專利名稱：一種單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)及其完成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤層氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，特別涉及一種煤層氣水平井系統(tǒng)及其完成方法。
背景技術(shù)：
目前在煤層氣水平井開采井型中，有兩種主要井型，如圖1和2圖所示:圖1為多分支水平井開發(fā)煤層氣井身示意圖；圖2為U型井開發(fā)煤層氣井身示意圖。多分支水平井指的是在地面101的一個井場先施工一口生產(chǎn)直井103，然后在地面101的另一個井場施工一口水平井102，先與生產(chǎn)直井103連通，然后沿煤層104上傾方向鉆進完成多分支水平井102，利用多分支水平井102提供煤層的排水和解吸通道。生產(chǎn)直井103 —方面可以在水平井鉆進時進行注氣，實現(xiàn)欠平衡鉆進；另一方面在生產(chǎn)過中程中下入各種排采設(shè)備進行排水采氣，生產(chǎn)直井103通常設(shè)有50至70米的口袋，用以收集在排采過程中從煤層水平段中排出的煤粉。U型井是先在地面201的一個井場施工一口生產(chǎn)直井202，再在沿煤層204上傾方向距該直井一定距離的地面201上的另一個井場上施工一 口定向水平井203與其相連通，定向水平井203提供煤層的排水和解吸通道。然后利用生產(chǎn)直井202進行排水采氣。同樣，U型井的生產(chǎn)直井202通常也設(shè)有50至70米的口袋，用以收集在排采過程中從煤層水平段中排出的煤粉。綜上所述，現(xiàn)有的水平井系統(tǒng)都需要兩口井眼。一口井眼用作生產(chǎn)直井，可以下入排采設(shè)備進行排水采氣，生產(chǎn)直井的口袋用來收集排采過程中產(chǎn)生的煤粉，減少檢泵周期。另一口工程井用來在煤層中鉆進，提供煤層的排水和解吸通道。因此，傳統(tǒng)煤層氣水平井需要兩個井場，增加了占地面積。由于還涉及兩口井眼的連通，增加了連通費用和鉆井成本。工程井施工完成以后水平井直井段和造斜段往往廢棄，造成資源的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)及其完成方法，以解決采用現(xiàn)有技術(shù)需要兩口井眼，增加占地面積、增加鉆井成本和造成資源浪費的問題。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:本發(fā)明公開了一種單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:一個包括直井段L1、造斜段L2和水平段L3的水平井井眼；以及在所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點進行側(cè)鉆而形成的分支口袋段L4。在該系統(tǒng)中，所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點為造斜段L2上的一點，該點的井斜角為85度至90度。在該系統(tǒng)中，所述水平井井眼在指定側(cè)鉆點的完井方式為玻璃鋼管完井。在該系統(tǒng)中，所述分支口袋段L4上的任一點的井斜角小于90度，且分支口袋段L4的長度為50至70米。在該系統(tǒng)中，所述水平段L3采用單主支多分支或者多主支多分支的井型。
本發(fā)明還公開了一種單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)的完成方法，該方法包括:完成一個包括直井段L1、造斜段L2和水平段L3的水平井井眼；在所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點進行側(cè)鉆完成分支口袋段L4。在該方法中，所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點為造斜段L2上的一點，該點的井斜角為85度至90度。該方法進一步包括:采用玻璃鋼管完井方式在水平井井眼上的側(cè)鉆點進行完井。在該方法中，所述分支口袋段L4上的任一點的井斜角小于90度，且分支口袋段L4的長度為50至70米。在該方法中，所述水平段L3采用單主支多分支或者多主支多分支的井型。由上述可見，本發(fā)明的包括“一個包括直井段L1、造斜段L2和水平段L3的水平井井眼；以及在所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點進行側(cè)鉆而形成的分支口袋段L4。”的單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)和包括“完成一個包括直井段L1、造斜段L2和水平段L3的水平井井眼；在所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點進行側(cè)鉆完成分支口袋段L4”的單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)完成方法使得只需一口井眼即可進行煤層氣的水平井開采，減少了井場占地和鉆井成本，避免了現(xiàn)有技術(shù)中因水平井直井段和造斜段廢棄而造成的資源浪費。


圖1為多分支水平井開發(fā)煤層氣井身示意圖；圖2為U型井開發(fā)煤層氣井身示意圖；圖3為單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)井身示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。本發(fā)明的核心思想是利用單井眼水平井系統(tǒng)開發(fā)煤層氣，具體技術(shù)方案是完成一個水平井井眼，利用該井眼提供煤層的排水通道和煤層氣的解吸通道。然后在水平井井眼中側(cè)鉆出分支口袋，利用分支口袋實現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)直井具有的收集排采過程中煤層產(chǎn)生的煤粉的功能，而現(xiàn)有技術(shù)中下在生產(chǎn)直井中的排采設(shè)備改為下在水平井中。從而用一口井實現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)兩口井的功能。圖3為單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)井身示意圖，如圖3所示，本發(fā)明提供的單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)包括:一個包括直井段(LI)、造斜段(L2)和水平段(L3)的水平井井眼；以及在所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點進行側(cè)鉆而形成的分支口袋段(L4)。造斜段L2的設(shè)計造斜率一般控制在0.3-0.35度/米。這是為了保證后期下套管時能順利通過造斜段L2，同時也保證煤層段的進尺盡可能長。水平段L3的作用主要是提供煤層302的排水通道和煤層氣的解吸通道。水平段L3可以采用單主支多分支或多主支多分支的井型，以增加煤層氣的解吸通道，具體實施依地質(zhì)情況而定。水平段L3可以裸眼完井，同時也可以依實際情況下入篩管或套管，以使井眼更加穩(wěn)定。為了方便分支口袋L4的施工，在水平段L3下入篩管或者套管時，如下入篩管或者套管的井段包括指定側(cè)鉆點，則用于側(cè)鉆分支口袋L4的側(cè)鉆點可以下入適宜于側(cè)鉆施工的玻璃鋼管，將來側(cè)鉆時可以用鉆頭直接破壞其結(jié)構(gòu)進行側(cè)鉆，方便快捷。而分支口袋段L4是在所述水平井井眼造斜段L2上的指定側(cè)鉆點進行側(cè)鉆而形成的。分支口袋L4的作用是收集排采過程中煤層產(chǎn)生的煤粉。在選擇側(cè)鉆點時，要求所選的側(cè)鉆點的井斜角(即井眼軌跡在該點的切線與豎直線的夾角)在85-90度之間，例如，選擇造斜段L2上井斜角(即井眼軌跡在該點的切線與豎直線的夾角)為87度的點為側(cè)鉆點。這是因為水平段L3沿目標煤層302上傾方向鉆進，因此水平井井的井斜角增加到90度后，繼續(xù)緩慢增加，造成井斜角90度的點為井眼軌跡的最低點，也就是煤粉最容易積聚的點。因此應(yīng)當在盡量靠近井斜角90度的點的地方進行側(cè)鉆。由于一般情況下井眼軌跡井斜角達到90度之前增斜較快而井斜角增加到90度后增斜較慢，因此優(yōu)選側(cè)鉆點的井斜角(即井眼軌跡在該點的切線與豎直線的夾角)在85-90度之間。為了使分支口袋L4實現(xiàn)收集排采過程中煤層產(chǎn)生的煤粉的功能，該段上的任一點的井斜角(即井眼軌跡在該點的切線與豎直線的夾角)應(yīng)小于90度。為了使排采過程中的煤粉容易進入分支口袋L4，在開始側(cè)鉆后應(yīng)以盡量大的降斜率將低該段的井斜角。該段的井斜角越小，煤粉越容易在重力的作用下進入分支口袋L4。分支口袋L4的長度一般為50-70米，該段可以根據(jù)實際情況下入金屬或塑料篩管，如果地層穩(wěn)定也可以裸眼完井。利用本發(fā)明提供的單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)進行煤層氣排采時，所述水平井井眼提供煤層的排水通道和煤層氣的解吸通道；將排采設(shè)備下入在本發(fā)明的水平井井眼中，為了適應(yīng)大井斜角的需要，可以采用射流泵等設(shè)備進行排采。而排采過程中煤層產(chǎn)生的煤粉則進入分支口袋L4中，實現(xiàn)了利用單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)開發(fā)煤層氣的目的。以下結(jié)合圖3說明本發(fā)明的單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)的完成方法。本發(fā)明的單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)的完成方法包括:完成一個包括直井段L1、造斜段L2和水平段L3的水平井井眼；在所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點進行側(cè)鉆完成分支口袋段L4。實施本發(fā)明的方法時，施工順序依次為L1、L2、L3和L4。以下按順序分別進行說明。實際施工中采用何種井身結(jié)構(gòu)根據(jù)實際需要而定，下面以三開井為例進行說明。一開使用直徑311.1mm的鉆頭(也可根據(jù)設(shè)計選用其他鉆頭及相應(yīng)的套管，以下均相同)從地面301鉆達基巖，完成直井段LI的一部分，下入直徑273.1mm的表層套管。二開使用直徑241.3mm的鉆頭，先施工直井段LI，完成直井段LI，鉆達設(shè)計造斜點后開始造斜段L2的鉆進，以設(shè)計造斜率鉆至目標煤層302，然后下入直徑177.8mm技術(shù)套管。為了保證后期下套管時能順利通過造斜段L2，同時也保證煤層段的進尺盡可能長，造斜段L2的設(shè)計造斜率一般控制在0.3-0.35度/米。三開使用直徑152mm鉆頭，沿目標煤層302上傾方向鉆進，直到煤層段進尺滿足煤層氣排采的要求，從而完成水平段L3的施工。水平段L3的作用主要是提供煤層302的排水通道和煤層氣的解吸通道。水平段L3可以采用單主支多分支或多主支多分支的井型，以增加煤層氣的解吸通道，具體實施依地質(zhì)情況而定。水平段L3可以裸眼完井，同時也可以依實際情況下入篩管或套管，以使井眼更加穩(wěn)定。為了方便分支口袋L4的施工，在水平段L3下入篩管或者套管時,如下入篩管或者套管的井段包括指定側(cè)鉆點，則用于側(cè)鉆分支口袋L4的側(cè)鉆點可以下入適宜于側(cè)鉆施工的玻璃鋼管，將來側(cè)鉆時可以用鉆頭直接破壞其結(jié)構(gòu)進行側(cè)鉆，方便快捷。煤層段進尺完成后，在造斜段L2上選一點進行側(cè)鉆，鉆進用于收集煤粉的分支口袋L4。要求所選的側(cè)鉆點的井斜角(即井眼軌跡在該點的切線與豎直線的夾角)在85-90度之間，例如，選擇造斜段L2上井斜角(即井眼軌跡在該點的切線與豎直線的夾角)為87度的點為側(cè)鉆點。這是因為水平段L3沿目標煤層302上傾方向鉆進，因此水平井井的井斜角增加到90度后，繼續(xù)緩慢增加，造成井斜角90度的點為井眼軌跡的最低點，也就是煤粉最容易積聚的點。因此應(yīng)當在盡量靠近井斜角90度的點的地方進行側(cè)鉆。由于一般情況下井眼軌跡井斜角達到90度之前增斜較快而井斜角增加到90度后增斜較慢，因此優(yōu)選側(cè)鉆點的井斜角(即井眼軌跡在該點的切線與豎直線的夾角)在85-90度之間。為了使分支口袋L4實現(xiàn)收集排采過程中煤層產(chǎn)生的煤粉的功能，該段上的任一點的井斜角(即井眼軌跡在該點的切線與豎直線的夾角)應(yīng)小于90度。為了使排采過程中的煤粉容易進入分支口袋L4，在開始側(cè)鉆后應(yīng)以盡量大的降斜率將低該段的井斜角。該段的井斜角越小，煤粉越容易在重力的作用下進入分支口袋L4。分支口袋L4的長度一般為50-70米，該段可以根據(jù)實際情況下入金屬或塑料篩管，如果地層穩(wěn)定也可以裸眼完井。鉆進時，根據(jù)設(shè)計煤層數(shù)據(jù)和井眼軌跡，注意觀察鉆時、返上的巖屑和伽馬值的變化，判斷井眼軌跡所在地層，及時調(diào)整井眼軌跡。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 一個包括直井段(LI)、造斜段(L2)和水平段(L3)的水平井井眼； 以及在所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點進行側(cè)鉆而形成的分支口袋段(L4)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)，其特征在于:所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點為造斜段(L2)上的一點，該點的井斜角為85度至90度。
3.如權(quán)利要求1所述的一種單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)，其特征在于:所述水平井井眼在指定側(cè)鉆點的完井方式為玻璃鋼管完井。
4.如權(quán)利要求1所述的一種單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)，其特征在于:所述分支口袋段(L4)上的任一點的井斜角小于90度，且分支口袋段(L4)的長度為50至70米。
5.如權(quán)利要求1所述的一種單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)，其特征在于:所述水平段(L3)采用單主支多分支或者多主支多分支的井型。
6.一種單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)的完成方法，其特征在于，所述方法包括: 完成一個包括直井段(LI)、造斜段(L2)和水平段(L3)的水平井井眼； 在所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點進行側(cè)鉆完成分支口袋段(L4)。
7.如權(quán)利要求6所述的單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)的完成方法，其特征在于: 所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點為造斜段(L2)上的一點，該點的井斜角為85度至90度。
8.如權(quán)利要求6所述的單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)的完成方法，其特征在于，該方法進一步包括: 采用玻璃鋼管完井方式在水平井井眼上的側(cè)鉆點進行完井。
9.如權(quán)利要求6所述的單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)的完成方法，其特征在于: 所述分支口袋段(L4)上的任一點的井斜角小于90度，且分支口袋段(L4)的長度為50至70米。
10.如權(quán)利要求6所述的單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)的完成方法，其特征在于: 所述水平段(L3)采用單主支多分支或者多主支多分支的井型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單井眼煤層氣水平井系統(tǒng)及其完成方法,該水平井系統(tǒng)具體包括:一個包括直井段(L1)、造斜段(L2)和水平段(L3)的水平井井眼；以及在所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點進行側(cè)鉆而形成的用于收集煤粉的分支口袋段(L4)。該水平井系統(tǒng)的完成方法具體包括完成一個包括直井段(L1)、造斜段(L2)和水平段(L3)的水平井井眼；在所述水平井井眼上的指定側(cè)鉆點進行側(cè)鉆完成分支口袋段(L4)。本發(fā)明用一口井實現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)兩口井的開發(fā)煤層氣的功能，具有減少占地和鉆井成本，避免浪費的優(yōu)點。
文檔編號E21B43/30GK103161440SQ20131006209
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者毛志新, 鮮保安, 王德桂, 彭宏釗, 鄧鈞耀, 畢延森, 紀元, 張毅 申請人:中聯(lián)煤層氣國家工程研究中心有限責任公司, 中石油煤層氣有限責任公司