一种基于直井改造的具有多分支水平井系统的煤层气井的制作方法

本实用新型属于煤层气资源开采技术领域，具体涉及一种基于直井改造的具有多分支水平井系统的煤层气井。

背景技术：

煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。俗称“瓦斯”，热值是通用煤的2-5倍，1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤层气空气浓度达到5％-16％时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70％到85％。煤层气的开发利用具有一举多得的功效：洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益，为国家战略资源。

煤层中一般含有水，故在进行开采前，需通过排水形成压降漏斗来降低平均储层压力，可见煤层气的产出是一个复杂的降压—解吸—扩散—渗流的过程。这也是煤层气藏与常规气藏的主要区别。目前煤层气完钻水平井多采用裸眼完井模式，但是，水平井在排采期间易发生煤层垮塌、煤粉堵塞井眼事故，是造成单井日产量低的主要原因之一。因此研究煤层气U型井煤粉产出机理，可对实现煤层气的高效开采提供重要的理论依据。

我国煤层气地面抽采技术，最初多数是借鉴了国外的打直井然后压裂开采技术，由此我国在煤层气开采初期全国范围内打了很多的直井，直井煤层裸露面积少，再加上煤层低渗透性地质条件的影响，大部分直井的产气量不理想。

到目前为止，中国煤层气地面抽采井数量超过14,000口，其中70％的煤层气井产气量达不到商业产气量标准(1000方/天)，为了盘活这些煤层气井，我们在充分利用原有老井的基础上对这些老井进行井型改造，增加产气量，使老树发新芽，让这些老井起死回生，重新焕发出光彩。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种基于直井改造的具有多分支水平井系统的煤层气井，其可以增加煤层的裸露面积，更好地沟通渗流通道，增大单井控制储量，可以提高区域产气量。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

一种基于直井改造的具有多分支水平井系统的煤层气井，其包括：

依次设置的第一直井、第二直井和第三直井；

多分支水平井系统，包括水平主井和若干水平分支井，水平主井包括依次连接的竖直段、转折段和水平段，竖直段由第一直井的上部构成，转折段由竖直段的侧窗向外延伸，水平段包括依次连接的第一水平段、第二水平段和第三水平段，第一水平段一端连接转折段，另一端与第二直井连通，第二水平段一端与第二直井连通，另一端与第三直井连通，第三水平段与第三直井连通。

借助上述结构的设置，不但有效的提高了空间利用率，大大提高了整个区域的产气量，更能有效的利用资源，减少了水平井地面钻前工程的施工量和钻井施工量及搬迁费用，节约了成本。除了增加了各煤层气井的井间干扰，同时，由于在水平主井的水平段对接第二、第三两口直井的钻进过程中对煤层原始地层应力的改变，也大大提高了煤层的渗透率，有利于煤层气的解吸、扩散和运移，为煤层内部煤层气的释放创造了良好条件，增加了煤层气的采收率。

本实用新型的一个实施例中，若干水平分支井中的一部分设于第一水平段，另一部分设于第二水平段。

本实用新型的一个实施例中，第一水平段与第二水平段之间具有一预定夹角α，预定夹角α介于170°至180°之间。

较佳的，水平段整体大致呈一直线。

本实用新型的一个实施例中，第三水平段长度在100m至200m之间。

本实用新型的一个实施例中，竖直段设置有PE管或玻璃钢管。

本实用新型的一个实施例中，转折段设置有PE管或玻璃钢管。

本实用新型的一个实施例中，水平段设置有PE筛管或玻璃钢筛管。

本实用新型的一个实施例中，第二直井对应水平主井位置的套管预先锻铣掉。

本实用新型的一个实施例中，第三直井对应水平主井位置的套管预先锻铣掉。

本实用新型的一个实施例中，第二直井对应于水平段的位置设置有连接构件，供水平段穿设连接。

较佳的，水平段与连接构件之间设置有过渡夹层，过渡夹层采用弹性材质制成，过渡夹层粘结于连接构件。借以防止振动导致的碰撞。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：本实用新型的煤层气井不但有效的提高了空间利用率，大大提高了整个区域的产气量，更能有效的利用资源，减少了水平井地面钻前工程的施工量和钻井施工量及搬迁费用，节约了成本。本实用新型的煤层气井除了增加了各煤层气井的井间干扰，同时，由于在水平主井的水平段对接第二、第三两口直井的钻进过程中对煤层原始地层应力的改变，也大大提高了煤层的渗透率，有利于煤层气的解吸、扩散和运移，为煤层内部煤层气的释放创造了良好条件，增加了煤层气的采收率。另外，后期排采施工中，修井时，两口直井可以先后建立循环，洗井更充分更彻底。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的煤层气井的整体水平投影结构的示意图；

图2为本实用新型第一实施例的煤层气井的整体结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例的煤层气井的剖切结构示意图。

【附图标记说明】

1：第一直井；

2：第二直井；

3：第三直井；

4：水平主井；

41：竖直段；

42：转折段；

43：水平段；

431：第一水平段；

432：第二水平段；

433：第三水平段；

5：水平分支井。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

参见图1、图2和图3，本实用新型第一实施例的基于直井改造的具有多分支水平井系统的煤层气井，其包括：

依次设置的第一直井1、第二直井2和第三直井3；

多分支水平井系统，包括水平主井4和若干水平分支井5，水平主井4包括依次连接的竖直段41、转折段42和水平段43，竖直段41由第一直井1的上部构成，转折段42由竖直段41的侧窗向外延伸，水平段43包括依次连接的第一水平段431、第二水平段432和第三水平段433，第一水平段431一端连接转折段42，另一端与第二直井2连通，第二水平段432一端与第二直井2连通，另一端与第三直井3连通，第三水平段433与第三直井3连通。

借助上述结构的设置，不但有效的提高了空间利用率，大大提高了整个区域的产气量，更能有效的利用资源，减少了水平井地面钻前工程的施工量和钻井施工量及搬迁费用，节约了成本。除了增加了各煤层气井的井间干扰，同时，由于在水平主井4的水平段43对接第二、第三两口直井的钻进过程中对煤层原始地层应力的改变，也大大提高了煤层的渗透率，有利于煤层气的解吸、扩散和运移，为煤层内部煤层气的释放创造了良好条件，增加了煤层气的采收率。

其中，若干水平分支井5中的一部分设于第一水平段431，另一部分设于第二水平段432。

其中，第一水平段431与第二水平段432之间具有一预定夹角α，预定夹角α介于170°至180°之间。

较佳的，水平段43整体大致呈一直线。

如图3所示，水平段43可以是一个整体，即第一水平段431、第二水平段432和第三水平段433之间不分离。

其中，第三水平段433长度在100m至200m之间。

其中，竖直段41设置有PE管或玻璃钢管。

其中，转折段42设置有PE管或玻璃钢管。

其中，水平段43设置有PE筛管或玻璃钢筛管。

其中，第二直井2对应水平主井4位置的套管预先锻铣掉。

其中，第三直井3对应水平主井4位置的套管预先锻铣掉。

本实用新型的一个实施例中，第二直井2对应于水平段43的位置设置有连接构件，供水平段43穿设连接。

具体的，连接构件具有四个连接接口以及若干开口，其中，四个连接接口两两相对设置，第一对相对设置的两个连接接口分别连接第二直井2的上半段和下半段，第二对相对设置的两个连接接口分别连接水平段43的第一水平段431和第二水平段432，若干开口包括三角形开口和圆角三角形开口。

其中，水平段43的PE筛管或玻璃钢筛管穿设支撑于连接构件中，较佳的，水平段43的PE筛管或玻璃钢筛管与连接构件之间设置有过渡夹层，过渡夹层采用弹性材质制成，如橡胶，过渡夹层粘结于连接构件。

应用时，本实用新型可以按如下方法实施(以对现有直井进行改造为例说明)：

步骤1，首先对已有直井的井史资料及生产数据进行分析，并搜集相关区域的其它地质资料，优选合适的三口直井，建立三维模型；

步骤2，在选定的目标区域内，确定预改造为多分支水平井系统的竖直段41的第一直井1和另两口用于对接的第二直井2和第三直井3，例如选择最远端的一口直井作为第一直井1，复测各个井口的坐标，做出设计；

步骤3，采用现有的套管锻铣技术，将用于对接的两口直井的目标煤层段的套管锻铣掉，锻铣完成后，下入RMRS仪器(即Rotary Magnetic Ranging System，旋转磁测距系统)，测数据，确定目标段的磁干扰不影响后期对接施工，锻铣成功，顺便测出直井的井斜数据，获知直井的井身轨迹走向数据(注：套管铣削的长度根据对接仪器RMRS的要求确定)；

步骤4，对由第一直井1改造而成的竖直段41进行套管开窗作业，先设定好角度后，开始开窗作业，之后开始水平井作业，开窗之后，一定要修窗口，避免起钻事故的发生；

步骤5，开始水平主井4造斜段施工，把握好全角变化率，选择合适的着陆点，及着陆时的角度；

步骤6，水平段43的施工，宗旨是先分支后主支，携手并进，施工过程设计好分支的离开角，水平段43施工时应防止煤层垮塌造成卡钻、埋钻等事故；

步骤7，第一次连通，距离第二直井2剩余100米左右时，起钻下入强磁接头，同时第二直井2下入RMRS仪器，开始连通作业；

步骤8，第一次连通完成之后，封住第二直井2的井口，开始第二水平段432施工(施工方法参见步骤6)；

步骤9，第二水平段432距离靶点剩余100米时，开始连通作业(施工方法参见步骤7)，连通完成后，继续施工，再打100-200米左右，完钻；

步骤10，完钻后，用泥浆清洗剂溶液充分清洗水平分支井5，移除钻井过程中泥浆对煤层表面造成的污染(注：清洗时间不少于8个小时)，然后在水平主井4下入PE筛管支撑煤层，完井；

步骤11，将常规排采设备下入对接的两口直井中进行排采(注：排采初期注意控制液面下降的速度)。

综上所述，本实用新型的煤层气井不但有效的提高了空间利用率，大大提高了整个区域的产气量，更能有效的利用资源，减少了水平井地面钻前工程的施工量和钻井施工量及搬迁费用，节约了成本。本实用新型的煤层气井除了增加了各煤层气井的井间干扰，同时，由于在水平主井的水平段对接第二、第三两口直井的钻进过程中对煤层原始地层应力的改变，也大大提高了煤层的渗透率，有利于煤层气的解吸、扩散和运移，为煤层内部煤层气的释放创造了良好条件，增加了煤层气的采收率。另外，后期排采施工中，修井时，两口直井可以先后建立循环，洗井更充分更彻底。