煤层段裸眼完井，在排水采 气过程中容易引起水平井眼坍塌，中断排采过程，降低煤层气井产量。有鉴于此，为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明人提出了一种水力喷射钻孔 卸压开采煤层气的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法，该方法在煤层 段下入非金属套管来保护煤层气井，在煤层段开窗施工多个侧向水力喷射孔眼，通过进行 水力喷射破煤实现煤层应力释放，增加井筒与煤层接触面积，保护井筒避免坍塌；提高煤层 透气性，弥补煤层气开采煤储层驱动力不足、渗透率低造成的技术缺陷，能有效释放煤层气 井产能，提高煤层气采收率。本发明的目的是这样实现的，一种水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法，该方法 至少包括如下步骤(1)在煤层顶板上部钻直井并下入金属套管固井；(2)在煤层段钻井且下入非金属套管；(3)利用开窗设备在非金属套管的管壁上间隔开设多个开窗；(4)利用水力喷射钻孔设备在煤层段侧向开窗处进行喷射钻孔；喷头前端由水力 破煤形成孔眼，水力喷射钻孔设备逐渐跟进，同时，喷头侧后端水力对煤壁实现割缝，并形 成卸压条带。在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤(1)中，包括由表土层至基岩的深度下 入第一金属套管固井，之后，再穿过第一金属套管下入第二金属套管至煤层顶板上部固井。在本发明的一较佳实施方式中，在所述步骤(2)中下入的非金属套管为玻璃钢套 管或PVC管。在本发明的一较佳实施方式中，所述煤层段为垂直井井筒或水平井井筒。在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤(3)包括开窗窗口方位确定和水力喷射 开窗；其中开窗窗口方位确定是，通过下入作业油管连接开窗导向器和倾角传感器至非金属 套管内，作业油管下到指定开窗井深位置后，通过数据传输线通电开启倾角传感器，测试导 向器出口方向以确定开窗窗口的方位；水力喷射开窗是，在作业油管中下入连续油管，在连续油管前部依序连接有水力 旋转器、万向节和割刀，通过地面高压泵泵注高压水，高压水经过连续油管输送到水力旋转 器并驱动万向节带动割刀旋转，由此在非金属套管管壁上确定的开窗位置进行开窗作业。在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤(4)是，将由连续油管、高压软管、自进 喷头组成的水力喷射管串通过作业油管及其前端导向器窗口形成的通道导入到非金属套 管管壁上的开窗位置，由地面高压泵泵注高压水，高压水通过连续油管及前端高压软管输送至自进喷头，一部分高压水经自进喷头前端喷嘴喷出破煤形成孔眼，一部分高压水通过 自进喷头侧后喷嘴喷出冲击孔眼煤壁实现割缝，并形成卸压条带。由上所述，本发明通过煤层气井直井段下金属套管固井，金属套管内部悬挂非金 属套管进入煤层段，使用非金属套管支撑煤层段井眼周边煤体，非金属套管与煤壁之间未 固井，保留煤壁裂隙与井眼的沟通，进而以非金属套管为通道，利用开窗设备在非金属套管 的管壁上间隔开设多个开窗；再利用水力喷射钻孔设备在煤层段侧向开窗处进行喷射钻 孔。本发明使用非金属套管下入煤层段保证了煤层段井眼的稳定性，避免对煤炭开采遗留 隐患；同时在煤层段井眼的基础上喷射分支钻孔增加煤层气井井筒与煤层接触面积，释放 井眼周边煤层应力。本发明能够有效释放煤层气井产能，提高煤层气采收率。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，图1 为采用本发明水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法的示意图一。图2 为采用本发明水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法的示意图二。图3 为本发明中开窗窗口方位确定的示意图。图4 为本发明中水力喷射开窗的示意图。图5 为在煤层段侧向开窗处进行水力喷射钻孔的示意图一。图6 为在煤层段侧向开窗处进行水力喷射钻孔的示意图二。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发 明的具体实施方式
。本发明提供一种水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法，该方法至少包括如下步 骤步骤一在煤层顶板上部钻直井并下入金属套管；如图1、图2所示，在该步骤一中包括由表土层至基岩的深度下入第一金属套管1 固井，然后再下入第二金属套管2至煤层顶板上部固井，所述第二金属套管2的直径小于第 一金属套管1的孔径，第二金属套管2穿设在第一金属套管1内。步骤二 在煤层段钻井且下入非金属套管；如图1所示，在煤层段钻竖直井并下入非金属套管3 ；作为本实施方式的另一种实 施例，如图2所示，也可以在煤层段钻水平井并下入非金属套管3 ；所述非金属套管3为玻 璃钢套管或PVC管。步骤三利用开窗设备在非金属套管的管壁上间隔开设多个开窗；在该步骤三中，包括开窗窗口方位确定过程和水力喷射开窗过程；其中开窗窗口方位确定是，如图3所示，通过下入作业油管4连接开窗导向器5和倾角 传感器6至非金属套管3内，作业油管4下到指定开窗井深位置后，通过数据传输线7通电 开启倾角传感器6，测试导向器5出口方向以确定开窗窗口的方位；若导向器5出口方向与 设计窗口方向不一致，使用地面作业机或修井机转动作业油管4使导向器5出口方向与设 计窗口方向一致即可。
5
水力喷射开窗是，如图4所示，在作业油管4中下入连续油管81，在连续油管81前 部依序连接有水力旋转器82、万向节83和割刀84，通过地面高压泵泵注高压水，高压水经 过连续油管81输送到水力旋转器82并驱动万向节83带动割刀84旋转，由此在非金属套 管3管壁上确定的开窗位置进行开窗作业。步骤四利用水力喷射钻孔设备在煤层段侧向开窗处进行喷射钻孔；喷头前端由 水力破煤形成孔眼，水力喷射钻孔设备逐渐跟进，同时，喷头侧后端水力对煤壁实现割缝， 并形成卸压条带。如图5、图6所示，在该步骤中，将由连续油管81、高压软管91、自进喷头92组成的 水力喷射管串通过作业油管4及其前端导向器窗口形成的通道导入到非金属套管3管壁上 的开窗位置，由地面高压泵泵注高压水，高压水通过连续油管81及前端高压软管91输送至 自进喷头92，一部分高压水经自进喷头92的前端喷嘴921喷出破煤形成孔眼01，一部分高 压水通过自进喷头92的侧后喷嘴922喷出冲击孔眼煤壁实现割缝02，并形成卸压条带03。 在本实施方式中，所述高压软管91要具有足够的长度，以便满足随着自进喷头92逐渐前行 的需要。由上所述，本发明通过在煤层气井直井段下金属套管固井，金属套管内部悬挂非 金属套管进入煤层段，使用非金属套管支撑煤层段井眼周边煤体，非金属套管与煤壁之间 未固井，保留煤壁裂隙与井眼的沟通，进而以非金属套管为通道，利用开窗设备在非金属套 管的管壁上间隔开设多个开窗；再利用水力喷射钻孔设备在煤层段侧向开窗处进行喷射钻 孔，实现了煤层应力释放，增加了单井采气面积。本发明使用非金属套管下入煤层段保护了 煤层气井煤层段井眼并保证了煤层段井眼的稳定性，避免井筒坍塌，也避免对煤炭开采遗 留隐患；同时在煤层段井眼的基础上喷射分支钻孔增加煤层气井井筒与煤层接触面积，释 放井眼周边煤层应力，提高了煤层透气性，弥补了煤层气开采煤储层驱动力不足、渗透率低 造成的技术缺陷。本发明能够有效释放煤层气井产能，提高煤层气采收率。下面提供一个应用本发明水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法的具体实例，以对 该方法的实施及效果作出进一步说明。ZP1井使用12+英寸钻头一开钻表土层至基岩10m深，用$英寸套管固井；使用
4oZ
英寸钻头二开钻井至煤层顶板上部5m，用7英寸套管固井；使用6英寸偏心PDC钻头三开， 钻煤层段水平井520m，煤层段下4英寸玻璃钢套管支撑水平井井壁煤体。使用水力旋转器
驱动万向节带动外径40mm割刀旋转，切割玻璃钢套管开窗。使用英寸连续油管连接外径
28mm高压软管，高压软管再连接外径英寸自进喷头进行水力喷射钻孔卸压。总共施工8
个水力喷射卸压孔眼，累计喷射钻孔进尺1450m。使用该方法后，ZP1井连续排采14个月， 未出现井眼坍塌，产气850万m3。本方法已应用于5 口煤层气水平井侧向水力喷射卸压钻孔，自应用该方法以来， 减少了井眼垮塌事故发生，避免了每年4次的修井作业，单井正常生产天数增加60天。确 保了煤层气井连续生产，促进煤层气井产能有效释放，以单井平均产气量20000m7d计算， 单井年产气量增加120万m3。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何
6本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均 应属于本发明保护的范围。
权利要求
一种水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法，该方法至少包括如下步骤(1)在煤层顶板上部钻直井并下入金属套管固井；(2)在煤层段钻井且下入非金属套管；(3)利用开窗设备在非金属套管的管壁上间隔开设多个开窗；(4)利用水力喷射钻孔设备在煤层段侧向开窗处进行喷射钻孔；喷头前端由水力破煤形成孔眼，水力喷射钻孔设备逐渐跟进，同时，喷头侧后端水力对煤壁实现割缝，并形成卸压条带。
2.如权利要求1所述的水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法，其特征在于所述步骤 (1)中，包括由表土层至基岩的深度下入第一金属套管固井，之后，再穿过第一金属套管下 入第二金属套管至煤层顶板上部固井。
3.如权利要求1所述的水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法，其特征在于在所述步 骤(2)中下入的非金属套管为玻璃钢套管或PVC管。
4.如权利要求1所述的水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法，其特征在于所述煤层 段为垂直井井筒或水平井井筒。
5.如权利要求1所述的水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法，其特征在于所述步骤(3)包括开窗窗口方位确定和水力喷射开窗；其中开窗窗口方位确定是，通过下入作业油管连接开窗导向器和倾角传感器至非金属套管 内，作业油管下到指定开窗井深位置后，通过数据传输线通电开启倾角传感器，测试导向器 出口方向以确定开窗窗口的方位；水力喷射开窗是，在作业油管中下入连续油管，在连续油管前部依序连接有水力旋转 器、万向节和割刀，通过地面高压泵泵注高压水，高压水经过连续油管输送到水力旋转器并 驱动万向节带动割刀旋转，由此在非金属套管管壁上确定的开窗位置进行开窗作业。
6.如权利要求1所述的水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法，其特征在于所述步骤(4)是，将由连续油管、高压软管、自进喷头组成的水力喷射管串通过作业油管及其前端导 向器窗口形成的通道导入到非金属套管管壁上的开窗位置，由地面高压泵泵注高压水，高 压水通过连续油管及前端高压软管输送至自进喷头，一部分高压水经自进喷头前端喷嘴喷 出破煤形成孔眼，一部分高压水通过自进喷头侧后喷嘴喷出冲击孔眼煤壁实现割缝，并形 成卸压条带。
全文摘要
本发明为一种水力喷射钻孔卸压开采煤层气的方法，该方法至少包括如下步骤(1)在煤层顶板上部钻直井并下入金属套管固井；(2)在煤层段钻井且下入非金属套管；(3)利用开窗设备在非金属套管的管壁上间隔开设多个开窗；(4)利用水力喷射钻孔设备在煤层段侧向开窗处进行喷射钻孔；喷头前端水力破煤形成孔眼的同时，喷头侧后端水力对煤壁实现割缝，并形成卸压条带。本发明使用非金属套管下入煤层段保证了煤层段井眼的稳定性，避免井筒坍塌和对煤炭开采遗留隐患；增加了煤层气井井筒与煤层接触面积，释放井眼周边煤层应力，提高了煤层透气性；能够有效释放煤层气井产能，提高煤层气采收率。
文档编号E21B43/26GK101936153SQ20101028132
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者刘升贵 申请人:中矿瑞杰(北京)科技有限公司