[发明专利]气水混合液喷射钻井梅花形径向水平井煤层气开采方法

说明书

本发明涉及一种煤层气开采领域煤层气开采方法，具体涉及一种用带有高压流体喷射枪的连续油管在垂直井扩孔后的煤层井段，通过径向定向和导向工具，采用高压气水混合液沿不同的方位角、在煤层中径向方向喷射钻进出一组或上下分布多组(多煤层)、具一定直径大小和长度的径向水平孔，并在这些径向孔中下入带有导流孔的高强度PVC筛管，形成有支撑和导流功能的梅花形径向水平井，一组或多组(多煤层)梅花形径向水平井以及由这些径向水平井组构成的井网的煤层气开采方法。

背景技术

在煤层气勘探开发领域，通常采用钻探垂直压裂井、洞穴井以及多种样式的水平井如“U”型井、“V”型井和不同形式的多分枝井，通过排水降低煤层储层压力使煤层中的甲烷气解吸而产出(排水采气)来实现煤层气的开采。目前，煤层气开采井主要有垂直井和水平井井组以及少数采用水力喷射径向孔的试验性井。垂直井是通过钻井工艺垂直穿透煤层，完井后通过扩孔和造穴以及水力压裂等强化改造手段来实现煤层气的商业性开采。垂直井的优点是钻井工艺简单、强化工艺方法成熟、工程造价较为低廉。其缺点是单井控制煤层排采区域小，气产量较低，尤其是强化压裂造成排水采气过程中有大量的煤粉产出，导致煤层中裂缝导流通道堵塞，产气量下降。水平井是通过水平井钻井工艺实现裸眼井段在煤层中长距离钻进穿越来实现增加煤储层的排泄区域，多分支水平井是在水平主井的单翼或两翼，钻进多个沿煤层长距离穿越的分支井来增加气水排泄区域，进而最大化地实现区域排采实现煤层气的商业开采。然而，水平井钻井期间易污染煤层、生产期间煤层垮塌易堵塞井眼，且具有施工难度大，费用高，完井周期长等缺点。水力喷射径向井是在一口套管完井的垂直井中通过先下入带有径向导向装置的工作管柱(通常是直径73mm的油管)，再通过连续油管(直径25.4mm)下入带有水力马达和可径向钻穿钢质套管的钻头，在套管上钻一个直径约为25mm的工作孔，完成钻穿工作孔后，再下入带有水力喷射枪的连续油管穿过套管上的工作孔，在煤层中用高压水力喷射一直径约为50mm,长度约为100m的水平孔，并用这种方法在煤层中喷射出一组不同方位的径向孔。该方法起先应用到油田边缘井、老井改造，以提高油井产量。其优点是增大了垂直井采油区域，增加单井产量，提高采收率。后来该方法被引用到改造煤层气垂直井，以增加单井的排泄面积，理论上有利于煤层气产量的增加。但在实际作业井中，多数井增产效果不明显或没有效果。造成这一结果的原因是由径向水平孔被喷射钻进过程中所产生的煤粉严重堵塞所导致,其堵塞机理是:由于套管上通过连续油管的作业工作孔的流动空间狭小(直径约25.5mm的连续油管穿过，导致该作业工作孔流动空间狭小)，高压喷射钻进时，径向孔内的固液两相混合流体不能从作业工作孔缝隙中顺利流出,这就在径向孔内形成了一定程度的“超压”(高于煤储层压力)，在这一“超压”的作用下，喷射钻进时混有大量微细煤粉的混合液，浸入到径向孔周围煤层中的微细裂缝和割理，这就在径向孔周围形成一煤粉侵入堵塞(污染)带，这一污染带不但阻止煤层中的地层水向径向水平孔流动，导致远离径向孔的煤层不能降压解吸出气，而且也阻碍滞流解析气体流到径向水平孔内，这就造成了作业后的煤层气井气水产量没有明显的增产效果。该径向水平孔的另一缺点是孔径太小，尤其是在易垮塌的构造煤和低阶煤的煤层中作业，容易造成径向水平孔垮塌堵塞失效；其另外一缺点是施工连续油管内径小，导致施工压力过高，安全性差。

发明内容

为了克服垂直压裂造成排水采气(排采)过程中有大量的煤粉产出，导致煤层中导流通道的裂缝堵塞，为了克服水平井、钻井期间易污染煤层、排采期间煤层垮塌易堵塞井眼和施工难度大，费用高，完井周期长等缺点，也为了克服径向水平孔在喷射钻进时被钻进过程所产生的煤粉严重堵塞其孔壁周围煤层和孔径太小，尤其是在构造煤和低阶煤的软煤层中非常容易垮塌造成径向孔失效以及施工控制复杂和工作压力过高等缺点，也为了更有效提高煤层气井商业开发效益，本发明提供了一种用油管(直径89mm)作为工作管柱，在垂直井扩孔后的煤层井段，下入径向导向工具进行导向，用带有高压喷射枪的连续油管，以高压气水混合液作为工作介质(能实现欠平衡状态)，在煤层中钻进形成一组梅花形径向水平孔，并下入带有导流孔起导流和支撑作用的高强度PVC筛管，防止井眼垮塌堵塞的径向水平孔。高压气水混合液喷射钻进，既能实现欠平衡钻井、减少对煤层的污染，也能强化改造径向水平井周围煤层。用一组或多组(多煤层井)梅花形径向水平孔构成的径向水平井和由这些径向水平井组构成的井网开发煤层气，增加了煤层的排泄面积，有利于形成区域联合降压采气，能提高煤层气井的产量和采收率，实现煤层气井长期有效开采生产。