[发明专利]一种过热液体闪沸多孔喷射羽流相互作用的煤层气开采钻进方法

说明书

本发明公开了一种过热液体闪沸多孔喷射羽流相互作用的煤层气开采钻进方法，适用于煤层气开采中的水平分支井钻进。所述方法是利用过热液体多孔闪沸喷射形成的羽流间相互作用，使冲击力均衡分布，有效提高成孔圆整性，增加钻孔的使用寿命，且闪沸产生的气液两相多级脉动冲击和热应力能够显著提升钻进效率。此外，使用无水化作业介质时还具有储层保护的效果，本发明结构简单、稳定可靠，成本低，无需额外复杂的机械机构即可达到较高的成孔圆整性和钻进效率，易于推广。

技术领域

本发明属于煤层气开采钻进技术领域，具体涉及采用过热液体闪沸多孔喷射羽流相互作用实现钻进的方法。

背景技术

作为非常规天然气的一种，煤层气的高效开发利用有助于实现能源结构调整和减少温室气体排放的目标，其中在煤层气储层中钻进多层分支孔构造网状裂缝是提高采收率和单井产量的重要手段。目前水平分支孔主要使用的钻进方法有旋转射流、多喷嘴组合射流、以及直旋混合射流。然而，旋转射流钻头轴心射流速度低，破岩能力弱，在钻孔底部中心易形成凸台，阻碍了钻头前进；组合射流中每个单独喷嘴产生的水射流作用区域较为有限，煤体受力不均致使成孔形态不规则，从而诱发局部应力集中而削弱了钻孔稳定性，且多个喷嘴同时作用于煤岩产生的同源应力波之间的干涉导致凸台的出现，极大地降低了钻进效率；直旋混合射流钻头结构复杂，整体尺寸大，且高压流体在钻头内部经叶轮后形成螺旋运动轨迹，能量衰减严重，降低了钻进效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤层气开采钻进方法，尤其是一种过热液体多孔闪沸喷射，通过调节喷嘴布置、过热液体温度和压力的方式改变欠膨胀羽流间相互作用程度，使闪沸喷射冲击力均衡以保证成孔圆整性，同时利用过热液体闪沸产生的气液两相多级脉动冲击和热应力提升破煤效率的钻进方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种过热液体闪沸多孔喷射羽流相互作用的煤层气开采钻进方法，所述方法是以过热液体为钻进的作业介质，将作业介质的温度调节至满足完全闪沸喷射条件温度范围内，输送至闪沸喷射钻头，进行钻进作业，使过热液体闪沸产生的气液两相多级脉动冲击和热应力作用于目标煤层，实现破煤钻进。

所述完全闪沸喷射条件温度范围是通过过热液体的饱和蒸汽压力P_s、井底环空压力P_a和无量纲参数P_a/P_s1计算获得。

所述闪沸喷射钻头通过如下方式设计：通过调节过热液体的温度和压力，并调节钻头的破煤喷嘴个数和角度布置，以控制多孔闪沸喷射羽流相互作用程度，满足闪沸喷射作用面积与所需钻孔直径相匹配且冲击力均衡。

进一步，所述煤层气开采钻进方法包括如下步骤：

(1)作业介质选取：选取物理化学性质稳定、无燃烧爆炸危险性、饱和蒸汽压符合使用条件，且不与目标储层矿物发生反应的作业介质，包括但不限于液态二氧化碳、液氮。

(2)环境参数获取：从地面向目标地层钻进主井以及水平导向孔，监测并记录井底环空压力P_a、温度T_a以及水平导向孔的直径，闪沸喷射钻头直径应略小于水平导向孔直径。

(3)闪沸喷射钻头设计：根据所选液体即作业介质破煤门限压力P₀确定作业介质压力范围P＞P₀，确定闪沸喷射钻头的破煤喷嘴布置间距d₁，偏转角α，以及喷嘴喉部直径d_t；确定原则是：对于同一种过热液体，多孔闪沸喷射羽流相互作用程度随着破煤喷嘴布置间距d₁及偏转角度α的增大而减弱，随着破煤喷嘴个数的增加而增强，冲击均衡性与羽流相互作用程度呈正相关关系。