專利名稱:一種多分支水平井系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種多分支水平井系統(tǒng)，此多分支水平井系統(tǒng)設(shè)置在傾斜地層中，多分支水平井系統(tǒng)包括至少兩支多分支水平井，各多分支水平井分別包括：直井段；連通直井，位于地勢(shì)低于直井段的位置上；主井眼，連接在直井段和連通直井之間，相鄰兩支多分支水平井中主井眼通過分支井眼水流通相連。通過將至少兩支多分支水平井設(shè)置在傾斜地層中，并且利用分支井眼將主井眼水流通相連的布局，可以有效地排采傾斜地層中的水，達(dá)到降壓解析的目的。
【專利說明】一種多分支水平井系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及煤層氣領(lǐng)域，具體而言，涉及一種多分支水平井系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]自上世紀(jì)80年代開始，隨著隨鉆測(cè)量?jī)x器、馬達(dá)和PDC鉆頭等技術(shù)的發(fā)展，水平井鉆井技術(shù)開始規(guī)模應(yīng)用。通過定向井技術(shù)把直井或斜井彎曲進(jìn)入目標(biāo)地層并平行目標(biāo)層鉆進(jìn)一定的長(zhǎng)度，由于地層一般是水平的或接近水平的所以目標(biāo)層中的井眼也是水平或接近水平的，通常把這樣的井稱為水平井。水平井按井型可分為單支水平井和多分支水平井；單支水平井又可劃分為傳統(tǒng)單支水平井和U型連通水平井；多分支水平井有可劃分為單主支多分支水平井和雙主支多分支水平，在主分支完成順序上有分為先鉆分支或先鉆主支。
[0003]煤層氣排采過程是排水、降壓、解吸和采氣的過程。煤層氣的排采是通過有效的排水、降低井底壓力使煤層氣解吸，匯集到低壓井筒被排放出來的一個(gè)過程，通常使用多分支水平井完成此排采過程。煤層氣排采過程是排水、降壓、解吸、采氣，第一個(gè)關(guān)節(jié)排水就決定了煤層氣水平井排采泵必須下至水平井最低點(diǎn)，只有該點(diǎn)才能有效排水，從而實(shí)現(xiàn)降壓、解吸和采氣。這就對(duì)水平井、多分支水平井鉆井工程提出了要求:所有分支井眼必須高于或等于排采泵位置，排采泵下入的最佳位置為著陸點(diǎn)或近端/遠(yuǎn)端U型井的連通點(diǎn)。也就是說:對(duì)于水平井、近端連通U型井、多分支水平井，必須保證在水平地層或傾斜地層中沿著傾斜方向鉆進(jìn)、布置；對(duì)于遠(yuǎn)端U型水平井，必須保證在水平地層或沿著下傾地層方向鉆進(jìn)、布置。這樣做才能保證在重力的作用下，地層水流向排采泵位置(水平井最低位置)，才能有效地實(shí)施煤層氣的排采。
[0004]多分支水平井能夠更有效溝通煤層自身孔隙裂縫通道、增加泄(油)氣面積、分支控制產(chǎn)氣資源面積效率高，能很好地克服了煤儲(chǔ)層的“低滲、低壓、低飽和”特征。所以多分支水平井在煤層氣開發(fā)中的受到越來越大的重視和運(yùn)用。但是水平井及多分支水平井主要適用于薄層和低滲儲(chǔ)層的開發(fā)。但是對(duì)于傾角大于25°傾斜底層中的煤層氣的排采，由于其地勢(shì)較高存在排采難度和施工難度之間的矛盾，故傾斜地層中的煤層水一直不能得到有效的排出。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)在面對(duì)傾斜地層中排采降壓的問題時(shí)，依然采用傳統(tǒng)的多分支水平井的模式，雖然排采時(shí)，利用水流的重力會(huì)得到一個(gè)較好的排水效果，但此技術(shù)的問題在于在開鉆多分支水平井時(shí)，由于傾斜地層托住和降低了懸重，在摩阻、托壓作用下，限制了水平井在傾斜地層中的鉆設(shè)長(zhǎng)度。摩阻和托壓與水平井的長(zhǎng)度和傾斜幅度成正比，為了克服摩阻和托壓施加過大的鉆井參數(shù)(鉆壓、懸重、扭矩等)易破壞井眼的穩(wěn)定性，特別是在機(jī)械強(qiáng)度薄弱易坍垮的煤層中特別容易造成井眼坍塌卡鉆事故的發(fā)生，釀成嚴(yán)重的損失。
[0006]基于上述問題，有必要提出一種有效的多分支水平井系統(tǒng)，以解決傾斜地層中煤層水排采降壓難的問題。。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型旨在提供一種多分支水平井系統(tǒng)，以解決傾斜地層中的煤層氣排水降壓?jiǎn)栴}。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種多分支水平井系統(tǒng)，多分支水平井系統(tǒng)設(shè)置在傾斜地層中，多分支水平井系統(tǒng)包括至少兩支多分支水平井，各多分支水平井分別包括:直井段；連通直井，位于地勢(shì)低于直井段的位置上；主井眼，連接在直井段和連通直井之間；相鄰兩支多分支水平井中主井眼通過分支井眼水流通相連。
[0009]進(jìn)一步地，設(shè)置在相鄰兩個(gè)主井眼之間的分支井眼的第一端與一個(gè)主井眼直接連通，第二端偏離水平方向向下延伸與另一個(gè)主井眼直接連通或滲透連通。
[0010]進(jìn)一步地，分支井眼的第二端與另一個(gè)主井眼滲透連通時(shí)，分支井眼的第二端距離另一個(gè)主井眼的距離為3-15米。
[0011]進(jìn)一步地，相鄰兩個(gè)主井眼之間設(shè)置有多個(gè)分支井眼，各分支井眼均由同一口主井眼向外延伸形成。
[0012]進(jìn)一步地，相鄰兩個(gè)主井眼之間設(shè)置有多個(gè)分支井眼，相鄰兩個(gè)分支井眼由不同的主井眼向外延伸形成。
[0013]進(jìn)一步地，分支井眼的水平投影長(zhǎng)度為100?500米。
[0014]進(jìn)一步地，各多分支水平井的主井眼沿與下傾方向夾角為-90° < α <90°的方向延伸。
[0015]進(jìn)一步地，各多分支水平井的主井眼平行設(shè)置。
[0016]進(jìn)一步地，每?jī)蓚€(gè)相鄰多分支水平井為一組，位于一組中的兩支多分支水平井共用一個(gè)直井段。
[0017]應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種多分支水平井系統(tǒng)及其施工方法，通過將至少兩支多分支水平井設(shè)置在傾斜地層中，并且利用分支井眼將主井眼水流通相連的布局，可以有效地排采傾斜地層中的水，達(dá)到降壓解析的目的。這種多分支水平井系統(tǒng)在使用時(shí)，傾斜地層中的水通過排采泵和重力的作用，從地層中析出進(jìn)入主井眼，隨后從主井眼上的分井眼進(jìn)入分支，地層水通過分支流至相鄰的主井眼。接下來地層水重復(fù)上述的步驟，通過分支到達(dá)另一個(gè)主井眼，大大增加了排水量，直至最大限度地將地層水排除，達(dá)到降壓解析的目的。

【附圖說明】

[0018]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方式的多分支水平井系統(tǒng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施方式的附圖，對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明，需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
[0021]正如【背景技術(shù)】部分所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在在傾斜地層中不能有效地排水降壓的問題。為了解決這一問題，本實(shí)用新型發(fā)明人提供了一種多分支水平井系統(tǒng)。如圖1所示，這種多分支水平井系統(tǒng)設(shè)置在傾斜地層中，多分支水平井系統(tǒng)包括至少兩支多分支水平井，每個(gè)多分支水平井分別包括:直井段3、連通直井4、主井眼2，其中連通直井4位于地勢(shì)低于直井段3的位置上，主井眼2連接在直井段3和連通直井4之間，相鄰兩支多分支水平井中主井眼2通過分支井眼I水流通相連。
[0022]本實(shí)用新型上述的多分支水平井系統(tǒng)，通過將至少兩支多分支水平井設(shè)置在傾斜地層中，并且利用分支井眼I將主井眼2水流通相連的布局，可以有效地排采傾斜地層中的水，達(dá)到降壓解析的目的。這種多分支水平井系統(tǒng)在使用時(shí)，傾斜地層中的水通過排采泵和重力的作用，從地層中析出進(jìn)入主井眼2，隨后從主井眼2上的分井眼進(jìn)入分支，地層水通過分支流至相鄰的主井眼2。接下來地層水重復(fù)上述的步驟，通過分支到達(dá)另一個(gè)主井眼2，大大增加了排水量，直至最大限度地將地層水排除，達(dá)到降壓解析的目的。
[0023]一種典型的實(shí)施例中，設(shè)置在相鄰兩個(gè)主井眼2之間的分支井眼I的第一端與一個(gè)主井眼2直接連通，第二端偏離水平方向向下延伸與另一個(gè)主井眼2直接連通或滲透連通。通過上述連接關(guān)系，地層水可以更高效地從地層中被排采出來，達(dá)到降壓目的。分支井眼I的一端與主井眼2連通有利于地層水直接進(jìn)入分支，而當(dāng)?shù)貙铀袎毫^大時(shí)，可以采取分支另一端與相鄰主井眼2相連通的方式，為排采降壓提供有利布局，而當(dāng)?shù)貙铀袎毫m中時(shí)，可以采取分支另一端與相鄰主井眼2滲透連通的方式，不僅可以達(dá)到正常的降壓解析的作用，還省去了對(duì)多余分支井眼I的后期維護(hù)的費(fèi)用。
[0024]其中一種實(shí)施例中，分支井眼I的第二端與另一個(gè)主井眼2滲透連通時(shí)，分支井眼I的第二端距離另一個(gè)主井眼2的距離為3?15米。將分支井眼I的第二端距離設(shè)置為到另一個(gè)主井眼2的距離為3?15米，可以在保證正常的降壓解析的同時(shí)，保證分支與相鄰主井眼2的滲透連通。分支井眼I的第二端距離設(shè)置為到另一個(gè)主井眼2的距離大于3?15米時(shí)，地層水滲透效果會(huì)相對(duì)較差，不利于地層水的排采降壓，而當(dāng)此距離小于3?15米時(shí)，則會(huì)面臨滲透連通變?yōu)檫B通的可能，增加了后期的維護(hù)成本。
[0025]另一種實(shí)施例中，相鄰兩個(gè)主井眼2之間設(shè)置有多個(gè)分支井眼1，各分支井眼I均由同一口主井眼2向外延伸形成。多個(gè)分支井眼I的設(shè)置增加了水平井與地層的接觸面積，不僅利于不同地層中的排水降壓，同時(shí)還可以增加采氣量，而分支井眼I位于同一口主井眼2上便于施工，降低施工成本。
[0026]上述是實(shí)用新型中，相鄰兩個(gè)主井眼2之間設(shè)置有多個(gè)分支井眼I，相鄰兩個(gè)分支井眼I由不同的主井眼2向外延伸形成。同樣多個(gè)分支井眼I的設(shè)置增加了水平井與地層的接觸面積，不僅利于不同地層中的排水降壓，同時(shí)還可以增加采氣量，而將分支井眼I由不同的主井眼2向外延伸則有利于平衡各各主井眼2中的排水量和后期的泄油量，降低了主井眼2的維護(hù)成本。
[0027]在一種的實(shí)施例中，分支井眼I的水平投影長(zhǎng)度為100?500米。此種布局可以使相鄰兩支多分支水平井發(fā)揮最大的排水降壓作用同時(shí)保證分支井眼I的滲透連接不會(huì)被破壞。當(dāng)分支井眼I的水平投影距離小于100米時(shí)，意味著相鄰的兩支多分支水平井的主井眼2離的很近，這樣不僅降低了與地層的接觸面積同時(shí)還增加了兩個(gè)相鄰主井眼2間的壓力擾動(dòng)，提高了主井眼2塌陷的風(fēng)險(xiǎn)。而當(dāng)分支井眼I的水平投影距離大于500米時(shí)，相鄰的兩支多分支水平井的主井眼2離的較遠(yuǎn)，導(dǎo)致分支中觸底水速較大，提高了破壞分支井眼I與相鄰主支井眼的滲透連通的風(fēng)險(xiǎn)。
[0028]各多分支水平井的主井眼2沿與下傾方向夾角為-90° < α <90°的方向延伸。此種結(jié)構(gòu)權(quán)衡了主井眼2施工難度與排采降壓難度之間的矛盾，使其最終達(dá)到最大限度地降低施工難度的同時(shí)保證排采降壓的效率。當(dāng)α <-90°或者α >90°時(shí)，即主井眼2的延伸方向朝向傾斜地層的傾斜方向，這時(shí)會(huì)獲得較高的排采降壓的效率但是同時(shí)增加了主井眼2的施工難度和風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)-90° < α <90°時(shí)，即主井眼2的延伸方向朝向傾斜地層的下傾方向，這時(shí)主井眼2的施工難度和風(fēng)險(xiǎn)很低，并且同時(shí)也具備較高的排采降壓的效率。同時(shí)主井眼2與地層的接觸面積隨著主井眼2的延伸方向與下傾方向的夾角逐漸接近90°而增大，α =0°時(shí)接觸面積最小。此種結(jié)構(gòu)雖然會(huì)使前期的鉆井成本提高，但在后續(xù)的持續(xù)生產(chǎn)過程中不僅可以增大排水量更增大了泄油量，達(dá)到了一種非常高效的水平井布局結(jié)構(gòu)。
[0029]另一種實(shí)施例中，各多分支水平井的主井眼2平行設(shè)置。各主井眼2的平行設(shè)置可以保證相鄰主井眼2間之間具有一個(gè)固定的距離N，進(jìn)而避免了在開鉆分支時(shí)引起的施工失誤。設(shè)置主井眼2之間相互平行保證了相鄰主井眼2之間有一個(gè)固定的距離N，有利于在主井眼2上開鉆分支時(shí)，設(shè)置鉆測(cè)量工具的鉆井參數(shù)，即當(dāng)主井眼2之間的固定距離為M時(shí)，則可設(shè)置分支的另一端到其井眼所在的主井眼2的垂線段的距離為(N — 3)m?(N—15)m之間的一個(gè)固定數(shù)值，保證分支的另一端與相鄰的主井之間為滲透連接。但是當(dāng)主井之間非相互平行時(shí)，其間的距離變化不定，導(dǎo)致鉆設(shè)分支時(shí)，鉆測(cè)量工具的參數(shù)難以設(shè)定，只能考經(jīng)驗(yàn)設(shè)置相關(guān)參數(shù)。此時(shí)如果分支過短，滲透連通的作用則會(huì)微乎其微，而如果分支過長(zhǎng)，則有可能使分支的另一端與相鄰主井眼2穿透，增加了后期對(duì)多余分支井眼I的維護(hù)成本。同時(shí)可以根據(jù)最高地勢(shì)的主井眼2的位置到最低位置之間的距離靈活調(diào)整不同平行主井眼2之間的固定間距，從而獲得合理的布局。
[0030]在本實(shí)用新型的一種實(shí)施例中，每?jī)蓚€(gè)相鄰多分支水平井為一組，位于一組中的兩支多分支水平井共用一個(gè)直井段3。通過此方案可以降低排采成本。相鄰兩支多分支水平井為一組且共用一個(gè)直徑段，不僅可以保證正常排采工作的進(jìn)行同時(shí)還省去了多余直徑段的施工費(fèi)用。
[0031]上述實(shí)施例可以通過以下方法實(shí)現(xiàn)，在傾斜地層中鉆取至少兩支多分支水平井，并使各多分支水平的連通直井4設(shè)置在地勢(shì)低于直井段3的位置上，并使得相鄰兩個(gè)多分支水平井中主井眼2之間通過分支水流通相連。
[0032]通過此種施工方法得到的多分支水平井系統(tǒng)可以解決傾斜地層中對(duì)地層水進(jìn)行排采降壓的問題。
[0033]其中一種實(shí)施方式中，上述施工方法包括以下步驟:
[0034]S1.在傾斜地層鉆設(shè)一組間隔設(shè)置的直井，以及一組位于直井下傾方向，且與直井一一對(duì)應(yīng)設(shè)置連通直井4 ;
[0035]S2.取一支直井作為直井段3鉆取前一支多分支水平井，其中朝向所對(duì)應(yīng)的連通直井4鉆取前一支多分支水平井的主井眼2，根據(jù)相鄰兩支直井間的間距，在前一支多分支水平井的主井眼2上沿偏離水平方向的單側(cè)或兩側(cè)向下依次鉆取多支分支井眼I ;
[0036]S3.取與前一支多分支水平井的直井相鄰的直井作為直井段3，其中朝向所對(duì)應(yīng)的連通直井4鉆取后一支多分支水平井的主井眼2，使后一支多分支水平井的主井眼2與前一支多分支水平井的主井眼2通過前一支多分支水平井的分支井眼I水流通相連，并在后一多分支水平井的主井眼2沿偏離水平方向的單側(cè)或兩側(cè)向下依次鉆取分支井眼I ;
[0037]S4.重復(fù)步驟S3，至布滿傾斜地層為止。
[0038]通過上述的4個(gè)步驟在傾斜地層中布局了一種多分支水平井系統(tǒng)，其中步驟SI確定了多分支水平井的主井眼2的走向，沿下傾方向延伸，保證了可以正常排采地層水同時(shí)降低了主井眼2的施工難度；步驟S2則保證了多分支水平井通過其分支與相鄰的多分支水平井水流通相連，使傾斜地層中的地層水通過分支排采降壓；步驟S3和S4則使整支多分支水平井系統(tǒng)布局為一個(gè)通過分支的水流通相連的多分支水平井網(wǎng)結(jié)構(gòu)，傾斜地層水通過連續(xù)的分支最終排采降壓。
[0039]另一種實(shí)施方式中，上述施工方法包括如下步驟:
[0040]S1.在傾斜地層鉆設(shè)一組間隔設(shè)置的直井，以及一組位于直井下傾方向，且與直井一一對(duì)應(yīng)設(shè)置連通直井4 ;
[0041 ] S2.分別以各直井作為直井段3鉆取多分支水平井的主井眼2，使得直井段3與所對(duì)應(yīng)的連通直井4相連；
[0042]S3.在完成各所有多分支水平井的主井眼2的鉆取工作后，在各多分支水平井主井眼2上沿偏離水平方向的一側(cè)或兩側(cè)向下依次鉆取多支分支井眼I ;使相鄰兩支多分支水平井中主井眼2通過分支井眼I水流通相連。
[0043]上述施工方法先統(tǒng)一鉆取主井眼2后續(xù)在統(tǒng)一鉆取分支，利用分支使其相鄰主井眼2水流通相連，利于施工的便利，不用來回調(diào)整鉆經(jīng)測(cè)量工具的參數(shù)并且有利于控制分支與主井眼2之間的水流通相連結(jié)構(gòu)，完全避免了不必要的施工失誤。其中SI步驟中確定了相鄰水平井的間距和主井眼2的延伸方向；之后根據(jù)主井眼2的延伸方向，在步驟S2中統(tǒng)一鉆取主井眼2 ;最后再根據(jù)SI步驟中確定的相鄰水平井的間距設(shè)置分支鉆井工具的參數(shù)，確保合適范圍內(nèi)的水流通相連，最終形成通過分支水流通相連的多分支水平井網(wǎng)路，有效的解決了傾斜底層中排采地層水的問題。
[0044]上述所有施工方法中相鄰的兩個(gè)多分支水平井為一組，一組中兩個(gè)多分支水平井由一個(gè)直井段3鉆取。不僅可以保證正常排采工作的進(jìn)行同時(shí)還省去了多余直徑段的施工費(fèi)用。
[0045]以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多分支水平井系統(tǒng)，所述多分支水平井系統(tǒng)設(shè)置在傾斜地層中，其特征在于，所述多分支水平井系統(tǒng)包括至少兩支多分支水平井，各所述多分支水平井分別包括: 直井段⑶； 連通直井(4)，位于地勢(shì)低于所述直井段的位置上； 主井眼(2)，連接在所述直井段(3)和所述連通直井(4)之間； 相鄰兩支所述多分支水平井中所述主井眼(2)通過分支井眼(I)水流通相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置在相鄰兩個(gè)主井眼(2)之間的所述分支井眼(I)的第一端與一個(gè)所述主井眼(2)直接連通，第二端偏離水平方向向下延伸與另一個(gè)所述主井眼(2)直接連通或滲透連通。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，所述分支井眼(I)的第二端與另一個(gè)所述主井眼(2)滲透連通時(shí)，所述分支井眼(I)的第二端距離所述另一個(gè)所述主井眼(2)的距離為3?15米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，相鄰兩個(gè)所述主井眼(2)之間設(shè)置有多個(gè)所述分支井眼(1)，各所述分支井眼(I)均由同一口主井眼(2)向外延伸形成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，相鄰兩個(gè)所述主井眼(2)之間設(shè)置有多個(gè)所述分支井眼(I)，相鄰兩個(gè)所述分支井眼⑴由不同的所述主井眼⑵向外延伸形成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，所述分支井眼(I)的水平投影長(zhǎng)度為100?500米。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，各所述多分支水平井的所述主井眼(2)沿與所述傾斜地層的傾斜方向夾角為-90° < α <90°的方向延伸。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，各所述多分支水平井的所述主井眼(2)平行設(shè)置。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多分支水平井系統(tǒng)，其特征在于，每?jī)蓚€(gè)相鄰多分支水平井為一組，位于一組中的兩支多分支水平井共用一個(gè)直井段(3)。
【文檔編號(hào)】E21B43-00GK204299560SQ201420642418
【發(fā)明者】楊銳, 楊陸武, 崔玉環(huán), 郭衛(wèi)東, 劉利德 [申請(qǐng)人]北京奧瑞安能源技術(shù)開發(fā)有限公司