專利名稱：一種復(fù)合井網(wǎng)式煤層氣開采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤層氣的開采方法，具體涉及一種復(fù)合井網(wǎng)式煤層氣開采方法，屬煤層氣開采方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤層氣是一種自生自儲的非常規(guī)天然氣，它的開發(fā)和利用對改善能源結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護(hù)和煤礦安全均具有重要意義。我國煤層氣資源遍布全國，埋深小于2000m的煤層氣資源總量為22.5X1012m3，具有廣闊的開發(fā)前景。雖然我國煤層氣的儲藏量較大，但是與美國相比，我國絕大多數(shù)的煤層氣儲藏開采條件困難，普遍性的難點(diǎn)為:1.低滲透率:煤層裂 隙發(fā)育不完善，煤層原始滲透率低，與美國圣胡安盆地煤層滲透率I 50mD相比，我國難采煤層氣區(qū)塊滲透率僅為0.1 0.5mD，無強(qiáng)制作用下煤層氣溢出速度緩慢。2.欠飽和吸附煤層:地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化頻繁，導(dǎo)致特定階段煤層氣溢出地面，或者煤系發(fā)育不完全導(dǎo)致煤層氣含量不豐富。目前已發(fā)現(xiàn)的煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)塊均為高吸附飽和度，如圣胡安盆地為90% 98%，黑勇士盆地為92% 99%，沁水煤層氣田為85% 95%，而我國難采煤層氣區(qū)塊煤層氣吸附飽和度則低于30%。3.難壓儲層，有效地應(yīng)力高企:煤層有效地應(yīng)力低的地區(qū)，其煤層滲透率比相同條件下的高應(yīng)力區(qū)的煤層滲透率要高，煤層有效地應(yīng)力愈大，其壓裂難度愈大，煤層壓裂后裂隙閉合速度越快。而我國難采煤層氣區(qū)塊有效地應(yīng)力相對較高，與圣胡安盆地高產(chǎn)區(qū)域地應(yīng)力為3 8MPa，我國難采煤層氣區(qū)塊有效地應(yīng)力為12 15Mpa以上。4.煤層結(jié)構(gòu)碎裂，煤質(zhì)較軟:長期地質(zhì)擾動造成煤層反復(fù)擠壓造成煤層內(nèi)顆粒狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致煤層整體抗壓性較差，在壓裂后形成的煤層裂隙穩(wěn)定性較差。以上均是阻礙我國難采煤層氣區(qū)塊煤層氣開發(fā)較為常見的技術(shù)難題?，F(xiàn)階段的煤層氣鉆井技術(shù)主要包括:定向多分枝水平鉆井、直井、裸眼井等，經(jīng)過多年的實(shí)踐，在難采煤層氣開發(fā)過程中，這幾種技術(shù)方式都遇到了一些困難。定向多分支水平井雖然可以貫穿較大的井田面積，但是也有鉆井成本高、無法使用體積壓裂方式形成裂隙數(shù)量少的缺點(diǎn)，多適用煤層氣儲藏條件較好、煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對簡單和煤層硬度和完整度較好的區(qū)塊。常規(guī)直井或裸眼井，雖然有鉆井成本較低的優(yōu)點(diǎn)，但是也有單井控制面積小，產(chǎn)氣量不穩(wěn)定，單井產(chǎn)氣量小的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種復(fù)合井網(wǎng)式煤層氣的開采方法。本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明煤層氣開采方法是在煤層氣開發(fā)盤區(qū)內(nèi)通過施工一定數(shù)量定向水平井、常規(guī)直井和裸眼井，在煤層氣開發(fā)盤區(qū)內(nèi)構(gòu)造井網(wǎng)，此后在井網(wǎng)構(gòu)造完成后，米用聞壓射流加砂壓裂與常規(guī)壓裂技術(shù)相結(jié)合的壓裂方式在煤層氣開發(fā)盤區(qū)內(nèi)形成更多的水平裂隙和垂直裂隙，實(shí)現(xiàn)盤區(qū)內(nèi)煤層氣的充分開發(fā)。井網(wǎng)構(gòu)造方式如附圖一所示，在盤區(qū)內(nèi)中施工一條水平定向井，定向井在穿越煤層頂板進(jìn)入煤層后，在煤層內(nèi)改為水平鉆進(jìn)，形成一條煤層內(nèi)的水平通道，在水平定向井水平段上方布置2-10 口裸眼井，定向井水平段穿過最后一口裸眼井后將繼續(xù)向前延伸50 -600米，優(yōu)選100-400米。裸眼井之間間隔為100-400米，在水平定向井軌跡及其貫通的裸眼井兩側(cè)布置直井，直井?dāng)?shù)量為裸眼井的1-2倍，直井之間間隔為100-400米。兩側(cè)直井與定向井水平段軌跡垂直距離為100-400米。所述井網(wǎng)式開發(fā)井身結(jié)構(gòu)及鉆井方法優(yōu)選如下:井網(wǎng)中水平定向井鉆井方法:一開用Φ 311mm牙輪鉆頭鉆進(jìn)至40.00-100.0Om ;二開采用Φ 215.9mm牙輪鉆頭造斜鉆進(jìn)至煤層頂板,下入Φ 177.8mm石油套管，固井水泥返聞200米以上；三開用Φ 152.4mm牙輪鉆頭定向至定向井軌跡終點(diǎn)處,下入Φ 114.3mm高壓玻璃鋼石油篩管或石油篩管。井網(wǎng)中直井鉆井方法:一開Φ 31 Imm鉆頭鉆過表層至40-100米,下Φ 244.5mm表層套管固井；二開Φ215.9mm鉆頭鉆至煤層底板下40-80米，下入Φ 139.7mm技術(shù)套管固井，在直井套管固井水泥返高在煤層以上200米。水泥優(yōu)先使用低密度水泥漿，可減少固井水泥對煤層的污染，從而保證了后續(xù)射彈和壓裂的效果和煤層氣通道的穩(wěn)定、暢通。井網(wǎng)中裸眼井·鉆井方法:一開Φ311_鉆頭鉆過表層40-100m,下Φ 244.5mm表層套管固井；二開Φ215.9mm鉆頭鉆過煤層底板下40_80米完鉆，改用擴(kuò)孔鉆具在煤層內(nèi)造穴，4000mm>造穴直徑> 300mm，洗井沖孔返出煤屑，在煤層下留40-80米口袋，造穴后，下Φ 139.7mm技術(shù)套管。在裸眼井采用煤層上頂板固井工藝，保證固井泥漿不侵入煤層及煤層下方口袋，在裸眼井內(nèi)下入石油篩管或玻璃鋼篩管，在煤層下方口袋內(nèi)下入石油套管并采用樹脂顆粒或其他顆粒充填井壁與套管間環(huán)隙，對套管進(jìn)行固定。所述頂板固井裝置的作用是確保固井時在煤層頂板以上返漿，煤層及煤層以下部分無水泥漿進(jìn)入，保證固井水泥不進(jìn)入煤層，不會出現(xiàn)對煤層的污染情況，從而保證了煤層氣通道的穩(wěn)定、暢通。固井候凝48小時后不對裸眼井進(jìn)行試壓測試。本發(fā)明開采方法還包括如下壓裂步驟:在復(fù)合井網(wǎng)內(nèi)貫通裸眼井的定向井水平段內(nèi)進(jìn)行高壓射流加砂壓裂。直井段采用常規(guī)壓裂技術(shù)，優(yōu)先采用胍膠壓裂或活性水加砂壓裂技術(shù)，在壓裂過程中注入支撐劑以穩(wěn)定煤層裂隙；在井網(wǎng)內(nèi)的裸眼井內(nèi)不采用壓裂作業(yè)。壓裂步驟中直井段采用常規(guī)壓裂技術(shù):在直井段采用射彈及壓裂方式，其中射彈方案為2槍32彈，增加煤層內(nèi)空隙。射彈時回避煤層上下頂板0.5米，用于保護(hù)煤層上下頂板。直井采用常規(guī)壓裂技術(shù)，可選技術(shù)方案包括:胍膠、活性水、清水、氮?dú)馀菽?、二氧化碳泡沫、活性?氮?dú)庵诺葔毫鸭夹g(shù)，具體壓裂技術(shù)的選擇將根據(jù)煤層氣區(qū)塊的具體條件進(jìn)行選擇。其中，井網(wǎng)中水平定向井水平段采用高壓射流加砂壓裂，優(yōu)選如下方法:
在水平定向井水平段，用常規(guī)油管或連續(xù)油管將專門的高壓射流加砂壓裂工具下入井筒水平段，定位于定向井水平段最末段一個壓裂位置；在這個位置完成加沙射流壓裂后，可將壓裂工具拖曳至下一個需要壓裂的區(qū)段進(jìn)行壓裂施工?？梢愿鶕?jù)需要精確地在煤層內(nèi)沿著井網(wǎng)中定向鉆井水平段布置多條裂縫帶。根據(jù)煤層氣區(qū)塊煤層破碎壓力設(shè)計高壓射流加砂壓裂壓力，壓裂壓力升至煤層破裂壓力1.0-1.5倍后穩(wěn)定10-20min，在油管泵內(nèi)壓力開始下降時，附近煤層已經(jīng)射穿，所有從油管泵入液體全部進(jìn)入地層，在煤層射開的同時開始注前置液50-400m3進(jìn)行壓裂造縫；注入前置液后，以l-10m3/min排量從油管注入加砂壓裂液，即進(jìn)行加砂壓裂；壓完一段后，調(diào)整壓裂工具，使噴嘴對準(zhǔn)第2次壓裂位置，依次完成分段壓裂施工任務(wù)。本發(fā)明所述鉆井步驟通過定向水平井、常規(guī)直井和裸眼井的有機(jī)結(jié)合，以及通過直井壓裂以及定向井水平段高壓射流加砂壓裂相組合，針對于難采煤層氣儲藏和復(fù)雜地質(zhì)條件進(jìn)行專門配置，在煤層氣儲藏內(nèi)形成主通道與輔助通道相結(jié)合，水平裂隙與垂直裂隙相結(jié)合，鉆井貫通與裂隙貫通相結(jié)合的多種煤層氣激勵技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)煤層氣開發(fā)的高效、低成本，為下一步煤炭開采解決了最大的安全隱患。煤層氣復(fù)合井網(wǎng)構(gòu)造技術(shù)與現(xiàn)有煤層氣定向多分枝水平鉆井、常規(guī)直井、常規(guī)裸眼井開發(fā)方式相比較具有:1.鉆井?dāng)?shù)量少，開發(fā)成本低:一般在1-2平方公里的煤層氣盤區(qū)內(nèi)只需要布置10-11 口井，其中定向井1-2 口，其余均為常規(guī)直井或裸眼井。2.控制煤層氣面積大:平均單井控制面積可達(dá)0.2平方公里以上，常規(guī)直井和裸眼井的單井控制面積一般不超過0.1平方公里。3.單井產(chǎn)氣量高，單位產(chǎn)氣成本低:在復(fù)合井網(wǎng)結(jié)構(gòu)中由于定向井的長距離貫通以及水平壓裂裂隙形成煤層氣主通道，直井壓裂形成的裂隙為煤層氣溢出提供輔助通道，裸眼井在煤層內(nèi)形成匯聚 煤層氣的氣穴，單井產(chǎn)氣量超過常規(guī)直井或裸眼井，而采用裂隙在煤層氣盤區(qū)內(nèi)的貫通連接保證了鉆井成本低于定向多分枝水平井，所以單位產(chǎn)氣成本得到了明顯降低。4.井網(wǎng)產(chǎn)氣穩(wěn)定:由于復(fù)合井網(wǎng)形成了煤層內(nèi)以主通道和輔助通道、水平壓裂和直井壓裂相結(jié)合的地下井網(wǎng)結(jié)構(gòu)，保證了煤層氣儲藏的在后續(xù)排采過程中較為穩(wěn)定的釋放煤層氣，同時在煤層內(nèi)的多種貫通方式和多種裂隙相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以長期維護(hù)，保證了煤層氣的充分溢出，保證了煤層氣開發(fā)后煤礦開采的安全。5.對煤層及頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)破壞小:由于復(fù)合井網(wǎng)形成了煤層內(nèi)以主通道和輔助通道、水平壓裂和直井壓裂相結(jié)合的地下井網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用壓裂壓力較小，對煤層破壞小，對煤層頂?shù)装迤茐男　?.適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件下煤層氣開發(fā):由于復(fù)合井網(wǎng)的設(shè)計充分發(fā)揮了直井鉆井成本低等優(yōu)點(diǎn)，又充分發(fā)揚(yáng)了定向水平鉆井的控制面積大，產(chǎn)氣量大等優(yōu)勢，是煤層氣開發(fā)遇到復(fù)雜地質(zhì)條件、欠飽和吸附煤層、難壓儲層、煤體結(jié)構(gòu)碎裂，煤質(zhì)較軟儲層等難采區(qū)塊的最優(yōu)選擇之一。以附圖1為例，水平定向井將在煤層內(nèi)形成煤層氣流通的主力通道，同時在煤層氣通道坍塌或部分堵塞是可以采用復(fù)鉆的形式恢復(fù)通道，保障煤層氣源源不斷的涌出。此夕卜，水平定向井將為后期的水平壓裂技術(shù)提供工程保證。直井將為后期采用射彈和壓裂措施提供工程條件，通過在直井內(nèi)的壓裂和支撐劑注入措施保證煤層內(nèi)微裂隙的充分發(fā)育和穩(wěn)定存在。裸眼井將為煤層氣提供主要出氣通道，在裸眼井內(nèi)可以保證煤層氣像一個方向穩(wěn)定流動，同時為排水和煤層氣驅(qū)替提供工程和技術(shù)條件。所述壓裂步驟采用直井胍膠壓裂及水平段高壓射流加砂壓裂的綜合壓裂方法。如圖2所示:A.在復(fù)合井網(wǎng)的直井內(nèi)進(jìn)行壓裂，在壓裂過程中注入支撐劑注入穩(wěn)定煤層裂隙；
B.在在復(fù)合井網(wǎng)內(nèi)貫通裸眼井的定向井水平段內(nèi)進(jìn)行高壓射流加砂壓裂；從而在煤層內(nèi)形成連接而相對有序的裂隙網(wǎng)絡(luò)，大幅度改善區(qū)塊內(nèi)煤層的通透性從而保證煤層氣的溢出速度的提升。與采用直井單一手段壓裂相比較，采用綜合壓裂技術(shù)具有以下優(yōu)勢:1.綜合壓裂技術(shù)在井網(wǎng)中定向井水平段采用高壓射流加砂壓裂，通過調(diào)整壓裂工具的位置實(shí)現(xiàn)減少盤區(qū)內(nèi)壓裂空白點(diǎn)的作用；2.綜合壓裂技術(shù)可以保證煤層內(nèi)裂隙在大范圍內(nèi)充分聯(lián)通，尤其對于裂隙閉合迅速的較軟煤層，在直井米出近端煤層氣的同時，由定向井、裸井米出直井遠(yuǎn)端煤層氣，在相對較短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)盤區(qū)內(nèi)煤層氣的充分采出；3.由于綜合壓裂技術(shù)壓裂裂隙分布大，可以在盤區(qū)內(nèi)起到消除煤層瓦斯突出的作用。采用以上復(fù)合井網(wǎng)煤層氣開發(fā)方案，不僅在定向井水平段周邊煤層最大主應(yīng)力方向形成主裂縫，而且在垂直于主裂縫的方向上再形成一定深度和寬度的次裂縫或多級裂縫，圍繞著煤層內(nèi)定向井水平通道的煤層氣的導(dǎo)流能力將大大提高。在井網(wǎng)開發(fā)技術(shù)中，井網(wǎng)內(nèi)的裸眼井在煤層段通過造穴，在煤層內(nèi)形成匯水、匯氣的氣穴，同時通過定向井貫通裸眼井在煤層內(nèi)空穴形成煤層氣流通的主通道，在輔助以高壓射流壓裂形成主通道附近的廣泛裂隙，并在一定程度上與直井胍膠壓 裂形成的裂隙導(dǎo)通。通過復(fù)合井網(wǎng)煤層氣開發(fā)技術(shù)的實(shí)施，在定向井水平段內(nèi)將不僅匯聚定向井近端的煤層氣而且可以將直井壓裂后遠(yuǎn)端的煤層氣引入定向井水平段，匯聚在裸眼井底部的氣穴中，并從裸眼井采出，這一系列方案將大幅度提升單位時間煤層氣的排采量，最終實(shí)現(xiàn)在較短時間內(nèi)將盤區(qū)內(nèi)煤層氣采出的目標(biāo)。


圖1煤層氣復(fù)合井網(wǎng)構(gòu)造簡2直井胍膠壓裂及定向井水平段高壓射流壓裂煤層裂隙發(fā)育示意圖
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合井網(wǎng)式煤層氣開采方法，其特征在于采用定向水平井、常規(guī)直井和裸井相結(jié)合的方法鉆井，具體步驟是定向井在穿越煤層頂板進(jìn)入煤層后，在煤層內(nèi)改為水平鉆進(jìn)，在煤層內(nèi)鉆進(jìn)軌跡將貫通井網(wǎng)中心2-10 口裸眼井，穿過最后一口裸眼井后將繼續(xù)向前延伸50-600米。
2.如權(quán)利要求I所述的開采方法，其特征在于井網(wǎng)中采用定向水平井貫通連接裸眼井，并在連接最后一口裸眼井后繼續(xù)延伸100-400米；裸眼井之間間隔為100-400米，在水平定向井軌跡及其貫通的裸眼井兩側(cè)布置直井，直井?dāng)?shù)量為裸眼井?dāng)?shù)量的1-2倍，直井之間間隔100-400米，兩側(cè)直井與定向井水平段軌跡垂直距離為100-400米。
3.如權(quán)利要求I所述的開采方法，其特征在于在裸眼井建井過程中采用煤層上頂板固井工藝，保證固井泥漿不侵入煤層及煤層下方口袋，在裸眼井內(nèi)下入石油篩管或玻璃鋼篩管，在煤層下方口袋內(nèi)下入石油套管并采用樹脂顆粒充填井壁與套管間環(huán)隙，對套管進(jìn)行固定。
4.如權(quán)利要求I所述的開采方法，其特征在于在裸眼井建井過程中在裸眼井煤層段采用拓穴工藝，在煤層內(nèi)造穴直徑為4000_>造穴直徑> 300_，造穴后進(jìn)行洗井沖孔返出煤屑。
5.如權(quán)利要求I一 4所述的任意一種開采方法，其特征在于該方法還包括如下壓裂步驟在井網(wǎng)內(nèi)貫通裸眼井的定向井水平段內(nèi)進(jìn)行高壓射流加砂壓裂；在井網(wǎng)的直井段采用活性水加砂壓裂技術(shù)；在壓裂過程中注入支撐劑以穩(wěn)定煤層裂隙。
6.如權(quán)利要求5所述的開采方法，其特征在于井網(wǎng)中水平定向井水平段采用高壓射流加砂壓裂，壓裂方法如下 在水平定向井水平段，用常規(guī)油管或連續(xù)油管將專門的壓裂工具下入井筒水平段，定位于井筒最末段一個壓裂位置；在這個位置完成高壓射流加砂壓裂后，將壓裂工具移至下一個需要壓裂的區(qū)段進(jìn)行施工； 根據(jù)煤層氣區(qū)塊煤層破碎壓力設(shè)計高壓射流加砂壓裂壓力，油管泵內(nèi)壓力至煤層破裂壓力I. O-L 5倍后穩(wěn)定10-20min，在油管泵內(nèi)壓力開始下降時，附近煤層已經(jīng)射穿，所有從油管泵入液體全部進(jìn)入地層，在煤層射開的同時開始注前置液20-400m3進(jìn)行壓裂造縫；注入前置液后，以0.5-15m3/min排量從油管注入加砂壓裂液，即進(jìn)行加砂壓裂；壓完一段后，調(diào)整壓裂工具，使噴嘴對準(zhǔn)第2次壓裂位置，依次完成分段壓裂施工任務(wù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合井網(wǎng)式煤層氣開采方法，該方法采用定向水平井、常規(guī)直井和裸井相結(jié)合的方法鉆井，具體步驟是定向井在穿越煤層頂板進(jìn)入煤層后，在煤層內(nèi)改為水平鉆進(jìn)，在煤層內(nèi)鉆進(jìn)軌跡將貫通井網(wǎng)中心2-10口裸井，穿過最后一口裸井后將繼續(xù)向前延伸50－600米。本發(fā)明通過定向水平井、常規(guī)直井和裸井的有機(jī)結(jié)合，針對于難采煤層氣儲藏和復(fù)雜地質(zhì)條件進(jìn)行專門配置，在煤層氣儲藏內(nèi)形成主通道與輔助通道相結(jié)合，水平裂隙與垂直裂隙相結(jié)合，貫通與非貫通相結(jié)合的多種煤層氣激勵技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)煤層氣開發(fā)的高效、低成本，為下一步煤炭開采解決了最大的安全隱患。
文檔編號E21B43/00GK103256025SQ201310191380
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月22日
發(fā)明者趙昱 申請人:趙昱