一种条带区域瓦斯抽采超短半径多分支井钻完井方法与流程

本发明属于煤层气开发领域，具体涉及一种条带区域瓦斯抽采超短半径多分支井钻完井方法。

背景技术：

1、我国煤层气储层地质条件差、增产改造难度大、单井产量低，整体处于低效开发阶段，同时，煤层气(瓦斯)还是井下巷道掘进和煤炭资源开采过程中的重大安全隐患，而通过沿煤巷条带区域部署地面钻井开发煤层气，实现瓦斯预抽，不仅能变废为宝充分利用资源，还能达到煤巷条带的瓦斯消突的要求。

2、提高单井产气量是当前煤层气开采的关键问题，现有的技术途径主要有两类，一类是采取技术措施对储层进行改造，提高煤层的渗透性，技术措施以水力加砂压裂改造为主，其缺陷在于：由于煤层胶结程度弱、力学强度和弹性模量低、泊松比高，加砂压裂后，在煤储层中难以形成稳定长裂缝、裂缝沟通能力有限，在井筒周围形成的压降漏斗范围小，最终导致有效改造面积较小。另一类是改进煤层气井钻完井技术，目前煤层气勘探开发以直井或单、多分支水平井为主要井型，三种井型均存在一定缺点，难以完全满足煤层气开发的需要，具体包括：常规直井的控制面积小，煤粉产出导致频繁修井，产气量低；单支水平井应用在条带区域预抽效果不理想；多分支水平井在钻井过程中煤层段井壁容易垮塌，排采过程中煤粉会进入井筒内，导致煤粉颗粒卡泵事故，造成频繁修井，且钻井成本高。

3、煤层气井完井后首先要进行排水降压，目前排水采气技术主要采用抽油机等杆式泵及电潜泵、螺杆泵等无杆泵从井筒内排水。上述工艺都不同程度的存在着一些缺陷：杆式泵产液量小、煤粉适应性差，不适合水平井排水，电潜泵、螺杆泵、射流泵、隔膜泵等存在严重的卡堵、气锁等现象。因此，不受井型及煤层产水量限制，能够满足排水采气工艺要求的技术备受关注。

4、综上所述，亟待开发一种适用于条带区域瓦斯抽采的煤层气开发技术，以解决现有技术中存在的煤层气储层改造和排水采气的技术困境，在进行煤层气高效开发的同时，满足煤巷条带区域的瓦斯消突要求，确保巷道安全高效掘进。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种条带区域瓦斯抽采超短半径多分支井钻完井方法，以解决现有技术中存在的条带区域煤层气单井产气量低以及排水采气效果不理想的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

3、一种条带区域瓦斯抽采超短半径多分支井钻完井方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、步骤1、获取条带区域目标煤层的煤层勘探数据和邻井资料，所述邻井资料包括钻前煤层流压、分支井井底流压，所述煤层勘探数据包括煤层高程数据、煤层倾角数据、煤层倾角、煤层三维地应力数据、煤层孔隙度和煤层渗透率；然后根据得到的数据设定主井钻进轨迹；

5、其中，所述煤层三维地应力数据包括最小水平主应力σh、最大水平主应力σh和分支井轴线垂向主应力σv；

6、当σh>σh>σv或σh>σv>σh时，根据得到的三维地应力数据计算分支井方位角；

7、步骤2、根据步骤1得到的资料确定分支井的解析半径，以确定的解析半径作为相邻超短半径多分支井的最优间距；

8、步骤3、按照设定的主井钻进轨迹施工主井，在进行主井完井前的最后一次钻进时，在近钻头处接入强磁短节，并在煤矿巷道预定的连通点处安装磁测距探管，借助旋转磁测距系统实现水平井趾端与煤矿巷道的连通，采用筛管方式完井，同时以封隔器和套管阀暂堵水平井趾端，至此完成主井钻进；

9、步骤4、根据步骤1确定的分支井方位角及步骤2确定的相邻超短半径多分支井的最优间距在主井两侧完成超短半径分支井的钻完井。

10、本发明还具有以下技术特征：

11、具体的，步骤1所述分支井方位角通过以下公式确定：

12、

13、式中：

14、θ为分支井方位角，单位为°；

15、σh为最大水平主应力，单位为mpa；

16、σh为最小水平主应力，单位为mpa；

17、σv为分支井轴线垂向主应力，单位为mpa。

18、更进一步的，步骤2所述的解析半径通过以下公式确定：

19、

20、式中：

21、γb为分支井井筒半径，单位为m；

22、p为钻前煤层流压，单位为mpa；

23、pc为临界解吸压力，单位为mpa；

24、pvhp为分支井井底流压，单位为mpa；

25、β为地层水泄流指数，无因次。

26、更进一步的，所述地层水泄流指数通过以下公式确定：

27、

28、式中：

29、β为地层水泄流指数，无因次；

30、t为泄流时间，单位为d(天)；

31、k为煤层渗透率，单位为md；

32、为煤层孔隙度，单位为％。

33、更进一步的，所述步骤1还包括：根据获取的煤层高程数据和煤层倾角数据，以煤层倾角小于0°的煤层作为目标煤层，然后以目标煤层最高点为造斜段入窗点，完成主井造斜段的设计。

34、更进一步的，步骤1设定的主井钻进轨迹应满足以下条件：主井钻进轨迹上任意点的高程低于入窗点的高程。

35、更进一步的，步骤4中施工超短半径分支井的参数包括：超短半径分支井井眼的曲率半径为2～3m、且超短半径分支井在目标煤层内的水平延伸距离为20～30m。

36、本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

37、(1)本发明方法实现了超短半径多分支水平井的钻完井，通过本发明方法构造的分支井轨迹可控、有效控制面积大、煤层气解吸效果好，解决了水力压裂裂缝不确定、增产效果不明显的问题。

38、(2)采用本发明方法得到的主井眼与巷道连通，在完井后，通过调控设置在套管上的套管阀的开闭，可以将井筒的煤层产水排入巷道管汇，达到降压目的，加快煤层气的解吸产出。

39、(3)采用本发明方法得到的完钻井眼的直径尺寸可达200mm以上，具有更大泄流面积，钻进扭矩可达30kn·m，钻速高，煤层平均钻速可达30m/h，井筒液柱压力能够平衡地层流压，避免松软煤层井壁坍塌，从而有效解决了现有技术中坑道钻孔的孔径小、钻速慢、孔壁稳定性差、成孔困难等技术问题。

技术特征：

1.一种条带区域瓦斯抽采超短半径多分支井钻完井方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的条带区域瓦斯抽采超短半径多分支井钻完井方法，其特征在于，步骤1所述分支井方位角通过以下公式确定：

3.如权利要求1所述的条带区域瓦斯抽采超短半径多分支井钻完井方法，其特征在于，步骤2所述的解析半径通过以下公式确定：

4.如权利要求3所述的条带区域瓦斯抽采超短半径多分支井钻完井方法，其特征在于，所述地层水泄流指数通过以下公式确定：

5.如权利要求1所述的条带区域瓦斯抽采超短半径多分支井钻完井方法，其特征在于，所述步骤1还包括：根据获取的煤层高程数据和煤层倾角数据，以煤层倾角小于0°的煤层作为目标煤层，然后以目标煤层最高点为造斜段入窗点，完成主井造斜段的设计。

6.如权利要求1所述的条带区域瓦斯抽采超短半径多分支井钻完井方法，其特征在于，步骤1设定的主井钻进轨迹应满足以下条件：主井钻进轨迹上任意点的高程低于入窗点的高程。

7.如权利要求4所述的条带区域瓦斯抽采超短半径多分支井钻完井方法，其特征在于，步骤4中施工超短半径分支井的参数包括：超短半径分支井井眼的曲率半径为2～3m、且超短半径分支井在目标煤层内的水平延伸距离为20～30m。

技术总结
本发明公开一种条带区域瓦斯抽采超短半径多分支井钻完井方法，包括以下步骤：步骤1、获取条带区域目标煤层的煤层勘探数据和邻井资料，根据得到的资料计算分支井方位角；步骤2、根据步骤1得到的资料确定分支井的解析半径，以确定的解析半径作为相邻超短半径多分支井的最优间距；步骤3、按照设定的主井钻进轨迹施工主井，完成主井钻进；步骤4、根据步骤1确定的分支井方位角及步骤2确定的相邻超短半径多分支井的最优间距在主井两侧完成超短半径分支井的钻完井。本发明方法实现了超短半径多分支水平井的钻完井，通过本发明方法构造的分支井轨迹可控、有效控制面积大、煤层气解吸效果好，解决了水力压裂裂缝不确定、增产效果不明显的问题。

技术研发人员：张杰,宋昱播,公丕进,王毅,莫海涛
受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11