一種多分支水平井系統(tǒng)及其施工方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多分支水平井系統(tǒng)及其施工方法，此多分支水平井系統(tǒng)設(shè)置在上傾地層中，多分支水平井系統(tǒng)包括至少一組水平井單元，水平井單元包括：至少兩口U型井，各U型井包括直井段和配合直井，直井段所處地勢高于配合直井所處地勢；至少一口多分支水平井，每口多分支水平井對應地設(shè)置在相鄰兩口U型井之間，每口多分支水平井包括直井段、與直井段相連的主井眼以及與主井眼相連且向下延伸的分支井眼，每口多分支水平井的分支井眼分別向與其相鄰的U型井延伸，并與相應的U型井直接連通或滲透連通。本發(fā)明提供的水平井系統(tǒng)可以有效的解決上傾底層中煤層水排采降壓的問題。
【專利說明】一種多分支水平井系統(tǒng)及其施工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤層氣領(lǐng)域，具體而言，涉及一種多分支水平井系統(tǒng)及其施工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]自上世紀80年代開始，隨著隨鉆測量儀器、馬達和roc鉆頭等技術(shù)的發(fā)展，水平井鉆井技術(shù)開始規(guī)模應用。通過定向井技術(shù)把直井或斜井彎曲進入目標地層并平行目標層鉆進一定的長度，由于地層一般是水平的或接近水平的所以目標層中的井眼也是水平或接近水平的，通常把這樣的井稱為水平井。水平井按井型可分為單支水平井和多分支水平井；單支水平井又可劃分為傳統(tǒng)單支水平井和U型連通水平井；多分支水平井有可劃分為單主支多分支水平井和雙主支多分支水平，在主分支完成順序上有分為先鉆分支或先鉆主支。
[0003]煤層氣排采過程是排水、降壓、解吸和采氣的過程。煤層氣的排采是通過有效的排水、降低井底壓力使煤層氣解吸，匯集到低壓井筒被排放出來的一個過程，通常使用多分支水平井完成此排采過程。煤層氣排采過程是排水、降壓、解吸、采氣的過程，第一個關(guān)節(jié)排水就決定了煤層氣水平井排采泵必須下至水平井最低點，只有該點才能有效排水，從而實現(xiàn)降壓、解吸和采氣。這就對水平井、多分支水平井鉆井工程提出了要求:所有分支井眼必須高于或等于排采泵位置，排采泵下入的最佳位置為著陸點或近端/遠端U型井的連通點。也就是說:對于水平井、近端連通U型井、多分支水平井，必須保證在水平地層或上傾地層中沿著上傾方向鉆進、布置；對于遠端U型水平井，必須保證在水平地層或沿著下傾地層方向鉆進、布置。這樣做才能保證在重力的作用下，地層水流向排采泵位置(水平井最低位置)，才能有效地實施煤層氣的排采。
[0004]多分支水平井能夠更有效溝通煤層自身孔隙裂縫通道、增加泄(油)氣面積，分支控制產(chǎn)氣資源面積效率高，能很好地克服了煤儲層的“低滲、低壓、低飽和”特征。所以多分支水平井在煤層氣開發(fā)中的受到越來越大的重視和運用。但是水平井及多分支水平井主要適用于薄層和低滲儲層的開發(fā)，對于傾角大于20°上傾底層中的煤層氣的排采，由于其地勢較高存在排采難度和施工難度之間的矛盾，故上傾地層中的煤層水一直不能得到有效的排出。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)在面對上傾地層中排采降壓的問題時，依然采用傳統(tǒng)的多分支水平井的模式，雖然排采時，利用水流的重力會得到一個較好的排水效果，但此技術(shù)的問題在于在開鉆多分支水平井時，由于上傾地層托住和降低了懸重，在摩阻、托壓作用下，限制了水平井在上傾地層中的鉆設(shè)長度。摩阻和托壓與水平井的長度和上傾幅度成正比，為了克服摩阻和托壓而施加過大的鉆井參數(shù)(鉆壓、懸重、扭矩等)易破壞井眼的穩(wěn)定性，特別是在機械強度薄弱易坍垮的煤層中特別容易造成井眼坍塌卡鉆事故的發(fā)生，釀成嚴重的損失。
[0006]基于上述問題，有必要提出一種有效的多分支水平井系統(tǒng)，以解決上傾地層中煤層水排采降壓難的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在提供一種多分支水平井系統(tǒng)及其施工方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中上傾地層中煤層水排采降壓難的問題。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種多分支水平井系統(tǒng)，此多分支水平井系統(tǒng)設(shè)置在上傾地層中，多分支水平井系統(tǒng)包括至少一組水平井單元，水平井單元包括:至少兩口 U型井，各U型井包括直井段和配合直井，直井段所處地勢高于配合直井所處地勢；至少一口多分支水平井，每口多分支水平井對應地設(shè)置在相鄰兩口 U型井之間，每口多分支水平井包括直井段、與直井段相連的主井眼以及與主井眼相連且向下延伸的分支井眼；每口多分支水平井的分支井眼分別向與其相鄰的U型井延伸，并與相應的U型井直接連通或滲透連通。
[0009]進一步地，分支井眼與U型井滲透連通，分支井眼的末端與U型井之間的距離為3?15米。
[0010]進一步地，各多分支水平井的主井眼長度為U型井長度的1/3?1/2。
[0011]進一步地，水平井單元中至少兩口相鄰的U型井，以及對應設(shè)置在兩口相鄰U型井中的多分支水平井共用一個直井段。
[0012]進一步地，多分支水平井系統(tǒng)設(shè)置于山丘地勢中，且多分支水平井系統(tǒng)包括周向排布在山丘地勢上的多個水平井單元。
[0013]進一步地，共用一個直井段的兩個相鄰的U型井之間的夾角為30?90度，優(yōu)選同時共用一個直井段的多分支水平的主井眼位于相鄰兩個U型井之間的中分線上。
[0014]進一步地，多個水平井單元中相鄰兩個多分支水平井單元共用一個U型井。
[0015]進一步地，多個水平井單元中各U型井和各多分支水平井共用一個直井段。
[0016]進一步地，多分支水平井系統(tǒng)包括四組水平井單元。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種多分支水平井系統(tǒng)的施工方法，在上傾地層中至少鉆取一組水平井單元，鉆取一組水平井單元的步驟包括:鉆取至少兩口 U型井，并使得每口 U型井的直井段所處地勢高于配合直井所處地勢；鉆取至少一口多分支水平井，并使得每口多分支水平井對應地設(shè)置在相鄰兩口 U型井之間，鉆取各多分支水平井時，分別鉆取直井段，與直井段相連的主井眼，以及與主井眼相連且向下延伸的分支井眼，并使得每口多分支水平井的分支井眼分別向與其相鄰的U型井延伸，并與相應的U型井直接連通或滲透連通。
[0018]進一步地，在山丘地勢中鉆取多分支水平井系統(tǒng)的步驟包括:
[0019]SI，在山丘地勢的相對低點設(shè)置一組圍繞山丘地勢排布的配合直井，并在山丘地勢的相對高點設(shè)置一組圍繞山丘地勢排布的直井段；
[0020]S2，鉆取一組U型井，各U型井分別連通一個直井段和一個配合直井；
[0021]S3，在每兩個相鄰兩個U型井之間鉆取一口多分支水平井，各多分支水平井中分支井眼向下延伸至和與其相鄰的U型井水流通相連。
[0022]進一步地，步驟SI中，在山丘地勢的制高點設(shè)置一個直井段。
[0023]進一步地，步驟S3中，各多分支水平井與各U型井共用一個直井段。
[0024]進一步地，步驟S3中，鉆取各多分支水平井時，鉆取主井眼的過程中，同時向兩側(cè)鉆取分支井眼。
[0025]進一步地，步驟S3中，各多分支水平井的主井眼長度為U型井長度的1/3?1/2，分支井眼由主井眼的起始端至末端方向順序排布在主井眼的兩側(cè)。
[0026]應用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過將至少兩口 U型井和至少一口多分支水平井設(shè)置在傾斜地層中，并且利用U型井的主井眼和多分支水平井分支井眼水流通相連的布局，可以有效地排采上傾地層中的水，達到降壓解析的目的。這種多分支水平井系統(tǒng)在使用時，上傾地層中的水通過排采泵和重力的作用，從地層中析出隨后從多分支水平井的主井眼進入分支井眼，多分支水平井中的地層水通過其上的分支流至相鄰的U型井主井眼，與U型井主井眼中的地層水匯合，最終一起從U型井的配合直井排出。接下來地層水重復上述的步驟，直至最大限度地將地層水排除，達到降壓解析的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0028]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的多分支水平井系統(tǒng)示意圖。

【具體實施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實施方式的附圖，對本發(fā)明的實施例中的技術(shù)方案進行詳細的說明，需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0030]正如【背景技術(shù)】部分所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在在傾斜地層中不能有效地排水降壓的問題。為了解決這一問題，在本發(fā)明一種典型的實施方式中，提供了一種多分支水平井系統(tǒng)。如圖1所示，這種多分支水平井系統(tǒng)設(shè)置在上傾地層中，多分支水平井系統(tǒng)包括至少一組水平井單元，一組水平井單元包括:
[0031]至少兩口 U型井4和至少一口多分支水平井,各U型井4包括直井段3和配合直井2，直井段3所處地勢高于配合直井2所處地勢；一口多分支水平井對應地設(shè)置在相鄰兩口 U型井4之間，每口多分支水平井包括直井段3、與直井段3相連的主井眼，以及與主井眼相連且向下延伸的分支井眼1，每口多分支水平井的分支井眼I分別向與其相鄰的U型井4延伸，并與相應的U型井4直接連通或滲透連通。
[0032]本發(fā)明上述的多分支水平井系統(tǒng)，通過將至少兩口 U型井4和至少一口多分支水平井設(shè)置在傾斜地層中，并且利用U型井4的主井眼和多分支水平井分支井眼I水流通相連的布局，可以有效地排采上傾地層中的水，達到降壓解析的目的。這種多分支水平井系統(tǒng)在使用時，上傾地層中的水通過排采泵和重力的作用，從地層中析出隨后從多分支水平井的主井眼進入分支井眼I，多分支水平井中的地層水通過其上的分支流至相鄰的U型井4主井眼，與U型井4主井眼中的地層水匯合，最終一起從U型井4的配合直井2排出。接下來地層水重復上述的步驟，直至最大限度地將地層水排除，達到降壓解析的目的。
[0033]而水平井的分支井眼I與其相鄰的U型井4直接連通或滲透連通。通過上述連接關(guān)系，地層水可以更高效地從地層中被排采出來，達到降壓目的。而當?shù)貙铀袎毫^大時，可以采取水平井分支井眼I與相鄰U型井4主井眼直接連通的方式，為排采降壓提供有利布局，而當?shù)貙铀袎毫m中時，可以采取水平井分支井眼I與相鄰U型井4主井眼滲透連通的方式，不僅可以達到正常的降壓解析的作用，還省去了對多余分支井眼I的后期維護的費用。
[0034]一種優(yōu)選地實施方式，分支井眼I與U型井4滲透連通，分支井眼I的末端與U型井4之間的距離為3?15米。將多分支水平井的分支井眼I末端距離設(shè)置為到相鄰U型井4主井眼的距離為3?15米，可以在保證正常的降壓解析的同時，保證多分支水平井的分支井眼I與相鄰U型井4主井眼的滲透連通。多分支水平井的分支井眼I的末端距離設(shè)置為到相鄰U型井4主井眼的距離大于3?15米時，地層水滲透效果會相對較差，不利于地層水的排采降壓，而當此距離小于3?15米時，則會面臨滲透連通變?yōu)檫B通的可能，增加了后期的維護成本。
[0035]優(yōu)選地，各多分支水平井的主井眼長度為U型井4長度的1/3?1/2，分支井眼I由主井眼的起始端至末端方向順序排布在主井眼的兩側(cè)。通過上述結(jié)構(gòu)可以使U型井4的主井眼達到最高的地層水降壓解析效率。多分支水平井的主井眼長度為U型井4長度的1/3?1/2，確定了多分支水平井分支井眼I的支數(shù)，此時多分支水平井分支井眼I中的排水量與U型井4主井眼中的排水量可以使U型井4主井眼的排水量達到U型井4主井眼可排量的最大值，最大限度地利用了 U型井4。
[0036]更優(yōu)選地，水平井單元中至少兩口相鄰的U型井4，以及對應設(shè)置在兩口相鄰U型井4中的多分支水平井共用一個直井段3。一個水平井單元中共用一個直井段3大大降低了鉆井成本，而多分支水平井的主井眼位于相鄰兩個U型井4之間的中分線上則可以平衡相鄰兩個U型井4之間的排水量和采氣量，利用后期生產(chǎn)的統(tǒng)一化管理。
[0037]—種優(yōu)選的實施方式中，多分支水平井系統(tǒng)設(shè)置于山丘地勢中，且多分支水平井系統(tǒng)包括周向排布在山丘地勢上的多個水平井單元。此種多分支水平井系統(tǒng)可以使山丘地勢四面的地層水和氣最大限度地被排采。
[0038]優(yōu)選地，共用一個直井段3的兩個相鄰的U型井4之間的夾角為30?90度，優(yōu)選同時共用一個直井段3的多分支水平的主井眼位于相鄰兩個U型井4之間的中分線上。此種布局可以使一個水平井單元發(fā)揮最大的排水降壓作用同時保證多分支水平井的分支井眼I的滲透連接不會被破壞。首先，當兩個相鄰的U型井4之間的夾角小于30度時，意味著多分支水平井與相鄰的兩口 U型井4離的很近，這樣不僅降低了與地層的接觸面積同時還增加了多分支水平井和相鄰兩口 U型井4三者之間的壓力擾動，提高了多分支水平井和相鄰兩口 U型井4的主井眼塌陷的風險，有可能不適于機械強度薄弱易坍垮的煤層。而兩個相鄰的U型井4之間的夾角大于90度時，相鄰的兩支多分支水平井的主井眼2離的較遠，導致分支中觸底水速較大，提高了破壞多分支水平井分支井眼I與相鄰主支井眼的滲透連通的風險；其次，在山丘地勢中，要降壓解析整個山丘的地層水，需用水平井單元環(huán)繞整個山丘地勢的四面，而當兩個相鄰的U型井4之間的夾角小于30度時，則至少需要12個水平井單元，大大的增加了施工成本，而當兩個相鄰的U型井4之間的夾角大于90度時，則此時最多需要5個水平井單元，雖然降低了施工成本，但同時也大大降低了水平井單元與地層的接觸面積，不能使山丘中的地層水完全降壓解析，同時也降低了水平井單元的采氣量。
[0039]更優(yōu)選地，多個水平井單元中相鄰兩個多分支水平井單元共用一個U型井4。多個水平井單元中各U型井4和各多分支水平井共用一個直井段3。在保證排采量的同時，降低了整個山丘地勢中鉆井成本。
[0040]本發(fā)明的另一種典型的實施方式中，還提供了一種多分支水平井系統(tǒng)的施工方法，在上傾地層中至少鉆取一組水平井單元，鉆取一組水平井單元的步驟包括:鉆取至少兩口 U型井4，并使得每口 U型井4的直井段3所處地勢高于配合直井2所處地勢；鉆取至少一口多分支水平井，并使得每口多分支水平井對應地設(shè)置在相鄰兩口 U型井4之間，鉆取各多分支水平井時，分別鉆取直井段3，與直井段3相連的主井眼，以及與主井眼相連且向下延伸的分支井眼1，并使得每口多分支水平井的分支井眼I分別向與其相鄰的U型井4延伸，并與相應的U型井4直接連通或滲透連通。
[0041 ] 通過此鉆井方法上傾地層中的水通過排采泵和重力的作用，從地層中析出隨后從多分支水平井的主井眼進入分支井眼1，多分支水平井中的地層水通過其上的分支流至相鄰的U型井4主井眼，與U型井4主井眼中的地層水匯合，最終一起從U型井4的配合直井2排出。接下來地層水重復上述的步驟，直至最大限度地將地層水排除，達到降壓解析的目的。
[0042]優(yōu)選地，在山丘地勢中鉆取多分支水平井系統(tǒng)的步驟包括:S1，在山丘地勢的相對低點設(shè)置一組圍繞山丘地勢排布的配合直井2，并在山丘地勢的相對高點設(shè)置一組圍繞山丘地勢排布的直井段3 ;S2，鉆取一組U型井4，各U型井4分別連通一個直井段3和一個配合直徑；S3，在每兩個相鄰兩個U型井4之間鉆取一口多分支水平井，各多分支水平井中分支井眼I向下延伸至和與其相鄰的U型井4水流通相連。此種施工方法鉆取的多分支水平井系統(tǒng)可以使山丘地勢四面的地層水和氣最大限度地被排采。
[0043]更優(yōu)選地，步驟SI中，在山丘地勢的制高點設(shè)置一個直井段3，步驟S3中，各多分支水平井與各U型井4共用一個直井段3。此種施工方法可有效地降低鉆井成本。另外步驟S3中，各多分支水平井時，鉆取主井眼的過程中，同時向兩側(cè)鉆取分支井眼1，各多分支水平井的主井眼長度為U型井4長度的1/3?1/2，分支井眼I由主井眼的起始端至末端方向順序排布在主井眼的兩側(cè)。此施工方法確定了多分支水平井分支井眼I的支數(shù)，此時多分支水平井分支井眼I中的排水量與U型井4主井眼中的排水量可以使U型井4主井眼的排水量達到U型井4主井眼可排量的最大值，最大限度地利用了 U型井4。
[0044]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。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，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多分支水平井系統(tǒng)，所述多分支水平井系統(tǒng)設(shè)置在傾斜地層中，其特征在于，所述多分支水平井系統(tǒng)包括至少一組水平井單元，所述水平井單元包括: 至少兩口 U型井，各所述U型井包括直井段(3)和配合直井(2)，所述直井段(3)所處地勢高于所述配合直井(2)所處地勢； 至少一口多分支水平井，每口所述多分支水平井對應地設(shè)置在相鄰兩口 U型井(4)之間，每口所述多分支水平井包括直井段(3)、與所述直井段(3)相連的主井眼以及與所述主井眼相連且向下延伸的分支井眼(I)； 每口所述多分支水平井的分支井眼(I)分別向與其相鄰的U型井(4)延伸，并與相應的U型井(4)直接連通或滲透連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，所述分支井眼(I)與所述U型井滲透連通，所述分支井眼⑴的末端與所述U型井(4)之間的距離為3?15米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，各所述多分支水平井的主井眼長度為所述U型井(4)長度的1/3?1/2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，所述水平井單元中至少兩口相鄰的U型井(4)，以及對應設(shè)置在兩口相鄰U型井(4)中的多分支水平井共用一個直井段⑶。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，所述多分支水平井系統(tǒng)設(shè)置于山丘地勢中，且所述多分支水平井系統(tǒng)包括周向排布在所述山丘地勢上的多個所述水平井單兀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，共用一個直井段(3)的兩個相鄰的U型井(4)之間的夾角為30?90度，優(yōu)選同時共用一個直井段(3)的所述多分支水平的主井眼位于相鄰兩個所述U型井(4)之間的中分線上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，多個所述水平井單元中相鄰兩個多分支水平井單元共用一個U型井(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，多個所述水平井單元中各所述U型井(4)和各所述多分支水平井共用一個直井段(3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，所述多分支水平井系統(tǒng)包括四組所述水平井單元。
10.一種權(quán)利要求1至9中任一項所述的多分支水平井系統(tǒng)的施工方法，其特征在于，在傾斜地層中至少鉆取一組水平井單元，鉆取一組水平井單元的步驟包括: 鉆取至少兩口 U型井(4)，并使得每口所述U型井(4)的直井段(3)所處地勢高于所述配合直井(2)所處地勢； 鉆取至少一 口多分支水平井，并使得每口所述多分支水平井對應地設(shè)置在相鄰兩口 U型井(4)之間，鉆取各所述多分支水平井時，分別鉆取直井段(3)，與所述直井段(3)相連的主井眼，以及與所述主井眼相連且向下延伸的分支井眼(I)，并使得每口所述多分支水平井的分支井眼(I)分別向與其相鄰的U型井(4)延伸，并與相應的U型井(4)直接連通或滲透連通。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多分支水平井系統(tǒng)的施工方法，其特征在于，在山丘地勢中鉆取所述多分支水平井系統(tǒng)的步驟包括: SI，在所述山丘地勢的相對低點設(shè)置一組圍繞所述山丘地勢排布的配合直井(2)，并在所述山丘地勢的相對高點設(shè)置一組圍繞所述山丘地勢排布的直井段(3)； S2，鉆取一組U型井，各所述U型井分別連通一個直井段(3)和一個配合直井(2); S3，在每兩個相鄰兩個U型井之間鉆取一口所述多分支水平井的主井眼，各所述多分支水平井中分支井眼向下延伸至和與其相鄰的U型井水流通相連。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多分支水平井系統(tǒng)的施工方法，其特征在于，所述步驟SI中，在所述山丘地勢的制高點設(shè)置一個所述直井段(3)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多分支水平井系統(tǒng)的施工方法，其特征在于，所述步驟S3中，各所述多分支水平井與各所述U型井共用一個所述直井段(3)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多分支水平井系統(tǒng)的施工方法，其特征在于，所述步驟S3中，鉆取各所述多分支水平井的主井眼過程中，同時向兩側(cè)鉆取所述分支井眼。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的多分支水平井系統(tǒng)的施工方法，其特征在于，所述步驟S3中，各所述多分支水平井的主井眼長度為所述U型井(4)長度的1/3?1/2，所述分支井眼由所述主井眼的起始端至末端方向順序排布在所述主井眼的兩側(cè)。
【文檔編號】E21B43/30GK104453832SQ201410601738
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】楊銳, 楊陸武, 崔玉環(huán), 郭衛(wèi)東, 劉利德 申請人:北京奧瑞安能源技術(shù)開發(fā)有限公司