本實(shí)用新型屬于煤層氣資源開采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于直井改造的具有多分支水平井系統(tǒng)的煤層氣井。

背景技術(shù)：

煤層氣是指儲存在煤層中以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤的伴生礦產(chǎn)資源，屬非常規(guī)天然氣，是近一二十年在國際上崛起的潔凈、優(yōu)質(zhì)能源和化工原料。俗稱“瓦斯”，熱值是通用煤的2-5倍，1立方米純煤層氣的熱值相當(dāng)于1.13kg汽油、1.21kg標(biāo)準(zhǔn)煤，其熱值與天然氣相當(dāng)，可以與天然氣混輸混用，而且燃燒后很潔凈，幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是上好的工業(yè)、化工、發(fā)電和居民生活燃料。煤層氣空氣濃度達(dá)到5％-16％時(shí)，遇明火就會爆炸，這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。煤層氣直接排放到大氣中，其溫室效應(yīng)約為二氧化碳的21倍，對生態(tài)環(huán)境破壞性極強(qiáng)。在采煤之前如果先開采煤層氣，煤礦瓦斯爆炸率將降低70％到85％。煤層氣的開發(fā)利用具有一舉多得的功效：潔凈能源，商業(yè)化能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，為國家戰(zhàn)略資源。

煤層中一般含有水，故在進(jìn)行開采前，需通過排水形成壓降漏斗來降低平均儲層壓力，可見煤層氣的產(chǎn)出是一個(gè)復(fù)雜的降壓—解吸—擴(kuò)散—滲流的過程。這也是煤層氣藏與常規(guī)氣藏的主要區(qū)別。目前煤層氣完鉆水平井多采用裸眼完井模式，但是，水平井在排采期間易發(fā)生煤層垮塌、煤粉堵塞井眼事故，是造成單井日產(chǎn)量低的主要原因之一。因此研究煤層氣U型井煤粉產(chǎn)出機(jī)理，可對實(shí)現(xiàn)煤層氣的高效開采提供重要的理論依據(jù)。

我國煤層氣地面抽采技術(shù)，最初多數(shù)是借鑒了國外的打直井然后壓裂開采技術(shù)，由此我國在煤層氣開采初期全國范圍內(nèi)打了很多的直井，直井煤層裸露面積少，再加上煤層低滲透性地質(zhì)條件的影響，大部分直井的產(chǎn)氣量不理想。

到目前為止，中國煤層氣地面抽采井?dāng)?shù)量超過14,000口，其中70％的煤層氣井產(chǎn)氣量達(dá)不到商業(yè)產(chǎn)氣量標(biāo)準(zhǔn)(1000方/天)，為了盤活這些煤層氣井，我們在充分利用原有老井的基礎(chǔ)上對這些老井進(jìn)行井型改造，增加產(chǎn)氣量，使老樹發(fā)新芽，讓這些老井起死回生，重新煥發(fā)出光彩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本實(shí)用新型提供一種基于直井改造的具有多分支水平井系統(tǒng)的煤層氣井，其可以增加煤層的裸露面積，更好地溝通滲流通道，增大單井控制儲量，可以提高區(qū)域產(chǎn)氣量。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的主要技術(shù)方案包括：

一種基于直井改造的具有多分支水平井系統(tǒng)的煤層氣井，其包括：

依次設(shè)置的第一直井、第二直井和第三直井；

多分支水平井系統(tǒng)，包括水平主井和若干水平分支井，水平主井包括依次連接的豎直段、轉(zhuǎn)折段和水平段，豎直段由第一直井的上部構(gòu)成，轉(zhuǎn)折段由豎直段的側(cè)窗向外延伸，水平段包括依次連接的第一水平段、第二水平段和第三水平段，第一水平段一端連接轉(zhuǎn)折段，另一端與第二直井連通，第二水平段一端與第二直井連通，另一端與第三直井連通，第三水平段與第三直井連通。

借助上述結(jié)構(gòu)的設(shè)置，不但有效的提高了空間利用率，大大提高了整個(gè)區(qū)域的產(chǎn)氣量，更能有效的利用資源，減少了水平井地面鉆前工程的施工量和鉆井施工量及搬遷費(fèi)用，節(jié)約了成本。除了增加了各煤層氣井的井間干擾，同時(shí)，由于在水平主井的水平段對接第二、第三兩口直井的鉆進(jìn)過程中對煤層原始地層應(yīng)力的改變，也大大提高了煤層的滲透率，有利于煤層氣的解吸、擴(kuò)散和運(yùn)移，為煤層內(nèi)部煤層氣的釋放創(chuàng)造了良好條件，增加了煤層氣的采收率。

本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，若干水平分支井中的一部分設(shè)于第一水平段，另一部分設(shè)于第二水平段。

本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，第一水平段與第二水平段之間具有一預(yù)定夾角α，預(yù)定夾角α介于170°至180°之間。

較佳的，水平段整體大致呈一直線。

本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，第三水平段長度在100m至200m之間。

本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，豎直段設(shè)置有PE管或玻璃鋼管。

本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)折段設(shè)置有PE管或玻璃鋼管。

本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，水平段設(shè)置有PE篩管或玻璃鋼篩管。

本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，第二直井對應(yīng)水平主井位置的套管預(yù)先鍛銑掉。

本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，第三直井對應(yīng)水平主井位置的套管預(yù)先鍛銑掉。

本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，第二直井對應(yīng)于水平段的位置設(shè)置有連接構(gòu)件，供水平段穿設(shè)連接。

較佳的，水平段與連接構(gòu)件之間設(shè)置有過渡夾層，過渡夾層采用彈性材質(zhì)制成，過渡夾層粘結(jié)于連接構(gòu)件。借以防止振動(dòng)導(dǎo)致的碰撞。

(三)有益效果

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的煤層氣井不但有效的提高了空間利用率，大大提高了整個(gè)區(qū)域的產(chǎn)氣量，更能有效的利用資源，減少了水平井地面鉆前工程的施工量和鉆井施工量及搬遷費(fèi)用，節(jié)約了成本。本實(shí)用新型的煤層氣井除了增加了各煤層氣井的井間干擾，同時(shí)，由于在水平主井的水平段對接第二、第三兩口直井的鉆進(jìn)過程中對煤層原始地層應(yīng)力的改變，也大大提高了煤層的滲透率，有利于煤層氣的解吸、擴(kuò)散和運(yùn)移，為煤層內(nèi)部煤層氣的釋放創(chuàng)造了良好條件，增加了煤層氣的采收率。另外，后期排采施工中，修井時(shí)，兩口直井可以先后建立循環(huán)，洗井更充分更徹底。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的煤層氣井的整體水平投影結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的煤層氣井的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的煤層氣井的剖切結(jié)構(gòu)示意圖。

【附圖標(biāo)記說明】

1：第一直井；

2：第二直井；

3：第三直井；

4：水平主井；

41：豎直段；

42：轉(zhuǎn)折段；

43：水平段；

431：第一水平段；

432：第二水平段；

433：第三水平段；

5：水平分支井。

具體實(shí)施方式

為了更好的解釋本實(shí)用新型，以便于理解，下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施方式，對本實(shí)用新型作詳細(xì)描述。

參見圖1、圖2和圖3，本實(shí)用新型第一實(shí)施例的基于直井改造的具有多分支水平井系統(tǒng)的煤層氣井，其包括：

依次設(shè)置的第一直井1、第二直井2和第三直井3；

多分支水平井系統(tǒng)，包括水平主井4和若干水平分支井5，水平主井4包括依次連接的豎直段41、轉(zhuǎn)折段42和水平段43，豎直段41由第一直井1的上部構(gòu)成，轉(zhuǎn)折段42由豎直段41的側(cè)窗向外延伸，水平段43包括依次連接的第一水平段431、第二水平段432和第三水平段433，第一水平段431一端連接轉(zhuǎn)折段42，另一端與第二直井2連通，第二水平段432一端與第二直井2連通，另一端與第三直井3連通，第三水平段433與第三直井3連通。

借助上述結(jié)構(gòu)的設(shè)置，不但有效的提高了空間利用率，大大提高了整個(gè)區(qū)域的產(chǎn)氣量，更能有效的利用資源，減少了水平井地面鉆前工程的施工量和鉆井施工量及搬遷費(fèi)用，節(jié)約了成本。除了增加了各煤層氣井的井間干擾，同時(shí)，由于在水平主井4的水平段43對接第二、第三兩口直井的鉆進(jìn)過程中對煤層原始地層應(yīng)力的改變，也大大提高了煤層的滲透率，有利于煤層氣的解吸、擴(kuò)散和運(yùn)移，為煤層內(nèi)部煤層氣的釋放創(chuàng)造了良好條件，增加了煤層氣的采收率。

其中，若干水平分支井5中的一部分設(shè)于第一水平段431，另一部分設(shè)于第二水平段432。

其中，第一水平段431與第二水平段432之間具有一預(yù)定夾角α，預(yù)定夾角α介于170°至180°之間。

較佳的，水平段43整體大致呈一直線。

如圖3所示，水平段43可以是一個(gè)整體，即第一水平段431、第二水平段432和第三水平段433之間不分離。

其中，第三水平段433長度在100m至200m之間。

其中，豎直段41設(shè)置有PE管或玻璃鋼管。

其中，轉(zhuǎn)折段42設(shè)置有PE管或玻璃鋼管。

其中，水平段43設(shè)置有PE篩管或玻璃鋼篩管。

其中，第二直井2對應(yīng)水平主井4位置的套管預(yù)先鍛銑掉。

其中，第三直井3對應(yīng)水平主井4位置的套管預(yù)先鍛銑掉。

本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，第二直井2對應(yīng)于水平段43的位置設(shè)置有連接構(gòu)件，供水平段43穿設(shè)連接。

具體的，連接構(gòu)件具有四個(gè)連接接口以及若干開口，其中，四個(gè)連接接口兩兩相對設(shè)置，第一對相對設(shè)置的兩個(gè)連接接口分別連接第二直井2的上半段和下半段，第二對相對設(shè)置的兩個(gè)連接接口分別連接水平段43的第一水平段431和第二水平段432，若干開口包括三角形開口和圓角三角形開口。

其中，水平段43的PE篩管或玻璃鋼篩管穿設(shè)支撐于連接構(gòu)件中，較佳的，水平段43的PE篩管或玻璃鋼篩管與連接構(gòu)件之間設(shè)置有過渡夾層，過渡夾層采用彈性材質(zhì)制成，如橡膠，過渡夾層粘結(jié)于連接構(gòu)件。

應(yīng)用時(shí)，本實(shí)用新型可以按如下方法實(shí)施(以對現(xiàn)有直井進(jìn)行改造為例說明)：

步驟1，首先對已有直井的井史資料及生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并搜集相關(guān)區(qū)域的其它地質(zhì)資料，優(yōu)選合適的三口直井，建立三維模型；

步驟2，在選定的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，確定預(yù)改造為多分支水平井系統(tǒng)的豎直段41的第一直井1和另兩口用于對接的第二直井2和第三直井3，例如選擇最遠(yuǎn)端的一口直井作為第一直井1，復(fù)測各個(gè)井口的坐標(biāo)，做出設(shè)計(jì)；

步驟3，采用現(xiàn)有的套管鍛銑技術(shù)，將用于對接的兩口直井的目標(biāo)煤層段的套管鍛銑掉，鍛銑完成后，下入RMRS儀器(即Rotary Magnetic Ranging System，旋轉(zhuǎn)磁測距系統(tǒng))，測數(shù)據(jù)，確定目標(biāo)段的磁干擾不影響后期對接施工，鍛銑成功，順便測出直井的井斜數(shù)據(jù)，獲知直井的井身軌跡走向數(shù)據(jù)(注：套管銑削的長度根據(jù)對接儀器RMRS的要求確定)；

步驟4，對由第一直井1改造而成的豎直段41進(jìn)行套管開窗作業(yè)，先設(shè)定好角度后，開始開窗作業(yè)，之后開始水平井作業(yè)，開窗之后，一定要修窗口，避免起鉆事故的發(fā)生；

步驟5，開始水平主井4造斜段施工，把握好全角變化率，選擇合適的著陸點(diǎn)，及著陸時(shí)的角度；

步驟6，水平段43的施工，宗旨是先分支后主支，攜手并進(jìn)，施工過程設(shè)計(jì)好分支的離開角，水平段43施工時(shí)應(yīng)防止煤層垮塌造成卡鉆、埋鉆等事故；

步驟7，第一次連通，距離第二直井2剩余100米左右時(shí)，起鉆下入強(qiáng)磁接頭，同時(shí)第二直井2下入RMRS儀器，開始連通作業(yè)；

步驟8，第一次連通完成之后，封住第二直井2的井口，開始第二水平段432施工(施工方法參見步驟6)；

步驟9，第二水平段432距離靶點(diǎn)剩余100米時(shí)，開始連通作業(yè)(施工方法參見步驟7)，連通完成后，繼續(xù)施工，再打100-200米左右，完鉆；

步驟10，完鉆后，用泥漿清洗劑溶液充分清洗水平分支井5，移除鉆井過程中泥漿對煤層表面造成的污染(注：清洗時(shí)間不少于8個(gè)小時(shí))，然后在水平主井4下入PE篩管支撐煤層，完井；

步驟11，將常規(guī)排采設(shè)備下入對接的兩口直井中進(jìn)行排采(注：排采初期注意控制液面下降的速度)。

綜上所述，本實(shí)用新型的煤層氣井不但有效的提高了空間利用率，大大提高了整個(gè)區(qū)域的產(chǎn)氣量，更能有效的利用資源，減少了水平井地面鉆前工程的施工量和鉆井施工量及搬遷費(fèi)用，節(jié)約了成本。本實(shí)用新型的煤層氣井除了增加了各煤層氣井的井間干擾，同時(shí)，由于在水平主井的水平段對接第二、第三兩口直井的鉆進(jìn)過程中對煤層原始地層應(yīng)力的改變，也大大提高了煤層的滲透率，有利于煤層氣的解吸、擴(kuò)散和運(yùn)移，為煤層內(nèi)部煤層氣的釋放創(chuàng)造了良好條件，增加了煤層氣的采收率。另外，后期排采施工中，修井時(shí)，兩口直井可以先后建立循環(huán)，洗井更充分更徹底。