一种戟式煤层气水平井钻进方法与流程

本发明涉及煤层气开采技术领域，尤其涉及一种戟式煤层气水平井钻进方法。

背景技术：

中高煤阶煤储层渗透率低、非均质性强，常规直井压裂生产方式存在压裂裂缝延伸距离、裂缝高度难以控制，排采平均产量较低、产量衰竭的难题；单支水平井存在控制面积小，难以形成有效面积降压，同时在沟谷发育、森林茂密地区，井场选择存在很大的限制。因此，采用在一个井场部署多个水平井并优化组合可以解决裂缝延伸方向、距离、高度以及有效形成面积降压等问题。

当前，煤层气水平井种类繁多，主要有羽状水平井、u型井两种类型。羽状水平井通常由一口工程井和一口排采直井组成，工程井采用双主支、多分支的形式钻井。该井型钻井方式为先钻排采直井，钻穿目的煤层后，向下继续钻探80-100米留做口袋；然后钻探工程井，工程井在排采井前200米左右着陆，然后沿着目的煤层钻进，穿过排采井，先钻一侧主支，再在主支上由远端向近端钻探5-6个分支，完成后，再钻另一侧的主支和分支，主支和分支均为裸眼完井。u型井由一口工程井和一口排采井组成，通常在构造低部位先钻探排采直井，然后在构造高部位向低部位钻探工程井穿过排采井，形成u型井，早期，煤层段都是裸眼完井，近几年开始下入pvc筛管完井。从单井控制面积和地质储量来看，前者通常是直井的8-10倍，钻井成本也是单井的8-10倍；后者通常为直井的4倍左右，钻井成本也是单井的4倍左右。

这两种水平井普遍存在三方面的问题，一是煤层厚度较薄时(3-5米)，钻井过程中经常出层，造成煤层钻遇率较低，影响煤层气井的产能；二是水平段裸眼完井，容易造成井壁坍塌，导致煤层气井产量下降或者报废；三是现有的水平井普遍由一口工程井和一口排采直井组成，造成钻井成本高，占地面积大，井场优选局限等问题。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种戟式煤层气水平井钻进方法，以提供一种煤层钻遇率高的水平井钻进方法。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种戟式煤层气水平井钻进方法，所述戟式煤层气水平井包括分别位于两侧的两个单分支水平井和位于中间的多分支水平井，该方法包括：

钻一个单分支水平井；

钻多分支水平井；

钻另一个单分支水平井，

其中所述钻多分支水平井包括：

从所述多分支水平井在目的煤层的着陆点起，钻第一段主支；

在所述第一段主支的前向末端向该段主支的第一侧钻第一侧分支；

在所述第一段主支的前向末端钻第二段主支；

在该第二段主支的前向末端向该第二段主支的第二侧钻第二侧分支，所述第一侧与所述第二侧相反；

交替在上一段主支的前向末端钻一段主支和在该段主支的前向末端钻一个分支，每个分支与上一个分支分布在所述主支的相反侧；

当所述主支到达目的煤层的靶点时所述多分支水平井完钻。

可选择地，还包括：

在钻井之前，根据构造条件、地质任务以及煤层裂缝发育方向，设定每个水平井的井点位置、钻进方向及彼此间距。

可选择地，还包括：

在钻每个水平井之前，在对应的井点位置进行直井导眼钻探并取芯。

可选择地，还包括：

对于每个水平井，在直井导眼钻探并取芯之后，在执行水平钻进操作之前，执行侧钻，以设定的狗腿度钻进至着陆点。

可选择地，所述设定的狗腿度为7°/30m到9°/30m。

可选择地，还包括：

在直井导眼钻探并取芯之后，在执行侧钻之前，根据钻探结果，修正目的煤层构造图，测算目的煤层的地层倾角。

可选择地，还包括：

在直井导眼钻探并取芯之后，在执行侧钻之前，在预定的侧钻点附近的直井井段打水泥塞。

可选择地，每个分支在所述主支的延伸方向上的投影的长度大于与该分支的末端相接的下一段主支的长度。

可选择地，在钻每个所述分支之后，还根据钻探结果修正煤层构造图，下一段主支的钻进方向根据修正后的煤层构造图调整。

可选择地，每个所述分支和与该分支的末端相接的下一段主支所成的夹角的大小均为30°到40°。

可选择地，还包括：

当到达水平井在目的煤层的靶点后，将所述主支下入筛管，分支裸眼完井。

可选择地，还包括：

在每个所述单分支水平井完钻后，下入技术套管至井底。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

1、通过在一个井场部署三口水平井，比在三个井场分别部署水平井减少用地面积55％以上，并且可以从工程井(即水平井)直接排采，去掉了排采直井，降低了钻井成本。

2、每钻一段主支后都钻一段分支，通过递进式钻进，明确了下一段的煤层产状，能及时修正煤层构造图，提高了煤层钻遇率；

3、通过在主支分别下入套管和筛管，有效地保持了井壁稳定，并可以进行维护作业，延长了钻井使用寿命；

4、通过合理设计主支间距、各分支与主支的夹角及长度，有效的沟通了煤储层裂缝，扩大了控气面积。

5、戟式水平井控气面积分别是多分支水平井、单一的单支水平井和直井的2-7倍，而单井产量则分别可达2-8倍。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。

图1是根据本发明一实施例的戟式煤层气水平井钻进方法的流程图。

图2是图1中的步骤s2的具体步骤的流程图。

图3是本发明一个例示性戟式煤层气水平井的平面示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明的主要构思是依次钻位于一侧的单支水平井、位于中间多支水平井和位于另一侧的另一个单支水平井，其中钻多支水平井时交替执行主支和分支的钻进，通过分支的钻进探明下一段主支将要穿过的煤层海拔，修正主支钻进方向，并通过戟式井扩大控气面积，从而提高煤层气产量。

基于上述发明构思，本发明一实施例提供了一种戟式煤层气水平井钻进方法，戟式煤层气水平井包括分别位于两侧的两个单分支水平井和位于中间的多分支水平井，如图1所示，该方法包括：

步骤s11：钻一个单分支水平井；

步骤s2：钻多分支水平井；

步骤s3：钻另一个单分支水平井。

其中如图2所示，步骤s2具体为：

步骤s21：从水平井在目的煤层的着陆点起，钻第一段主支。

步骤s22：在第一段主支的前向末端(与该段主支的起始点相对的末端)向该段主支的第一侧钻第一侧分支。

步骤s23：在第一段主支的前向末端钻第二段主支。

步骤s24:在该第二段主支的前向末端向该第二段主支的第二侧钻第二侧分支，第一侧与第二侧相反。

然后，交替在上一段主支的前向末端钻一段主支和在该段主支的前向末端钻一个分支，每一个分支与上一个分支分布在主支的相反侧，当主支到达目的煤层的靶点时完钻。这具体可通过下列步骤实现：

步骤s25：在上一段主支的前向末端钻一段主支。

当主支没有到达预定的靶点时，进行步骤s6，否则多分支水平井完钻。

步骤s26:在该段主支的前向末端钻一个分支。

在本实施例中，在钻多分支水平井时，由于每钻一段主支后都钻一段分支，因此可以通过分支的钻进探明下一段主支将要穿过的煤层构造，修正主支钻进方向，从而有效提高煤层的钻遇率，避免钻进方向错误导致不必要的损失；同时两个单分支水平井分设于多分支水平井的两侧，有效沟通了煤储层裂缝，扩大了控气面积，提高了单井产量。

在本实施例的上述方案的基础上，还可做下列改进：

在钻井之前，根据构造条件、地质任务以及煤层裂缝发育方向，设定每个水平井的井点位置、钻进方向及彼此间距(相邻水平井的主支直线段之间的距离)。井点位置所在的井场大小要容得下布置三口水平井，一般不小于80×150m，相邻水平井的井点位置之间间距一般为5m左右，直线段主支平行，着陆点之间距离可为200m，靶点之间距离也可为200m。

在钻每个水平井之前，在对应的井点位置进行直井导眼钻探并取芯。从而获取目的煤层埋深、厚度、煤层及顶底板性质等相关参数。

对于每个水平井，在直井导眼钻探并取芯之后，在执行水平钻进操作(即从着陆点开始的钻进)之前，可执行侧钻，以设定的狗腿度钻进至着陆点。设定的狗腿度例如可为7°/30m到9°/30m。狗腿度指的是从井眼内的一点到另一个点，井眼前进方向在垂直方向上变化的角度。该角度即反映了井斜角度的变化，又反映了方位角度的变化，通常又叫全角变化率或井眼曲率。单分支水平井还需在水平方向相对多分支水平井向外逐渐推移到达着陆点。

在直井导眼钻探并取芯之后，在执行侧钻之前，可根据钻探结果，修正目的煤层构造图，测算目的煤层的地层倾角，从而便于选定或修正侧钻点。

在直井导眼钻探并取芯之后，在执行侧钻之前，在预定的侧钻点附近的直井井段打水泥塞。水泥塞例如可为150m，最高点例如位于侧钻点下方的2米左右，以便于钻具的放置。

对于多分支水平井，优选每个分支在主支的延伸方向上的投影的长度大于与该分支的末端相接的下一段主支的长度。即每个分支的远离主支的末端向主支的延伸方向做垂直于该方向的垂线，与该方向相交的点超出了与该分支的末端相接的下一段主支。例如每段主支150m，每段分支200m，每个分支与主支所成夹角的绝对值是35°。这样在钻下一段主支之前，分支的长度已经确保可以探明下一段主支将要穿过的煤层构造。

在钻每个分支之后，还根据钻探结果修正煤层构造图，下一段主支的钻进方向根据修正后的煤层构造图调整。这样可以避免钻进方向错误，减少成本浪费。同时，在钻一个单分支水平井之后，还可根据钻井结果修正构造图，测算地层倾角。

每个分支和与该分支的末端相接的下一段主支所成的夹角的大小可均为30°到40°。这样的角度既利于扩大控气面积，又有助于探明主支前进方向的煤层状况。

当到达多分支水平井在目的煤层的靶点后，可将主支下入筛管，分支裸眼完井。通过在主支下入筛管，有效地保持了井壁稳定，并可以进行维护作业，延长了钻井使用寿命。

优选在每个单分支水平井完钻后，下入技术套管至井底。

图3是一个例示性递进式钻进鱼骨状煤层气水平井的平面示意图，图中，实线为水平井钻井轨迹在平面上的投影，点划线为水平井控制的含气面积边界，虚线为煤岩主裂缝发育方向。

p1、p2、p3：分别为三口水平井的井口位置，间距为5m。

p1着陆点、p2着陆点、p3着陆点：分别为三口水平井在目的层的着陆点位置，间距为200m。

p1靶点、p2靶点、p3靶点：分别为三口水平井在目的煤层的靶点位置，间距为200m。

p1着陆点-p1靶点、p2着陆点-p2靶点、p3着陆点-p3靶点：分别为三口水平井的主支钻进平面直线段轨迹，长度分别为1000m。

l1点、l2点、l3点、l4点、l5点、l6点：分别为多分支水平井各分支在主支上的侧钻点(即上面实施例中的前向末端)，间距为150m，另l1点距p1着陆点也是150m。

l1、l2、l3、l4、l5、l6：分别为各分支在目的煤层的靶点位置。

l1点-l1、l2点-l2、l3点-l3、l4点-l4、l5点-l5、l6点-l6：为6个分支的钻进平面轨迹，长度分别为200m。

l1点-l1分支、l3点-l3分支、l5点-l5分支与主支的夹角为+35°，l2点-l2分支、l4点-l4分支、l6点-l6分支与主支的夹角为-35°。

含气面积边界的确定：分别以p1着陆点、p3着陆点、p1靶点、p3靶点为基点的连线长方形外推一个井距，井距为250m。

每个水平井主支轨迹的实际钻进方位以垂直煤层裂缝发育方向为准，一般选择垂直或者大角度斜交煤层的主裂缝。

井口坐标摆放位置结合井场实际形状及水平井钻进方位进行优化实施，相邻井口间距保持5m不变。

下面再以另一实施例介绍本发明的具体应用。

沁水盆地某地区，目的煤层是3#煤层，埋藏深度1061.65-1067.70m，厚度6.05m，煤层含气量为16-21m³/t；煤岩主裂缝发育方向主要在n46°e—n57°e之间，主裂缝发育密度为4-16条/cm，结合地震剖面，水平井轨迹方位设计为292.5°；该区为简单的向斜构造，地层倾角一般在0.45-3.48°之间，井口位于向斜的底部；根据地层产状变化及断裂发育特征，设计水平井段主支长度为800m，分支六个，长度分别为150-250m，井身设计为二开结构。

钻进步骤如下：

⑴在第一井口用d311.2mm的牙轮钻头一开钻进60m，确保钻穿基岩风化带，下入d244.5mm表层套管58m，注水泥封固地表疏松层、砾石层。

⑵用d215.9mm的pdc钻头二开钻进，钻至距目的煤层顶5m开始取芯20m，之后继续钻进25m完钻，并根据实钻数据修正构造图。

⑶在侧钻点附近井段打水泥塞150m，开始侧钻单支水平井，用d215.9mm的pdc钻头，按照8°/30m狗腿度方式侧钻至第一着陆点(第一着陆点距第一井口水平位移279.33m，方位336.77°)。

⑷按照292.5°方位钻水平井段长800m后，下入d139.7mm的技术套管至井底完井，并修正构造图，测算地层倾角。

⑸钻机西移5m至第二井口，用d311.2mm的牙轮钻头一开钻进60m，下入d244.5mm表层套管58m，注水泥封固地表疏松层、砾石层。

⑹用d215.9mm的pdc钻头二开钻进，按照8°/30m狗腿度方式钻进至第二着陆点(第二着陆点距第二井口水平位移200m，方位292.5°)。

⑺钻主支150m到达第一分支点后，以257.5°方位角钻第一分支，钻进150m，以探明下一段主支将要穿过的煤层海拔，第一分支完钻后修正构造图。

⑻钻头抽回至第一分支点，在新构造图的基础上，按照292.5°方位钻进主支100m到达第二分支点，然后以327.5°方位角钻第二分支，钻进150m结束，以探明下一段主支将要穿过的煤层海拔，并修正构造图。

⑼钻头抽回至第二分支点，在新构造图的基础上，继续按照292.5°方位钻进主支100m到达第三分支点，然后以257.5°方位角钻第三分支，钻进200m结束，以探明下一段主支将要穿过的煤层海拔，并修正构造图。

⑽钻头抽回至第三分支点，在新构造图的基础上，继续按照292.5°方位钻进主支100m到达第四分支点，然后以327.5°方位角钻第四分支，钻进200m结束，以探明下一段主支将要穿过的煤层海拔，并修正构造图。

⑾钻头抽回至第四分支点，在新构造图的基础上，继续按照292.5°方位钻进主支100m到达第五分支点，然后以257.5°方位角钻第五分支，钻进250m结束，以探明下一段主支将要穿过的煤层海拔，并修正构造图。

⑿钻头抽回至第五分支点，在新构造图的基础上，继续按照292.5°方位钻进主支100m到达第六分支点，然后以327.5°方位角钻第六分支，钻进250m结束，以探明下一段主支将要穿过的煤层海拔，并修正构造图。

⒀钻头抽回至第六分支点，在新构造图的基础上，继续按照292.5°方位钻进主支150m到靶点完钻。

⒁钻达设计井深后，主支下入d139.7mm筛管、分支裸眼完井。(水平段主支长度800m，6个分支累计长度1200m。)

⒂钻机西移5m至第三井口，用d311.2mm的牙轮钻头一开钻进60m，下入d244.5mm表层套管58m，注水泥封固地表疏松层、砾石层。

⒃用d215.9mm的pdc钻头二开钻进，按照8°/30m狗腿度方式钻进至着陆点3(第三着陆点距第三井口水平位移279.33m，方位248.23°)。

⒄按照292.5°方位钻水平井段长800m后，下入d139.7mm技术套管至井底完井。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。