一种煤系气多层共采井型结构的制作方法

本实用新型涉及煤系气生产井井型结构领域，尤其涉及一种煤系气多层共采井型结构。

背景技术：

煤系气是由整个煤系中的烃源岩母质在生物化学及物理化学煤化作用过程中演化生成的全部天然气，包括赋存在煤系泥页岩中的页岩气、煤层中的煤层气、煤型气源天然气水合物和致密砂岩气。煤层气、页岩气及致密砂岩气，通常又被称为“煤系三气”或“煤系非常规气”，其成因上具有同源共生的特点。

随着世界油气资源日趋紧缺和对能源安全及环境保护的考虑，煤系非常规气资源作为清洁能源已成为全球能源研究的热点之一。煤系非常规气资源常以煤层、泥炭、炭质泥岩或暗色泥页岩为主要烃源岩，因含煤地层分布范围较广，预测赋存有丰富的非常规气资源，对资源勘探的开发和利用、实现能源多元供给、进一步缓解能源和环境危机、以及能源战略具有重要意义。

目前，针对煤层气、煤系页岩气、煤系砂岩气独立勘查开发技术已取得较大成果，但在煤系气综合开发方法上还存在很大空白，煤系气共探共采的关键技术尚待突破。以往的煤系气开采技术方案往往针对目标层采用直井分段压裂，合层开采的方式，存在单井开发的储层接触面积较少，合采难度大，产气和经济效益不高等问题，不适合煤系气多层组合开发，局限性比较大。

基于上述问题，有必要提出一种煤系气共采的水平井井型结构，以最大程度的提高井筒与储层的接触面积，合理控制合层开采方式，提高生产井产气量。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供了一种煤系气多层共采井型结构，用以解决现有技术中的单井开发储层接触面积较少，合采难度大的问题，能够实现安全可靠的多层煤系气共采，提高采收率，实现煤系资源综合利用。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种煤系气多层共采井型结构，包括直井段和水平分井单元，所述直井段竖向穿过至少两层目标储气层，每层所述目标储气层内分别设有所述水平分井单元，各层所述水平分井单元分别连通在所述直井段的至少一侧。

在部分实施例中，所述直井段分别通过增斜段与各层所述水平分井单元连通。

在部分实施例中，所述水平分井单元包括水平段和分支段，所述水平段的一端连通在所述增斜段上，另一端水平的伸入所述目标储气层内，所述水平段的侧壁分别向外连通有多条分支段，每条所述分支段都位于所述目标储气层内。

在部分实施例中，每条所述分支段上分别设有一个或多个采气通道。

在部分实施例中，多条所述分支段以所述水平段为对称轴对称设置。

在部分实施例中，所述水平段内设有筛管。

在部分实施例中，所述直井段包括一开直井段和二开直井段，所述一开直井段钻穿基岩层连接在所述二开直井段的顶部，所述二开直井段竖向穿过至少两层目标储气层，所述二开直井段的底部位于最下层的目标储气层内，每层所述水平分井单元分别连通在所述二开直井段的侧面。

在部分实施例中，相邻的两个所述目标储气层之间通过所述二开直井段连通。

在部分实施例中，所述二开直井段内设有用于套管完井的套管。

在部分实施例中，相邻的两个所述目标储气层之间设有封隔器。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：本实用新型实施例所述的煤系气多层共采井型结构中，直井段竖向穿过至少两层目标储气层，每层目标储气层内分别设有水平分井单元，各层水平分井单元分别连通在直井段上。该结构利用直井段连通竖向分布的多层水平分井单元，从而将整个井型结构形成多个竖向罗列的l形井型结构，用以解决现有技术中单井开发储层接触面积较少，合采难度大的问题，该结构增加了煤系气各个目标储气层的导流能力和泄流面积，实现安全可靠的多层煤系气共采，达到提高采收率的目的，提高了煤系气资源的利用率，同时减少了占地面积和区域钻井数量，增加了单井产量和经济效益。

附图说明

图1为本实用新型实施例的煤系气多层共采井型结构的结构示意图(一)；

图2为本实用新型实施例的煤系气多层共采井型结构的结构示意图(二)；

图3为本实用新型实施例的煤系气多层共采井型结构的结构示意图(三)。

图4为本实用新型实施例的筛管在水平段中的安装结构图。

其中，100、第一目标储气层；200、第二目标储气层；300、第三目标储气层；400、第四目标储气层；1、一开直井段；2、二开直井段；3、增斜段；4、水平段；5、分支段；6、筛管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1～图4所示，本实用新型借助多个实施例提供了一种煤系气多层共采井型结构，该井型结构能够应用在煤系三气的分层合采作业中。该井型结构包括直井段和水平分井单元。在含煤盆地地表下部竖向分布有多层目标储气层，每层目标储气层内分别含有待采集的煤系气。本实施例的井型结构中，直井段竖向穿过至少两层目标储气层。每层目标储气层内分别设有水平分井单元。各层水平分井单元分别连通在直井段上，利用直井段连通竖向分布的多层水平分井单元，从而使得整个井型结构形成多个竖向罗列的l形井型结构。本实施例的井型结构用以解决现有技术中单井开发储层接触面积较少，合采难度大的问题，该结构能够实现安全可靠的多层煤系气共采，达到提高采集效率、减少土地占用面积、并实现煤系资源综合利用的目的。

在部分实施例中，直井段分别通过增斜段3与各层水平分井单元连通。具体的，每层水平分井单元中的水平段4分别通过增斜段3与直井段连通，增斜段3可以在钻井时便于下入和抽出定向钻具组合。

在部分实施例中，水平分井单元包括水平段4和分支段5，水平段4的一端连通在增斜段上，另一端水平的伸入目标储气层内，水平段4的侧壁分别向外连通有多条分支段5，利用多条分支段5扩大水平分井单元的采气范围。

在部分具体实施例中，每条分支段5上分别设有一个或多个采气通道。各层水平分井单元在对应的目标储气层内分别利用多条分支段5扩大钻孔范围，从而增加了每层水平分井单元与目标储气层之间的接触面积，有利于提高煤系气的解析和产出效率。在煤系气采集时，目标储气层内的煤系气分别通过各个分支段5和水平段4被吸入，然后经由水平段4进入直井段中，最后被采集至地面。

在部分具体实施例中，各个分支段5分布在水平段4的侧面上，每个分支段5与水平段4之间设有预设夹角(以下简称为分支段5的夹角)，该分支段5的夹角角度可以为固定值，即每个分支段5的夹角均相等；也可以使各个分支段5的夹角互不相等；还可以使一部分分支段5的夹角相等，另一部分分支段5的夹角不相等。换言之，分支段5的夹角根据实际的目标储气层内的地质条件确定即可。

当目标储气层内的气体分布均匀，且覆盖面较大时，优选多条分支段5以水平段4为轴线对称设置。该结构设置可以保证该层水平分井单元的覆盖面较大，且采气范围均匀，提高采收率。

在部分具体实施例中，水平段4内设有用于筛管完井的筛管6。如图4所示，将筛管6套装在水平段4内，并采用筛管完井的工艺实现完井，以在水平段4内构造井眼筛管套。

可以理解的是，在水平段4内除了利用上述的筛管6实现筛管完井外，也可以在水平段4内不装入筛管6，而是直接采用裸眼完井的方式投入生产。

在部分实施例中，直井段包括一开直井段1和二开直井段2，一开直井段1钻穿基岩层连接在二开直井段2的顶部，二开直井段2竖向穿过至少两层目标储气层，二开直井段2的底部位于最下层的目标储气层内。钻井时，利用一开直井段1确定钻井位置并对用于钻井的钻具组合起到保护作用；利用二开直井段2贯穿多层目标储气层，从而确定待采气的目标储气层的层数和深度位置。每层水平分井单元分别连通在二开直井段2的侧面，在钻取水平分井单元时二开直井段2可以作为下钻和回收工具的通道；在生产作业(采气)时，二开直井段2可以作为气体采集的汇流通道。

为了提高各个目标储气层之间的结构稳定性，以提高目标储气层内的采气安全度，在部分具体实施例中，相邻的两个目标储气层之间通过二开直井段2连通。为了增强二开直井段2内的结构可靠性，二开直井段2的内部采用套管固井，即二开直井段2内设有用于套管完井的套管，以实现合成开采。

为了便于控制产出层位，避免层间干扰，在部分实施例中，在相邻的两个目标储气层之间设有封隔器。封隔器内具有弹性密封元件，以借此封隔各种尺寸管柱与井眼之间以及管柱之间环形空间，并隔绝产层，以控制产(注)液，保护套管的井下工具。优选封隔器安装在二开直井段2上。

以下通过三个实施例对本实用新型实施例的煤系气多层共采井型结构的进行进一步描述。这三个实施例中所述的井型结构与上述内容相同的部分不再赘述，以下仅对三个实施例的区别作详细描述。

实施例一

如图1所示，本实施例以三层目标储气层为例，如图1所示的第一目标储气层100、第二目标储气层200和第三目标储气层300。这三层目标储气层竖向分布在地表(即表层)以下。

本实施例的井型结构中，二开直井段2的顶部设有一开直井段1，一开直井段1钻穿基岩层；二开直井段2依序钻穿上述的第一目标储气层100、第二目标储气层200和第三目标储气层300，二开直井段2的底部位于第三目标储气层300内。

自二开直井段2分别向每层的目标储气层内钻入水平分井单元。各层水平分井单元的水平段4的一端分别通过一增斜段3连接在二开直井段2的侧面上，另一端伸入目标储气层，并指向最佳开采方位。

此处假设每层的目标储气层的最佳开采方位相同，那么每层的水平分井单元具有相同的方位角。

在各层的水平段4的水平两侧分别向外连通有多条分支段5，从而使得每层的水平分井单元分别构成一埋设在目标储气层内的鱼骨状结构。分支段5进一步扩大了水平分井单元在目标储层内的采气范围。

本实施例的井型结构通过以下钻井步骤实现：

(1)钻直井段：

选取第一目标储气层100、第二目标储气层200和第三目标储气层300的最佳开采方位，并确定直井段的预定井口位置；

在该预定井口位置钻出一开直井段1；通过一开完钻下入表层套管固井作业

在一开直井段1的底部继续二开向下钻井，顺次穿过第一目标储气层100、第二目标储气层200和第三目标储气层300，在第三目标储气层300内完钻，完钻后下入套管并固井。

(2)钻水平分井单元。具体包括：

第一步：完成第三目标储气层300内的水平分井单元：

先在二开直井段2位于第三目标储气层300上部向着最佳开采方位进行侧钻造斜，以构成第三层的增斜段3，第三层的增斜段3的伸出端进入第三层目标储气层300内部，然后沿水平向着第三目标储气层300的最佳开采方位钻出水平段4，该水平段4钻至设计井深后，再进行水平段4侧向的各条分支井5的钻进作业，最后，对水平段4采用裸眼完井或筛管完井方式，如图4所示，各条分支井5采用裸眼完井方式，从而最终钻得第三层目标储气层300内的水平分井单元。

第二步：完成第二目标储气层200内的水平分井单元，具体为：

利用上述的第一步的钻井步骤，从二开直井段2位于第二目标储气层200上部向着最佳开采方位进行侧钻造斜，进入储层后向着最佳开采方位钻入，以钻得第二层目标储气层内的水平分井单元。

第三步：完成第一目标储气层100内的水平分井单元，具体为：

利用上述的第一步的钻井步骤，从二开直井段2位于第一目标储气层100上部向着最佳开采方位进行侧钻造斜，进入储层后向着最佳开采方位钻入，以钻得第一层目标储气层内的水平分井单元。

由于水平段的侧壁分别向外连通有多条分支段，每条所述分支段都位于所述目标储层内，增加了与目标储层的接触面积，有利于煤系气的解析和产出；直井段将上述的第一目标储气层100、第二目标储气层200和第三储气层300竖向连通，从而实现煤系气多层共采

实施例二

本实施例所述的井型结构中，与实施例一相同的部分不再赘述，不同之处在于：如图2所示，本实施例的井型结构中，表层以下存在的目标储气层分别为第一目标储气层100和第二目标储气层200。二开直井段2的完钻位置位于第二目标储气层200内。

钻井时可采用与实施例一相同的钻井步骤，区别仅在于：在完成二开直井段2的钻进后，先进行第二目标储气层200的水平分井单元的钻进步骤，然后进行第一目标储气层100的水平分井单元的钻进步骤，即可钻得本实施例所述的井型结构。

实施例三

本实施例所述的井型结构中，与实施例二相同的部分不再赘述，不同之处在于：如图3所示，本实施例的井型结构中，表层以下存在的两个目标储气层分别为第一目标储气层100和第四目标储气层400，由于地质条件的差异，第一目标储气层100和第四目标储气层400的最佳开采方位不同，每层的水平分井单元具有不同的方位角，即不在同一竖向对应区域内。

钻井时可采用与实施例二相同的钻井步骤，区别仅在于：在完成二开直井段2的钻进后，第一层的水平分井单元和第四层的水平分井单元在钻井过程中的方位角不同，即第一层的增斜段3、水平段4和分支段5与第四层的增斜段3、水平段4和分支段5的方位不同。

需要说明的是，本实用新型实施例所述的井型结构中，可以结合上述三个实施例中所述的目标储气层的特点，针对每层目标储气层地质条件的不同，而改变井型结构，并将水平分井单元向着该层目标储气层的最佳开采方位钻进即可。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

综上所述，本实用新型实施例所述的煤系气多层共采井型结构中，直井段竖向穿过至少两层目标储气层，每层目标储气层内分别设有鱼骨形的水平分井单元，各层水平分井单元分别连接在直井段上。该结构利用直井段连通竖向分布的多层水平分井单元，从而将整个井型结构形成多个竖向罗列的l形井型结构，用以解决现有技术中单井开发储层接触面积较少，合采难度大的问题，该结构增加了煤系气各个目标储气层的导流能力和泄流面积，实现安全可靠的多层煤系气共采，达到提高采集效率的目的，提高了煤系气资源的利用率，同时减少了占地面积和区域钻井数量，大幅增加了单井产量和经济效益。