专利名称：一种单井眼煤层气水平井系统及其完成方法
技术领域：
本发明涉及煤层气勘探开发领域，特别涉及一种煤层气水平井系统及其完成方法。
背景技术：
目前在煤层气水平井开采井型中，有两种主要井型，如图1和2图所示:图1为多分支水平井开发煤层气井身示意图；图2为U型井开发煤层气井身示意图。多分支水平井指的是在地面101的一个井场先施工一口生产直井103，然后在地面101的另一个井场施工一口水平井102，先与生产直井103连通，然后沿煤层104上倾方向钻进完成多分支水平井102，利用多分支水平井102提供煤层的排水和解吸通道。生产直井103 —方面可以在水平井钻进时进行注气，实现欠平衡钻进；另一方面在生产过中程中下入各种排采设备进行排水采气，生产直井103通常设有50至70米的口袋，用以收集在排采过程中从煤层水平段中排出的煤粉。U型井是先在地面201的一个井场施工一口生产直井202，再在沿煤层204上倾方向距该直井一定距离的地面201上的另一个井场上施工一 口定向水平井203与其相连通，定向水平井203提供煤层的排水和解吸通道。然后利用生产直井202进行排水采气。同样，U型井的生产直井202通常也设有50至70米的口袋，用以收集在排采过程中从煤层水平段中排出的煤粉。综上所述，现有的水平井系统都需要两口井眼。一口井眼用作生产直井，可以下入排采设备进行排水采气，生产直井的口袋用来收集排采过程中产生的煤粉，减少检泵周期。另一口工程井用来在煤层中钻进，提供煤层的排水和解吸通道。因此，传统煤层气水平井需要两个井场，增加了占地面积。由于还涉及两口井眼的连通，增加了连通费用和钻井成本。工程井施工完成以后水平井直井段和造斜段往往废弃，造成资源的浪费。
发明内容
本发明提供一种单井眼煤层气水平井系统及其完成方法，以解决采用现有技术需要两口井眼，增加占地面积、增加钻井成本和造成资源浪费的问题。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:本发明公开了一种单井眼煤层气水平井系统，该系统包括:一个包括直井段L1、造斜段L2和水平段L3的水平井井眼；以及在所述水平井井眼上的指定侧钻点进行侧钻而形成的分支口袋段L4。在该系统中，所述水平井井眼上的指定侧钻点为造斜段L2上的一点，该点的井斜角为85度至90度。在该系统中，所述水平井井眼在指定侧钻点的完井方式为玻璃钢管完井。在该系统中，所述分支口袋段L4上的任一点的井斜角小于90度，且分支口袋段L4的长度为50至70米。在该系统中，所述水平段L3采用单主支多分支或者多主支多分支的井型。
本发明还公开了一种单井眼煤层气水平井系统的完成方法，该方法包括:完成一个包括直井段L1、造斜段L2和水平段L3的水平井井眼；在所述水平井井眼上的指定侧钻点进行侧钻完成分支口袋段L4。在该方法中，所述水平井井眼上的指定侧钻点为造斜段L2上的一点，该点的井斜角为85度至90度。该方法进一步包括:采用玻璃钢管完井方式在水平井井眼上的侧钻点进行完井。在该方法中，所述分支口袋段L4上的任一点的井斜角小于90度，且分支口袋段L4的长度为50至70米。在该方法中，所述水平段L3采用单主支多分支或者多主支多分支的井型。由上述可见，本发明的包括“一个包括直井段L1、造斜段L2和水平段L3的水平井井眼；以及在所述水平井井眼上的指定侧钻点进行侧钻而形成的分支口袋段L4。”的单井眼煤层气水平井系统和包括“完成一个包括直井段L1、造斜段L2和水平段L3的水平井井眼；在所述水平井井眼上的指定侧钻点进行侧钻完成分支口袋段L4”的单井眼煤层气水平井系统完成方法使得只需一口井眼即可进行煤层气的水平井开采，减少了井场占地和钻井成本，避免了现有技术中因水平井直井段和造斜段废弃而造成的资源浪费。
图1为多分支水平井开发煤层气井身示意图；图2为U型井开发煤层气井身示意图；图3为单井眼煤层气水平井系统井身示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。本发明的核心思想是利用单井眼水平井系统开发煤层气，具体技术方案是完成一个水平井井眼，利用该井眼提供煤层的排水通道和煤层气的解吸通道。然后在水平井井眼中侧钻出分支口袋，利用分支口袋实现现有技术中生产直井具有的收集排采过程中煤层产生的煤粉的功能，而现有技术中下在生产直井中的排采设备改为下在水平井中。从而用一口井实现了现有技术两口井的功能。图3为单井眼煤层气水平井系统井身示意图，如图3所示，本发明提供的单井眼煤层气水平井系统包括:一个包括直井段(LI)、造斜段(L2)和水平段(L3)的水平井井眼；以及在所述水平井井眼上的指定侧钻点进行侧钻而形成的分支口袋段(L4)。造斜段L2的设计造斜率一般控制在0.3-0.35度/米。这是为了保证后期下套管时能顺利通过造斜段L2，同时也保证煤层段的进尺尽可能长。水平段L3的作用主要是提供煤层302的排水通道和煤层气的解吸通道。水平段L3可以采用单主支多分支或多主支多分支的井型，以增加煤层气的解吸通道，具体实施依地质情况而定。水平段L3可以裸眼完井，同时也可以依实际情况下入筛管或套管，以使井眼更加稳定。为了方便分支口袋L4的施工，在水平段L3下入筛管或者套管时，如下入筛管或者套管的井段包括指定侧钻点，则用于侧钻分支口袋L4的侧钻点可以下入适宜于侧钻施工的玻璃钢管，将来侧钻时可以用钻头直接破坏其结构进行侧钻，方便快捷。而分支口袋段L4是在所述水平井井眼造斜段L2上的指定侧钻点进行侧钻而形成的。分支口袋L4的作用是收集排采过程中煤层产生的煤粉。在选择侧钻点时，要求所选的侧钻点的井斜角(即井眼轨迹在该点的切线与竖直线的夹角)在85-90度之间，例如，选择造斜段L2上井斜角(即井眼轨迹在该点的切线与竖直线的夹角)为87度的点为侧钻点。这是因为水平段L3沿目标煤层302上倾方向钻进，因此水平井井的井斜角增加到90度后，继续缓慢增加，造成井斜角90度的点为井眼轨迹的最低点，也就是煤粉最容易积聚的点。因此应当在尽量靠近井斜角90度的点的地方进行侧钻。由于一般情况下井眼轨迹井斜角达到90度之前增斜较快而井斜角增加到90度后增斜较慢，因此优选侧钻点的井斜角(即井眼轨迹在该点的切线与竖直线的夹角)在85-90度之间。为了使分支口袋L4实现收集排采过程中煤层产生的煤粉的功能，该段上的任一点的井斜角(即井眼轨迹在该点的切线与竖直线的夹角)应小于90度。为了使排采过程中的煤粉容易进入分支口袋L4，在开始侧钻后应以尽量大的降斜率将低该段的井斜角。该段的井斜角越小，煤粉越容易在重力的作用下进入分支口袋L4。分支口袋L4的长度一般为50-70米，该段可以根据实际情况下入金属或塑料筛管，如果地层稳定也可以裸眼完井。利用本发明提供的单井眼煤层气水平井系统进行煤层气排采时，所述水平井井眼提供煤层的排水通道和煤层气的解吸通道；将排采设备下入在本发明的水平井井眼中，为了适应大井斜角的需要，可以采用射流泵等设备进行排采。而排采过程中煤层产生的煤粉则进入分支口袋L4中，实现了利用单井眼煤层气水平井系统开发煤层气的目的。以下结合图3说明本发明的单井眼煤层气水平井系统的完成方法。本发明的单井眼煤层气水平井系统的完成方法包括:完成一个包括直井段L1、造斜段L2和水平段L3的水平井井眼；在所述水平井井眼上的指定侧钻点进行侧钻完成分支口袋段L4。实施本发明的方法时，施工顺序依次为L1、L2、L3和L4。以下按顺序分别进行说明。实际施工中采用何种井身结构根据实际需要而定，下面以三开井为例进行说明。一开使用直径311.1mm的钻头(也可根据设计选用其他钻头及相应的套管，以下均相同)从地面301钻达基岩，完成直井段LI的一部分，下入直径273.1mm的表层套管。二开使用直径241.3mm的钻头，先施工直井段LI，完成直井段LI，钻达设计造斜点后开始造斜段L2的钻进，以设计造斜率钻至目标煤层302，然后下入直径177.8mm技术套管。为了保证后期下套管时能顺利通过造斜段L2，同时也保证煤层段的进尺尽可能长，造斜段L2的设计造斜率一般控制在0.3-0.35度/米。三开使用直径152mm钻头，沿目标煤层302上倾方向钻进，直到煤层段进尺满足煤层气排采的要求，从而完成水平段L3的施工。水平段L3的作用主要是提供煤层302的排水通道和煤层气的解吸通道。水平段L3可以采用单主支多分支或多主支多分支的井型，以增加煤层气的解吸通道，具体实施依地质情况而定。水平段L3可以裸眼完井，同时也可以依实际情况下入筛管或套管，以使井眼更加稳定。为了方便分支口袋L4的施工，在水平段L3下入筛管或者套管时,如下入筛管或者套管的井段包括指定侧钻点，则用于侧钻分支口袋L4的侧钻点可以下入适宜于侧钻施工的玻璃钢管，将来侧钻时可以用钻头直接破坏其结构进行侧钻，方便快捷。煤层段进尺完成后，在造斜段L2上选一点进行侧钻，钻进用于收集煤粉的分支口袋L4。要求所选的侧钻点的井斜角(即井眼轨迹在该点的切线与竖直线的夹角)在85-90度之间，例如，选择造斜段L2上井斜角(即井眼轨迹在该点的切线与竖直线的夹角)为87度的点为侧钻点。这是因为水平段L3沿目标煤层302上倾方向钻进，因此水平井井的井斜角增加到90度后，继续缓慢增加，造成井斜角90度的点为井眼轨迹的最低点，也就是煤粉最容易积聚的点。因此应当在尽量靠近井斜角90度的点的地方进行侧钻。由于一般情况下井眼轨迹井斜角达到90度之前增斜较快而井斜角增加到90度后增斜较慢，因此优选侧钻点的井斜角(即井眼轨迹在该点的切线与竖直线的夹角)在85-90度之间。为了使分支口袋L4实现收集排采过程中煤层产生的煤粉的功能，该段上的任一点的井斜角(即井眼轨迹在该点的切线与竖直线的夹角)应小于90度。为了使排采过程中的煤粉容易进入分支口袋L4，在开始侧钻后应以尽量大的降斜率将低该段的井斜角。该段的井斜角越小，煤粉越容易在重力的作用下进入分支口袋L4。分支口袋L4的长度一般为50-70米，该段可以根据实际情况下入金属或塑料筛管，如果地层稳定也可以裸眼完井。钻进时，根据设计煤层数据和井眼轨迹，注意观察钻时、返上的岩屑和伽马值的变化，判断井眼轨迹所在地层，及时调整井眼轨迹。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种单井眼煤层气水平井系统，其特征在于，所述系统包括: 一个包括直井段(LI)、造斜段(L2)和水平段(L3)的水平井井眼； 以及在所述水平井井眼上的指定侧钻点进行侧钻而形成的分支口袋段(L4)。
2.如权利要求1所述的一种单井眼煤层气水平井系统，其特征在于:所述水平井井眼上的指定侧钻点为造斜段(L2)上的一点，该点的井斜角为85度至90度。
3.如权利要求1所述的一种单井眼煤层气水平井系统，其特征在于:所述水平井井眼在指定侧钻点的完井方式为玻璃钢管完井。
4.如权利要求1所述的一种单井眼煤层气水平井系统，其特征在于:所述分支口袋段(L4)上的任一点的井斜角小于90度，且分支口袋段(L4)的长度为50至70米。
5.如权利要求1所述的一种单井眼煤层气水平井系统，其特征在于:所述水平段(L3)采用单主支多分支或者多主支多分支的井型。
6.一种单井眼煤层气水平井系统的完成方法，其特征在于，所述方法包括: 完成一个包括直井段(LI)、造斜段(L2)和水平段(L3)的水平井井眼； 在所述水平井井眼上的指定侧钻点进行侧钻完成分支口袋段(L4)。
7.如权利要求6所述的单井眼煤层气水平井系统的完成方法，其特征在于: 所述水平井井眼上的指定侧钻点为造斜段(L2)上的一点，该点的井斜角为85度至90度。
8.如权利要求6所述的单井眼煤层气水平井系统的完成方法，其特征在于，该方法进一步包括: 采用玻璃钢管完井方式在水平井井眼上的侧钻点进行完井。
9.如权利要求6所述的单井眼煤层气水平井系统的完成方法，其特征在于: 所述分支口袋段(L4)上的任一点的井斜角小于90度，且分支口袋段(L4)的长度为50至70米。
10.如权利要求6所述的单井眼煤层气水平井系统的完成方法，其特征在于: 所述水平段(L3)采用单主支多分支或者多主支多分支的井型。
全文摘要
本发明公开了一种单井眼煤层气水平井系统及其完成方法,该水平井系统具体包括:一个包括直井段(L1)、造斜段(L2)和水平段(L3)的水平井井眼；以及在所述水平井井眼上的指定侧钻点进行侧钻而形成的用于收集煤粉的分支口袋段(L4)。该水平井系统的完成方法具体包括完成一个包括直井段(L1)、造斜段(L2)和水平段(L3)的水平井井眼；在所述水平井井眼上的指定侧钻点进行侧钻完成分支口袋段(L4)。本发明用一口井实现了现有技术两口井的开发煤层气的功能，具有减少占地和钻井成本，避免浪费的优点。
文档编号E21B43/30GK103161440SQ20131006209
公开日2013年6月19日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者毛志新, 鲜保安, 王德桂, 彭宏钊, 邓钧耀, 毕延森, 纪元, 张毅 申请人:中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司, 中石油煤层气有限责任公司