專利名稱：水平裸眼導流槽井和糖葫蘆井煤層氣開采方法
水平棵眼導流槽井和糖葫蘆井煤層氣開采方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種煤層氣開采領域煤層氣開采方法，具體涉及一種用流體切 割槍在煤層水平裸眼井段，釆用高壓空氣一水混合流體在井眼附近煤層中切割 出若一組具一定深度和相位角的導流槽，形成導流槽井，以及在煤層水平井段 交替切割出導流槽和具一定間距和一定直徑大小的一串切割洞穴，形成由井眼 和導流槽連通的洞穴串井一糖葫蘆井，以及由該二類井構成的井組來開采煤層 氣方法。
背景技術：
在煤層氣勘探開釆領域，通常釆用鉆探煤層氣井，通過排水降壓使煤層中的甲 烷氣解吸而產出(排水釆氣)來實現煤層氣的開釆。目前，煤層氣開采井主要有垂 直井、水平井、水平多分支井(羽狀井)和倒傘狀井組。垂直井是通過鉆井工藝垂 直穿透煤層，完井后通過水力壓裂強化改造來實現煤層氣的商業(yè)性開采。其優(yōu)點是 鉆井工藝簡單、壓裂強化工藝方法成熟、工程造價低廉、適合在地勢平緩的區(qū)域鉆 布開釆井網。其缺點是單井產氣量較低、不利于集中排水采氣管理、后期生產費用 較大，尤其是強化壓裂造成排水釆氣過程中有大量的煤粉產出，導致煤層中裂縫導 流通道堵塞，使產氣量、水氣量下降，甚至埋卡排水管柱，造成頻繁修井。水平井 是通過水平井鉆井工藝實現裸眼井段在煤層中長距離穿越。多分支井是在水平主井 的兩翼，鉆多個沿煤層長距離穿越的分支井來增加氣水排泄面積，然后通過后鉆的 垂直排水井形成排水采氣開釆井組，進而實現煤層氣開釆。倒傘狀井組是一口垂直 排水井位于井組中間，四周分布若干口以中間的垂直排水井為靶心，在煤層中長距 離穿越定向水平井。水平井、多分支井和倒傘狀井組的優(yōu)點是煤層排泄面積大、煤 層氣產量高、煤層基本保持原始狀態(tài)、相對垂直壓裂井煤粉產出較少、煤層中裂隙 裂縫不易被煤粉堵塞、能集中排水采氣與生產管理、開采期生產費用相對較低、適 用于地面地形較復雜和煤層固結程度較高的區(qū)域布井，其缺點是鉆井工藝復雜、工 程難度大、費用高、井徑小、鉆井期間易污染煤層、排采期間煤層垮塌易堵塞井眼、 垮塌堵塞井眼維修難度大、大段水平裸眼井段煤層不能強化改造、原生氣液排泄導 流通道(裂隙、裂縫)能力有限等缺點。 發(fā)明內容為了克服垂直井單井產氣量較低、不利于集中排水釆氣管理、生產費用較 大，尤其是強化壓裂造成排水釆氣過程中有大量的煤粉產出，進而導致煤層中 裂縫導流通道堵塞，使氣、水產量下降，甚至埋卡排水管柱，造成頻繁修井的 缺點，也為了克服水平井、水平多分支井和倒傘狀井組鉆井期間易污染煤層、 排釆期間煤層垮塌易堵塞井眼、垮塌堵塞井眼維修難度大、大段水平裸眼井段 煤層不能強化改造、原生氣液排泄導流通道(裂隙、裂縫)能力有限等缺點。 本發(fā)明提供一種水平裸眼導流槽井和糖葫蘆井及其構成的井組的煤層氣開采方 法，來實現煤層氣的開采。它不僅能克服上述缺點，而且能強化改造煤層，改善 其滲透性，加快區(qū)域煤層降壓和氣液排泄速度，進而提高煤層氣井的產量。
為了實現上述之目的，本發(fā)明采用以下技術方案在井場用泵車組和空氣
壓縮增壓車組把一定排量、壓力按一定比例的空氣一水混合液在一定的高壓條 件下，通過上下移動帶有流體切割槍的油管或連續(xù)油管，在煤層裸眼井段進行 連續(xù)的氣一水混合液噴射切割作業(yè)，由于在強大的高壓流體噴射切割力和氣泡 噴出切割槍時，氣泡瞬間漲大一爆炸(切割槍內外壓差導致)所形成的沖擊波 的雙重作用下，這些作用在井眼附近煤層快速形成一組一定深度的流體切割導 流槽，而一定直徑大小的洞穴則需相對較長時間的持續(xù)切割。與此同時，由于 氣泡爆炸所形成的沖擊波的作用，在井眼、導流槽和洞穴附近持續(xù)形成為裂隙 和微裂縫，并不斷向深部發(fā)展。在切割過程中，從煤層切割下來的煤屑隨氣一 水混合流快速反排到地面，經地面氣固液分離裝置，氣體、液體進入施工循環(huán) 系統(tǒng)，而煤屑被分離出去。經過持續(xù)切割，就會在井簡附近煤層形成一組導流 槽，井簡和導流槽聯合構成導流槽井。經過持續(xù)切割造洞穴和造導流槽交替作 業(yè)，就會在井簡附近煤層中形成由井眼和一組導流槽連通的一組洞穴串一糖葫 蘆井。 一組這樣的導流槽井或糖葫蘆井就在同一煤層中形成煤層氣開釆井組系 統(tǒng)和洞穴組構成的視井網。氣一水混合液切割造導流槽和造洞穴作業(yè)以及作業(yè) 過程中氣一水混合液柱在煤層中形成的負壓、高壓氣泡爆炸所產生的沖擊波等 的作用，消除、減小了鉆井、流體切割時對井眼周圍煤層造成的污染，極大地 改善了井眼附近煤層的導流特性、擴大了流體的導流通道，極大地延緩由于排 采生產過程中煤屑積累和煤層垮塌堵塞導流通道(井眼)的發(fā)生，進而提高單煤 層氣井的產量。
在本發(fā)明的具體實施例中，所述高壓空氣一水混合液切割是由地面泵車組 和空氣壓縮增壓車組把一定排量按一定比例的空氣一水混合液在一定的高壓條 件下，通過地面管匯系統(tǒng)注入井下作業(yè)管柱一帶有切割槍的油管或連續(xù)油管。
由于切割槍噴嘴的節(jié)流作用，在切割槍內外形成15-20MPa的壓力差，噴射槍噴 射出的高壓氣一水混合流對井眼周圍的煤層具有強大的切割作用，在這一切割 作業(yè)的連續(xù)作用下，通過上下移動井下作業(yè)管柱，就可以在井眼周圍的煤層中
形成導流槽和流體切割洞穴，與此同時，從煤層切割下來的煤屑隨氣一水混合 流快速反排到地面。導流槽的相位形態(tài)和數量由流體切割槍型決定，而導流槽 的深淺和洞穴直徑的大小由空氣一水混合液的排量、壓力和切割時間長短來控 制。
所述一定比例的高壓空氣一水混合液是為了控制環(huán)空中氣一水混合液在 煤層中所產生的壓力(負壓)應小于煤層的解吸壓力，這既形成在負壓條件下 進行切割作業(yè)，其作用一是減少切割作業(yè)對煤層的污染，二是防止煤層氣大量 解吸并隨空氣一水混合液一起排出易造成爆炸的安全隱患，三是高壓空氣泡噴 出流體切割槍時氣泡瞬間漲大一爆炸(流體切割槍內外壓差導致)所形成的沖 擊波在井眼、導流槽和洞穴附近持續(xù)形成為裂隙和微裂縫，并不斷向深部發(fā)展， 這一作用既加快切割速度，又改善了井眼、導流槽和洞穴附近煤層的導流特性， 起到了強化改造煤層的作用。
所述一組導流槽是由切割槍上的噴嘴相位成120度的三個噴嘴或90度的四 個噴嘴在高壓氣一水混合液切割作用下，在井眼附近形成三條相位成120度和 四條相位成90度、深度1-2米的不規(guī)則導流槽，構成導流槽井。其作用是擴大 氣水的導流通道，強化、改善導流槽附近煤層的導流性能，消除鉆井時對煤層 的污染、防止由于煤屑積聚和煤層垮塌造成的導流通道一井眼的堵塞。
所述一組洞穴是由切割槍在高速噴射氣一水混合流的作用下，在煤層井眼 附近形成間距100-200米(洞穴間距的大小受煤層滲透性好壞、開采年限等因 素的控制)、直徑1-2米的一組不規(guī)則洞穴，這些洞穴由井眼和一組導流槽連 通的一組洞穴串，構成糖葫蘆井。其作用是增加煤屑儲積空間，消除污染、強 化、改善洞穴附近煤層的導流性能。
所述一組導流槽井是由若干個導流槽井或多分支井導流槽井段構成的煤層 氣開采井組系統(tǒng)，導流槽井之間的距離受煤層滲透性好壞、開釆年限等因素的 控制。其作用是區(qū)域排采、聯合降壓解吸釆氣，提高煤層氣井的產量、加快釆 氣速度，提高煤層氣釆收率。
所述一組糖葫蘆井或多分支井糖葫蘆井段在開釆區(qū)域煤層中聯合形成地下 視井網(井距和洞穴間距的大小受煤層滲透性好壞、開采年限等因素的控制)。 其作用是區(qū)域煤層排采、聯合降壓解吸，提高煤層氣井的產量、加快采氣速度， 提高煤層氣釆收率。
圖l為本發(fā)明現場施工狀態(tài)示意圖2為本發(fā)明井眼導流槽井軸橫截面示意圖3為本發(fā)明導流槽井結構示意圖4為本發(fā)明糖葫蘆井結構示意圖； 圖5為本發(fā)明導流槽井組結構示意圖； 圖6為本發(fā)明煤層中糖葫蘆井組結構狀態(tài)示意圖
具體實施例方式
如

圖1所示，所述高壓空氣一水混合液流體切割是由地面泵車組2和空氣 壓縮增壓車組3把一定排量按一定比例的空氣一水混合液5在一定的高壓條件 下，通過地面管匯系統(tǒng)4注入來回移動的井下作業(yè)管柱一帶有流體切割槍11 的油管8或連續(xù)油管8。由于切割槍11噴嘴12的節(jié)流作用，在切割槍ll內外 形成15-20MPa的壓力差，噴射槍11噴射出的高壓氣一水混合流5對井眼10 周圍的煤層15具有強大的切割作用，在這一流體切割作業(yè)的持續(xù)連續(xù)作用下， 就可以在井眼IO周圍的煤層15中形成導流槽13和流體切割洞穴14。與此同 時，從煤層切割下來的煤屑隨氣一水混合流16快速反排到地面，經地面氣固液 分離裝置17，氣體18、液體19進入施工循環(huán)系統(tǒng)，煤屑被分離出去。導流槽 13的形態(tài)和數量由流體切割槍11型決定，導流槽13的深淺和洞穴14直徑的 大小受空氣-水混合液5的排量、壓力和切割時間長短的控制。
所述一定比例的高壓空氣一水混合液5 —切割流體，是為了控制環(huán)空氣一 水混合液在煤層中所產生的壓力(負壓)小于煤層15的解吸壓力。其作用一是 消除、減少切割液對煤層15的污染，二是防止煤層氣大量解吸并隨空氣一水混 合液16 —起排出易造成爆炸的安全隱患。三是高壓空氣泡噴出切割槍11時， 氣泡瞬間漲大一爆炸(切割槍11內外壓差導致)所形成的沖擊波，導致井眼 10、導流槽13和洞穴14附近煤層15快速垮落致使切割速度加快，同時又在井 眼10、導流槽13和洞穴14附近煤層15持續(xù)形成裂隙和微裂縫，并不斷向深 部發(fā)展。這些作用既降低了施工時切割液5對煤層15的污染，同時也改善了井 眼10、導流槽13和洞穴14附近煤層15的導流特性，起到了強化改造煤層15
的作用。
如圖2、 3所示，所述一組導流槽是由切割槍11上的噴嘴12相位成120度 的三個噴嘴12或90度的四個噴嘴12在高壓氣一水混合液5的切割作用下，在 井眼10附近形成三條相位成120度或四條相位成90度、深度I-2米的不規(guī)則 導流槽13，構成導流槽井19。其作用是擴大氣水的導流通道，強化、改善井眼 10、導流槽13及其附近煤層15的導流性能，防止由于煤屑和煤層15垮塌造成 井眼IO堵塞。
如圖4、 6所示，所述一組洞穴14是由切割槍11在高速噴射氣一水混合流 5的作用下，在煤層井眼附近形成間距100-200米(洞穴14間距的大小受煤層 15滲透性好壞、開采年限等因素的控制)、直徑1-2米的一組不規(guī)則洞穴14,
這些洞穴14由由井眼IO和一組導流槽13連通的一組洞穴14串，構成糖葫, 井20。其作用是增加煤屑、流體的儲積空間，強化、改善洞穴14附近煤層15 的導流性能，防止由于煤屑和煤層15垮塌造成井眼IO堵塞。
如圖5所示，所述一組導流槽井是由若干個導流槽井19或多分支井(井段 間距大小受煤層滲透性好壞、開采年限等因素的控制)導流槽井段19構成的煤 層氣開采井組系統(tǒng)。其作用是區(qū)域排采、聯合降壓解吸釆氣，提高煤層氣產量、 加快釆氣速度，提高煤層氣釆收率。
如圖6所示，所述一組糖葫蘆井是由若干個糖葫蘆井20或多分支井糖葫蘆 井段20在開采區(qū)域煤層中聯合形成地下視井網(洞穴14間距和井段間距的大 小受煤層滲透性好壞、開采年限等因素的控制)。其作用是區(qū)域排采、聯合降 壓解吸釆氣，提煤層氣井產量、加快采氣速度，提高煤層氣釆收率。
權利要求
1、一種用水平裸眼導流槽井和糖葫蘆井開采煤層氣方法，其特征在于:通過來回移動由油管或連續(xù)油管下方到煤層水平裸眼井段的流體切割槍，采用地面共給的高壓空氣—水混合液在井眼附近煤層中連續(xù)切割出若干條具一定深度和相位角的切割導流槽，形成導流槽井，以及在煤層水平井段交替切割出導流槽和具一定間距和一定直徑大小的一串切割洞穴，形成由井眼和導流槽連通的洞穴串井糖葫蘆井，以及用該方法作業(yè)形成的導流槽井組和糖葫蘆井組來開采煤層氣。
2、 根據權利要求1所述的水平導流槽井和糖葫蘆井開采煤層氣方法,其特征為 在井場地面用泵車組和空氣壓縮增壓機組把一定排量按一定比例的空氣一水混合液 在一定的高壓條件下，通過上下移動帶有流體切割槍的油管或連續(xù)油管，在煤層水平 裸眼井段進行連續(xù)的切割作業(yè)，由于在強大的高壓流體噴射切割力和氣泡噴射出切 割槍時氣泡瞬間漲大爆炸所形成的沖擊波的雙重作用下，在井眼附近快速形成一組 一定深度的切割導流槽和洞穴，與此同時，由于在氣泡爆炸所形成的沖擊波的作用， 在井眼、導流槽和洞穴附近持續(xù)形成為裂隙和微裂縫,并不斷向深部發(fā)展，經過持續(xù) 切割，就會在井簡附近煤層形成一組導流槽，井眼和導流槽聯合構成導流槽井，經 過持續(xù)水利切割造洞穴和造導流槽交替作業(yè)，就會在井眼附近煤層中形成由井眼和 一組導流槽連通的一組洞穴串一糖葫蘆井。
3、 根據權利要求1和2所述用一定比例的高壓空氣一水混合液其特征是為了 控制環(huán)空中氣一水混合液在煤層中所產生的壓力既要小于煤層的解吸壓力，防止煤 層氣大量解吸并隨空氣一水混合液一起排出易造成爆炸的安全隱患，又要保證在負 壓條件下進行切割，減少切割過程對煤層造成的污染，也要使高壓空氣泡噴出切割 噴射槍時氣泡瞬間漲大一爆炸所形成的沖擊波在井眼、導流槽和洞穴附近持續(xù)形成 為裂隙和微裂縫，并不斷向深部發(fā)展，這一作用既加快切割速度，又改善了井眼、 導流槽和洞穴附近煤層的導流性能，起到了強化改造煤層的作用。
4、 根據權利要求1和2所述的一組導流槽，其特征是由切割槍上的噴嘴相位成 120度的三個噴嘴或90度的四個噴嘴，在高壓氣一水混合液作用下，在井眼附近形 成三條相位成120度或四條相位成90度、深度l-2米的不規(guī)則導流槽，其作用是擴 大氣水的導流通道，強化、改善導流槽附近煤層的導流性能，防止由于煤屑和煤層 垮塌造成的導流通道堵塞。
5、 根據權利要求1和2所述的一組洞穴其特征是由切割噴射槍在髙速噴射氣一 水混合流的作用下，在煤層井眼附近形成間距100-200米，直徑l-2米的一組不規(guī) 則洞穴，這些洞穴由由井眼和一組導流槽連通的一組洞穴串，形成糖葫蘆井，其作 用是增加煤屑、流體的儲積空間，強化、改善導流槽、洞穴附近煤層的導流性能。
6、 根據權利要求l和2所述的一組導流槽井其特征是由一定間距的若干個導流槽井或多分支井導流槽井段構成的煤層氣開采井組系統(tǒng)，其作用是區(qū)域排釆、聯合 降壓解吸采氣，提高單井產量、加快采氣速度，提高煤層氣采收率。
7、 根據權利要求1和2所述的一組糖葫蘆井其特征是由一定間距的糖葫,井或 多分支井糖葫蘆井在開采區(qū)域煤層中聯合形成地下視井網系統(tǒng)，其作用是區(qū)域排采、 聯合降壓解吸采氣，提高單井產量、加快采氣速度，提高煤層氣釆收率。
8、 利用權利要求l一7所述方法，開釆致密砂巖油氣藏時，也屬本專利的保護 范圍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用流體切割槍在煤層水平裸眼井段，采用高壓空氣-水混合流體在井眼附近煤層中，切割出一組具一定深度和相位角的導流槽，形成導流槽井，以及在煤層水平井段，交替切割出導流槽和具一定間距和一定直徑大小的一串洞穴，形成由井眼和導流槽連通的洞穴串井-糖葫蘆井，以及由該二類型井構成的井組來開采煤層氣的方法。
文檔編號E21B43/00GK101377124SQ20071014620
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月29日 優(yōu)先權日2007年8月29日
發(fā)明者王建生, 范明珠 申請人:王建生