一种煤层气多分支水平井水平段的分布结构

摘要

本发明提供了一种煤层气多分支水平井水平段的分布结构，包括主井眼以及连接在主井眼上的分支井眼，主井眼包括第一主井眼与至少一支第二主井眼，第二主井眼为第一主井眼的分支，在第一主井眼和至少一支第二主井眼中，位于最外侧的两支主井眼的外侧各设有一组分支井眼。该煤层气多分支水平井水平段的分布结构，通过增加主井眼的数量，将原本连接在同一根主井眼两侧的分支井眼分布到两根主井眼的两侧，减轻了主井眼作为排水减压通道的压力，使主井眼本身进尺得到了充分利用。同时，分散了主井眼井下被破坏、复杂或堵塞的风险。相对减少了水平井水平段末端的进尺量，减少因地势下降造成主井眼下倾时，水平井水平段末端进尺实际无效的几率。

说明书

技术领域

本发明涉及煤层气开采领域，更具体地涉及一种煤层气多分支水平井水平段的分布结构。

背景技术

煤层气是煤层本身自生自储式的非常规天然气，主要包含90％的CH4。在国际能源局势趋紧的情况下，煤层气作为一种优质高效洁净的能源，具有十分广阔的开发前景，煤层气可作为发电燃料、工业燃料和居民生活燃料，还可液化后作为汽车燃料，也可广泛用于生产合成氨、甲醛、甲醇、炭黑等。

煤层气的开采面积和开采效果与煤层中水平井水平段的排布结构有直接的关系。水平井水平段的进尺量越大，其开采的面积也就越广，开采量也越多。图1示出了现有技术中水平井水平段的排布结构。如图1所示，现有水平井水平段的水平井眼排布结构中包括主井眼231，为了扩大煤层气的开采面积在主井眼231的两侧均匀的分布着分支井眼235。如图1所示，这种结构类似于树叶中叶脉的分布情况。

现有的这种水平井水平段的排布结构存在如下问题：

1.现有的水平井需要等到最后一个分支井眼钻井完成后才能进行煤层气的开采，在此过程中，由于钻具长时间在该段井眼中起下和转动，容易导致井下被破坏或复杂。所谓复杂是指钻具在井下不能正常钻井的情况。一旦出现复杂，可能造成整段水平井无法继续施工，而浪费大量的人力物力。

2.所有分支都排布在一个主井眼上，分支井眼与主井眼之间的排布过于密集，这使主井眼上的进尺只是被作为排水减压的通道，而未能实现主井眼上进尺的煤层气抽采的功效。

3、当主井眼上局部堵塞时，该堵塞点之后的所有进尺将会无效，产能会急剧下降，甚至不产气，整个开采工程将整体被迫停产进行通井改造。

4.在所选的区域中，水平井末端的地势下降造成主井眼下倾时，当主井眼的两端高度差较大的情形时，由于现有的水平井排布方式中主井眼与分支井眼的排布密集，可能很多进尺在解吸压力之上而造成进尺实际失效。

发明内容

本发明目的在于提供一种煤层气多分支水平井的水平段的排布结构，以解决现有水平井眼在煤层中的分布不合理、过于紧密，一旦主井眼局部堵塞不畅，将导致钻井施工阶段复杂和卡钻事故的风险，在开采阶段因为堵塞产生堵塞段之后的进尺无效，该井产能急剧下降的结果。

为此，本发明提供了一种煤层气多分支水平井水平段的分布结构，包括主井眼以及连接在主井眼上的分支井眼，主井眼包括第一主井眼与至少一支第二主井眼，第二主井眼为第一主井眼的分支，在第一主井眼和至少一支第二主井眼中，位于最外侧的两支主井眼的外侧各设有一组分支井眼。

根据本发明的进一步改进，第一主井眼上连有一支第二主井眼，第一主井眼和第二主井眼的外侧各设有一组分支井眼。

根据本发明的进一步改进，第一主井眼的两侧各连有一支第二主井眼，两支第二主井眼的外侧各设有一组分支井眼。

根据本发明的进一步改进，第二主井眼和第一主井眼之间的侧钻点与多分支水平井和直径的连通点之间的距离不小于5m。

根据本发明的进一步改进，第一主井眼上同侧相邻两个第二主井眼的侧钻点之间的距离不小于30m。

根据本发明的进一步改进，第一主井眼上异侧相邻的两个第二主井眼的侧钻点之间的距离不小于10m。

根据本发明的进一步改进，相邻两条主井眼之间的夹角为10°-20°。

根据本发明的进一步改进，连接在同一支主井眼上的各相邻分支井眼的侧钻点之间的距离为120-200m。

根据本发明的进一步改进，主井眼与连接在其上的各分支井眼之间夹角为30-50度。

根据本发明的进一步改进，从主井眼的终端向起始端方向，连接在同一根主井眼上的各分支井眼与该主井眼间的夹角依次逐渐增大。

发明本发明的优点：

1.本发明所提供的煤层气多分支水平井水平段的分布结构，通过增加主井眼的数量，将原本连接在同一根主井眼两侧的分支井眼分布到两根主井眼的两侧，减轻了主井眼作为排水减压通道的压力，使主井眼本身进尺得到了充分利用。

2.分散了主井眼井下被破坏、复杂或堵塞的风险，改善了施工过程中因井下被破坏或复杂所带来井眼堵塞无法继续施工以及开采过程中因局部堵塞导致产能会急剧下降的情况。

3.相对减少了水平井水平段末端的进尺量，减少因地势下降造成主井眼下倾时，水平井水平段末端进尺实际无效的几率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明，附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1示出了现有煤层气多分支水平井水平段分布结构示意图；

图2示出了根据本发明一种实施例的煤层气多分支水平井水平段分布结构示意图；以及

图3示出了根据本发明另一种实施例的煤层气多分支水平井水平段分布结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，以下实施例及附图仅是用以帮助理解本发明，而不能限定本发明的保护范围，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

根据本发明的煤层气多分支水平井水平段的分布结构包括主井眼以及连接在主井眼上的分支井眼。主井眼包括第一主井眼231与至少一支第二主井眼233，第二主井眼233为第一主井眼231的分支，在第一主井眼和至少一支第二主井眼中，位于最外侧的两支主井眼的外侧各设有一组所述分支井眼235。

如图2所示，图2中给出了根据本发明煤层气多分支水平井结构的一种具体的实施例，在这个实施例中根据本发明煤层气多分支水平井结构包括直井10、水平井20、直井10与水平井20的连通点11、水平井的直井段、造斜段、水平段，水平段包括第一主井眼231与第二主井眼233，第一主井眼231设置在在水平井造斜段的延伸方向上。第二主井眼233为第一主井眼231的一个分支。在第一主井眼231和第二主井眼233的外侧各设有一组分支井眼235。其中优选地，第一主井眼231与第二主井眼233之间设有一定的角度，该角度不小于10度。角度过小，会使两条主井眼的距离过近，覆盖面积小而不利于煤层气的开采。更为优选地，这个角度在10-20度的范围内，角度过大，会使两条主井眼的距离过远而不能有效覆盖所要开采的区域。

如图3所示，图3中给出了根据本发明煤层气多分支水平井水平段分布结构的另一种具体的实施例，在这个实施例中根据本发明煤层气多分支水平井水平段分布结构中，水平井的水平段包括一支第一主井眼231和两支第二主井眼233，两支第二主井眼233都是第一主井眼231的分支，分别连接在第一主井眼231的两侧。两支第二主井眼233的外侧各设有一组分支井眼235。两支第二主井眼233分别与第一主井眼231之间的夹角都不小于10度，优选为10-20度之间。

根据作业者要求的覆盖面积、待开发区域的形状以及所在区域的煤层地质情况进行分析，可在水平井水平段的第一主井眼231的两侧连有多支第二主井眼233(图中未具体示出)，如3支、4支、5支、6支、7支、8支甚至更多。在现有技术中多分支水平井与直径之间的连通点处的井眼通常是经过专门扩眼的，这使得该处井眼的井眼直径比其它井段的直径大。作为一种优选地方式，第二主井眼233和第一主井眼231之间的侧钻点与多分支水平井和直井的连通点11之间的距离不小于5m。在多分支水平井钻井过程中，需要给钻具予以支撑进行侧钻，第二主井眼233和第一主井眼231之间的侧钻点与多分支水平井和直井的连通点之间的距离太小不利于对钻具的支撑，容易导致侧钻效果差，甚至侧钻失败。同时如果第二主井眼233和第一主井眼231之间的侧钻点与多分支水平井和直井的连通点之间的距离太小，侧钻时钻具振动会破坏连通点处的井壁，很可能造成该部位垮塌等复杂情况。

从井下安全以及侧钻时新老井眼之间脱离的速度考虑，作为一种优选地方式，第一主井眼231上同侧各相邻两个第二主井眼233的侧钻点之间的距离不小于30m。其中，第一主井眼231上异侧相邻的两个第二主井眼233的侧钻点之间的距离不小于10m。当然通过侧钻点的井斜、煤层稳定性、动力钻具的造斜能力等多方面的配合，在小于10m的距离内钻两条第二主井眼也能够成功，但这样的过程费时费力，且容易出现失败的情况。更为优选地，在本发明煤层气多分支水平井水平段的分布结构中，相邻两条主井眼之间的夹角不小于10°，优选为10-20度之间。

作为一种更为优选地实施方式，在本发明煤层气多分支水平井水平段的分布结构中，连接在同一支主井眼上的各相邻分支井眼的侧钻点之间的距离为120-200m。根据开采速度的要求，如果要求快速开发，那么分支井眼之间的间距就小一些，即分布密一些，相反，分支井眼就分布就稀疏一些。在本发明中，连接在同一支主井眼上的各相邻分支井眼的侧钻点之间的距离与现有技术中主井眼同侧的相邻分支井眼相应的侧钻点之间的距离差不多，但由于现有技术中主井眼为两侧同时钻取分支井眼，而致使主井眼上相邻两个侧钻点之间的实际距离为60-100m左右。该过小的距离使两个连接点之间的进尺只能作为排水减压的通道，而未能对这段进尺进行煤层气抽采。而在本发明中，将原本排布在同一主井眼两侧的分支井眼排布到两条主井眼的两侧，这种排布结构具有许多优势，如，减少了钻井施工期间的事故概率，又如，当其中一支主井眼堵塞时，不至于因堵塞段之后的井眼全部堵死，而导致产量大幅度下降，再如，当所选定的开采区域中，水平井末端的地势下降造成的主井眼下倾时，主井眼两端高度差较大的情形时，在根据本发明的煤层气多分支水平井水平段分布结构与现有的煤层气多分支水平井水平段分布结构相比，大大地缩小了水平井末端的进尺量，也仅是小部分的水平井的末端进尺在解吸压力之上而失效。

更为优选地，在本发明煤层气多分支水平井水平段的分布结构中，主井眼与连接在其上的各分支井眼之间夹角为30-50度。此处“夹角”为分支井眼的主要延伸方向与该主井眼之间的夹角。更为优选地，从主井眼的末端向起始端方向，各分支井眼与主井眼之间的夹角依次逐渐增大。如此安排，能够增大分支井眼的排布范围，更适合煤层气的开采。需要说明的是，各主井眼与排布在其上的分支井眼之间的角度可以相同，也可以不同，如图2中包含的两支主井眼为例，从主井眼的末端向起始端方向，第一主井眼231与排布在其上的分支井眼235之间的角度依次为35度、40度、45度。第二主井眼233与排布在其上的分支井眼235之间的角度依次为32度、36度、40度。各分支井眼的延伸角度的确定取决于具体的区域开发的总体要求和目标区域的开采矿权的边界约束。

在本发明煤层气多分支水平井水平段的分布结构中，各主井眼上分支井眼的数量的选择取决于作业者对水平井总进尺的要求，进尺多则分支数量就多，以两支主井眼的情况为例，一般3000米的煤层进尺，可以通过两个主井眼和4-5个分支实现，4000m的煤层进尺，需要两个主井眼和6个分支，5000米的煤层进尺要求，就需要两个主井眼和7-8个分支。

本发明提供的煤层气多分支水平井水平段的分布结构的钻井顺序为，先钻第一主井眼231，在只有两根主井眼的情况下，钻好第一主井眼231后，钻第一主井眼外侧连有的分支井眼。再按照从主井眼的终端向起始端方向依次钻第二主井眼。钻到最外侧的第二主井眼后，在最外侧的第二主井眼的外侧钻分支井眼。钻分支井眼的顺序是按照从这些分支井眼所连接的主井眼的终端向起始端方向依次钻井。

本发明所提供的煤层气多分支水平井水平段的分布结构，通过增加主井眼的数量，将原本连接在同一根主井眼两侧的分支井眼分布到两根主井眼的两侧，减轻了主井眼作为排水减压通道的压力，使主井眼本身进尺得到了充分利用。同时，分散了主井眼井下被破坏、复杂或堵塞的风险。相对减少了水平井水平段末端的进尺量，减少因地势下降造成主井眼下倾时，水平井水平段末端进尺实际无效的几率。

尽管本发明已经结合附图和优选实施例进行了说明，但是很显然，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明作出各种更改和变化。因此，本发明的各种更改、变化由所附的权利要求书及其等同物的内容涵盖。