CN113605874B - 一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤层气抽采技术领域，具体涉及一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，采用一组底板U型井和一口顶板L型井联合抽采目标碎软煤层的煤层气，底板U型井由底板L型井和垂直井组成；施工时先施工垂直井，再施工底板L型井，底板L型井的水平段位于目标碎软煤层的底板下方，底板L型井的水平段下山钻进并沟通垂直井，最后在底板L型井的井眼内钻进顶板L型井，顶板L型井的水平段位于目标碎软煤层的顶板上方，顶板L型井的水平段下山钻进至距垂直井预设距离处终孔；在底板L型井的水平段上间隔设置作业段，作业段包括中间的压裂段和前后的底板射孔段；在顶板L型井的水平段上设置顶板射孔段；垂直井排水，顶板L型井采气。
Description
技术领域
本发明属于煤层气抽采技术领域，具体涉及一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法。
背景技术
碎软煤层煤层气抽采是世界性难题，一直困扰着煤层气行业，并严重威胁煤炭安全生产。目前碎软煤层垂直井平均产气量小于500方/天，煤层水平井平均产气量小于3000方/天，近年来实施的顶板水平井产气量突破5000方/天。碎软煤层煤质松软低渗易坍塌，煤层气水平井水平段无法在煤层中维持，堵塞产气裂隙通道，影响煤层气抽采效果，使得煤矿安全存在瓦斯风险，尚未有更好的方法来突破碎软煤层煤层气抽采技术难关。
发明内容
本发明为了解决碎软煤层煤质松软低渗易坍塌，煤层气水平井水平段无法在煤层中维持，堵塞产气裂隙通道，影响煤层气抽采效果，煤矿安全存在瓦斯风险的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，采用一组底板U型井和一口顶板L型井联合抽采目标碎软煤层的煤层气，底板U型井由底板L型井和垂直井组合而成；施工时先施工垂直井，再施工底板L型井，底板L型井自地表向下钻过目标碎软煤层、水平段位于目标碎软煤层的底板下方，底板L型井的水平段下山钻进并沟通垂直井，底板L型井中下入封隔器，最后在底板L型井的井眼内造斜钻进顶板L型井，顶板L型井的水平段位于目标碎软煤层的顶板上方，顶板L型井的水平段下山钻进至距垂直井预设距离处终孔；在底板L型井的水平段上间隔设置作业段，作业段包括中间的压裂段和前后的底板射孔段；在顶板L型井的水平段上设置顶板射孔段，顶板射孔段与作业段空间内错开，顶板射孔段位于两作业段中间；在垂直井的井口安装抽油机或螺杆泵进行排水，底板L型井不排采，顶板L型井的井口连接采气管道进行集输。
进一步地，所述垂直井穿过目标碎软煤层的底板预设深度后构造井眼洞穴，底板L型井的水平段延伸至与井眼洞穴相连。
进一步地，所述垂直井采用二开井身结构；一开钻入地表下2m，下入玻璃钢套管；二开钻穿目标碎软煤层、钻至设计深度终孔，下入石油套管；垂直井全井固井，固井后在距目标碎软煤层的底板2米处扩孔造穴，井眼洞穴的半径大于0.5m。
进一步地，所述底板L型井内压裂段施工时，先采用射孔枪或水力喷砂向目标碎软煤层方向垂直定向射孔，再进行连续油管由远及近分段压裂；压裂完成后施工底板射孔段，在压裂段前后再次采用射孔枪或水力喷砂向目标碎软煤层方向垂直定向补射孔；顶板L型井内采用射孔枪或水力喷砂向目标碎软煤层方向垂直定向射孔。
进一步地，所述底板L型井上的作业段的间距为60m，压裂段和底板射孔段的长度均是10m，顶板射孔段的长度为20m。
进一步地，所述压裂段上的射孔孔距为1米，相位角偏差小于5度、孔密16孔/米；底板射孔段上的射孔孔距为1米、相位角偏差小于5度、孔密16孔/米；顶板射孔段上的射孔孔距为1米、相位角偏差小于5度、孔密16孔/米。
进一步地，所述底板L型井内压裂过程中压裂液采用清水+氯化钾配比形成的活性水，根据煤质情况在压裂液中添加降阻或防膨添加剂。
进一步地，所述底板L型井和顶板L型井采用三开井身结构；一开下入表层套管，二开下入技术套管、三开下入生产套管，生产套管采用悬挂装置固定于技术套管尾端，底板L型井和顶板L型井全井固井。
进一步地，所述底板L型井的水平段距目标碎软煤层的底板2m，顶板L型井的水平段距目标碎软煤层的顶板2m，顶板L型井的水平段钻至距垂直井10米处终孔。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明提供的一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，采用一组底板U型井和一口顶板L型井联合抽采碎软煤层中的煤层气，底板U型井是底板L型井和垂直井的组合，垂直井排水、顶板L型井采气，提高了碎软煤层煤层气抽采量。
将L型井布置在煤层顶底板岩层中施工且进行固井，有利于保持井身结构稳定性，钻井不会存在煤层垮塌的风险，也不会污染煤储层，压裂煤层能更好的沟通煤储层孔隙，是现阶段煤层气增产的必要手段，固井能保证各压裂段不窜通，有效的改造煤层。根据气向上运移、水向下产出的原理，采用底板L型井进行水力压裂，便于压裂液返排，再通过垂直井排采产出，而顶板L型井不压裂只射孔，顶板射孔段与底板L型井压裂段和底板射孔段避开，避免顶板射孔破坏底板压裂产生的裂隙，后期不排水只产气，有利于稳定产气通道，避免因排采水运移造成煤粉和压裂砂返排堵塞煤层裂隙，因水平段为下山钻进，后期排采过程中煤层产出的煤粉和压裂砂容易流至垂直井井底，后期有必要的话可以对底板L型井进行修井，通洗水平段遗留的煤粉和压裂砂，但一般不做修井，只针对垂直井进行修井较为方便，且不容易污染煤层和破坏裂隙，顶底板双层水平井煤层气抽采主要用于碎软煤层的煤层气抽采，对于解决条带式工作面瓦斯问题效果尤为明显。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-顶板L型井；2-底板L型井；3-封隔器；4-顶板射孔段；5-目标碎软煤层；6-压裂段；7-底板射孔段；8-垂直井；9-井眼洞穴。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。各图所示内容仅用于理解发明的技术内容，而不代表产品的实际比例和真实形状，其中相同的标号表示结构相同或功能相同但结构相似的部分。
在本文中，“平行”、“垂直”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，它也可以包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用该产品时允许的误差。另外，“垂直”不仅包括在空间中两物体直接相接的互相垂直，还包括在空间中两物体不相接时的互相垂直。
如图1所示；一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，针对碎软煤层煤质松软低渗易坍塌，煤层气水平井水平段无法在煤层中维持，堵塞产气裂隙通道，影响煤层气抽采效果，使得煤矿安全存在瓦斯风险。根据煤层气排水采气（解吸、扩散、渗流）的原理，结合双煤层气水平井、煤层顶板煤层气水平井技术工艺，创新的提出了碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采。采用一组底板U型井和一口顶板L型井1联合抽采目标碎软煤层5的煤层气，底板U型井由底板L型井2和垂直井8组合而成。
施工时先施工垂直井8，垂直井8穿过目标碎软煤层5的底板预设深度后构造井眼洞穴9。垂直井8采用二开井身结构；一开钻入地表下2m，下入玻璃钢套管；二开钻穿目标碎软煤层5、钻至设计深度终孔，下入石油套管；垂直井8全井固井，固井后在距目标碎软煤层5的底板2米处扩孔造穴，井眼洞穴9的半径大于0.5m。
再施工底板L型井2，底板L型井2自地表向下钻过目标碎软煤层5、水平段位于目标碎软煤层5的底板下方。具体为，底板L型井2的水平段距目标碎软煤层5的底板2m，底板L型井2的水平段延伸至与井眼洞穴9相连，使得底板L型井2沟通垂直井8。
根据顶板L型井1的造斜半径曲率要求在底板L型井2的井筒某段下入封隔器3进行侧钻造斜，顶板L型井1的水平段位于目标碎软煤层5的顶板上方。具体为，顶板L型井1的水平段距目标碎软煤层5的顶板2m，顶板L型井1的水平段下山钻进至距垂直井8预设距离处终孔。具体为，顶板L型井1的水平段钻至距垂直井10米处终孔。
在底板L型井2的水平段上间隔设置作业段，作业段包括中间的压裂段6和前后的底板射孔段7；在顶板L型井1的水平段上设置顶板射孔段4，顶板射孔段4与作业段空间内错开，顶板射孔段4位于两作业段中间；在垂直井8的井口安装抽油机或螺杆泵进行排水，底板L型井2不排采，顶板L型井1的井口连接采气管道进行集输。
底板L型井2内压裂段施工时，先采用射孔枪或水力喷砂向目标碎软煤层方向垂直定向射孔，射孔孔距为1米，相位角偏差小于5度、孔密16孔/米。再进行连续油管由远及近分段压裂，压裂液采用清水+氯化钾配比形成的活性水，根据煤质情况在压裂液中添加降阻或防膨添加剂。压裂完成后施工底板射孔段7，在压裂段前后10米范围内再次采用射孔枪或水力喷砂向目标碎软煤层方向垂直定向补射孔，中间间隔1米射孔、相位角偏差小于5度、孔密16孔/米。顶板L型井1内采用射孔枪或水力喷砂向目标碎软煤层方向垂直定向射孔，射孔孔距为1米、相位角偏差小于5度、孔密16孔/米。底板L型井2上的作业段的间距为60m，压裂段6的长度均为10m，顶板射孔段4的长度为20m。
底板L型井2和顶板L型井1采用三开井身结构；一开下入表层套管，二开下入技术套管、三开下入生产套管，生产套管采用悬挂装置固定于技术套管尾端，底板L型井2和顶板L型井1全井固井。
专利号为201721821119.0的中国实用新型专利公开了“一种双煤层U型煤层气井井身结构”，与本申请相近的现有技术，本申请与该现有技术的区别在于：（1）所针对的目的煤层不同，本申请主要针对碎软煤层，其难点在于煤层松软破碎，常规煤层气井抽采效果差，井身结构不易保存；（2）本申请所述的煤层气井均在煤层顶底板施工；（3）本申请顶板L型井不与垂直井沟通，只采气不排水，底板L型井只进行排水，不采气。
专利号为202011077949.3的中国发明专利“煤炭地下气化与煤层气的协同开采方法、结构及构造方法”是与本申请相近的现有技术，本申请与该现有技术的区别在于：（1）本申请不涉及煤炭地下气化，仅针对某一目标碎软煤层进行煤层气抽采，主要解决条带状工作面瓦斯问题，补充煤层气地面产量；（2）所述的现有技术中要求煤层间距50米，下层井进行煤炭地下气化，利用余热影响上层井的煤层气抽采；本申请根据煤层气产出机理，通过对垂直井进行排水来降低煤储层压力，从而使煤层气从顶板L型井产出；（3）本申请还需对底板L型井进行压裂改造煤层，从而连通煤层裂隙、增加产气通道，再利用顶板L型井射孔，打通井筒与煤层裂隙，便于煤层气产出。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，其特征在于：采用一组底板U型井和一口顶板L型井（1）联合抽采目标碎软煤层（5）的煤层气，底板U型井由底板L型井（2）和垂直井（8）组合而成；施工时先施工垂直井（8），再施工底板L型井（2），底板L型井（2）自地表向下钻过目标碎软煤层（5）、水平段位于目标碎软煤层（5）的底板下方，底板L型井（2）的水平段下山钻进并沟通垂直井（8），底板L型井（2）中下入封隔器（3），最后在底板L型井（2）的井眼内造斜钻进顶板L型井（1），顶板L型井（1）的水平段位于目标碎软煤层（5）的顶板上方，顶板L型井（1）的水平段下山钻进至距垂直井（8）预设距离处终孔；在底板L型井（2）的水平段上间隔设置作业段，作业段包括中间的压裂段（6）和前后的底板射孔段（7）；在顶板L型井（1）的水平段上设置顶板射孔段（4），顶板射孔段（4）与作业段空间内错开，顶板射孔段（4）位于两作业段中间；在垂直井（8）的井口安装抽油机或螺杆泵进行排水，底板L型井（2）不排采，顶板L型井（1）的井口连接采气管道进行集输。
2.根据权利要求1所述的一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，其特征在于：所述垂直井（8）穿过目标碎软煤层（5）的底板预设深度后构造井眼洞穴（9），底板L型井（2）的水平段延伸至与井眼洞穴（9）相连。
3.根据权利要求2所述的一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，其特征在于：所述垂直井（8）采用二开井身结构；一开钻入地表下2m，下入玻璃钢套管；二开钻穿目标碎软煤层（5）、钻至设计深度终孔，下入石油套管；垂直井（8）全井固井，固井后在距目标碎软煤层（5）的底板2米处扩孔造穴，井眼洞穴（9）的半径大于0.5m。
4.根据权利要求1所述的一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，其特征在于：所述底板L型井（2）内压裂段（6）施工时，先采用射孔枪或水力喷砂向目标碎软煤层方向垂直定向射孔，再进行连续油管由远及近分段压裂；压裂完成后施工底板射孔段（7），在压裂段（6）前后再次采用射孔枪或水力喷砂向目标碎软煤层方向垂直定向补射孔；顶板L型井（1）内采用射孔枪或水力喷砂向目标碎软煤层方向垂直定向射孔。
5.根据权利要求4所述的一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，其特征在于：所述底板L型井（2）上的作业段的间距为60m，压裂段（6）和底板射孔段（7）的长度均是10m，顶板射孔段（4）的长度为20m。
6.根据权利要求5所述的一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，其特征在于：所述压裂段（6）上的射孔孔距为1米，相位角偏差小于5度、孔密16孔/米；底板射孔段（7）上的射孔孔距为1米、相位角偏差小于5度、孔密16孔/米；顶板射孔段（4）上的射孔孔距为1米、相位角偏差小于5度、孔密16孔/米。
7.根据权利要求6所述的一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，其特征在于：所述底板L型井（2）内压裂过程中压裂液采用清水+氯化钾配比形成的活性水，根据煤质情况在压裂液中添加降阻或防膨添加剂。
8.根据权利要求1所述的一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，其特征在于：所述底板L型井（2）和顶板L型井（1）采用三开井身结构；一开下入表层套管，二开下入技术套管、三开下入生产套管，生产套管采用悬挂装置固定于技术套管尾端，底板L型井（2）和顶板L型井（1）全井固井。
9.根据权利要求8所述的一种碎软煤层顶底板双层水平井煤层气抽采的方法，其特征在于：所述底板L型井（2）的水平段距目标碎软煤层（5）的底板2m，顶板L型井（1）的水平段距目标碎软煤层（5）的顶板2m，顶板L型井（1）的水平段钻至距垂直井（8）10米处终孔。
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