《用于煤层气的充气欠平衡钻井方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于煤层气的充气欠平衡钻井方法.pdf（14页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN101936142A43申请公布日20110105CN101936142ACN101936142A21申请号201010246028522申请日20100805E21B21/00200601E21B21/14200601E21B7/04200601E21B43/3020060171申请人北京奥瑞安能源技术开发有限公司地址100190北京市海淀区科学院南路2号融科资讯中心C座南楼12071210室72发明人史现武方勇苏晓建宁守方74专利代理机构北京市柳沈律师事务所11105代理人王景刚54发明名称用于煤层气的充气欠平衡钻井方法57摘要一种用于煤层气的充气欠平衡钻井方法，包括下述。
2、步骤钻出直井；钻出包括竖直和水平通道的水平井；在向水平通道钻入钻井立柱的同时将钻井液注入钻井立柱内以冲走岩屑等，直至水平通道与直井下端连通；之后在钻入钻井立柱时向直井注气并使其与从水平井注入的钻井液混合而得到第一气液两相流；此后，在进行钻入下一根钻井立柱的准备工作期间停止从水平井注入钻井液，并在保持向直井中注气的同时向其中注入钻井液以形成第二气液两相流；在完成准备工作后停止向直井注入钻井液，在钻入下一根钻井立柱的过程中从水平井注入钻井液；完成钻进操作之后重复上述步骤，直至完成煤层气水平井的钻井过程。采用该方法可防止水平井停泵时岩屑下沉填埋钻具。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12。
3、发明专利申请权利要求书1页说明书8页附图4页CN101936142A1/1页21一种用于煤层气的充气欠平衡钻井方法，包括下述步骤1钻出一口直井；2在与直井相隔常规距离的位置处钻出一口水平井，所述水平井先竖直向下钻出水平井的竖直通道，然后造斜以逐渐转成朝向直井延伸的水平通道；3在向水平井的水平通道钻入单根钻杆或钻井立柱的同时，从水平井将钻井液注入所述单根钻杆或钻井立柱的空腔内，从而冲走钻井过程中形成的岩屑、砂石并进行循环流动，直至该水平井的水平通道与直井井筒的下端的洞穴相连通；4在形成与所述直井井筒的下端相连通的水平通道之后继续钻入单根钻杆或钻井立柱时，向所述直井井筒注气，并使其与从水平井注入的。
4、钻井液混合而得到第一气液两相流；5此后，在进行钻入下一根单根钻杆或钻井立柱的准备工作期间，停止从水平井注入钻井液，并在保持向直井井筒中注气的同时向直井井筒中注入钻井液，从而形成第二气液两相流，使所述第二气液两相流流入水平井的水平通道并在其中保持流动；6在完成钻入下一根单根钻杆或钻井立柱的准备工作后，在保持向直井井筒中注气的同时，停止向直井井筒中注入钻井液，在钻入所述下一根单根钻杆或钻井立柱的过程中，从水平井注入钻井液从而与所述来自直井井筒的注气再次形成第一气液两相流；7完成上一步骤中的单根钻杆或钻井立柱的钻入操作之后，重复上述步骤56，直至完成煤层气多分支水平井的钻井过程。2根据权利要求1所述。
5、的用于煤层气的充气欠平衡钻井方法，其中，将注气管插入直井井筒，使得所述注气管的下端到达直井井筒的下部，从而通过所述注气管向所述直井井筒下部注气，在注气管外壁与直井井筒壁之间形成注液环空。3根据权利要求2所述的用于煤层气的充气欠平衡钻井方法，其中，所述注气管的下端与直井井筒的洞穴的顶端之间的距离为1020米。4根据权利要求3所述的用于煤层气的充气欠平衡钻井方法，其中，在所述注气管的最下端连接有气液混合装置，用于将来自于所述注液环空的钻井液与来自于所述注气管的注气初步混合形成第二气液两相流，并使所述第二气液两相流单向地向下流向水平井。5根据权利要求4所述的用于煤层气的充气欠平衡钻井方法，其中，所述。
6、气液混合装置包括由气体单向阀、液体单向阀和气液两相流单向阀构成的防回流装置，以及位于所述防回流装置下方的封隔器，所述封隔器封堵住所述注液环空的下端，从而使位于所述注液环空中的钻井液和来自于所述注气管的注气只能单向流入所述防回流装置，以在所述防回流装置中开始初步地混合注气和钻井液，并使其只能单向地经过所述封隔器的内部空腔而流向水平井。6根据权利要求5所述的用于煤层气的充气欠平衡钻井方法，其中，在将直井井筒的内壁刮洗干净之后，将所述封隔器连接到所述防回流装置的下端并坐封到所述直井井筒的内壁上。7根据权利要求16中任一项所述的用于煤层气的充气欠平衡钻井方法，其中，所采用的钻井液为水，所采用的注气为空。
7、气。权利要求书CN101936142A1/8页3用于煤层气的充气欠平衡钻井方法技术领域0001本发明涉及一种用于煤层气的充气欠平衡钻井方法，即，先打出一口直井，再与直井相隔常规距离例如相隔100350米的位置钻出一口水平井。背景技术0002在煤层气充气欠平衡钻井工程中，通常在准备开采煤层气的位置处钻出一口直井，然后在与直井相隔常规距离例如100350米左右的位置处钻一口多分支水平井。在开始钻水平井时，先从地面沿竖直方向向下打井，到达一定深度后造斜从而逐渐过渡成沿水平方向朝向直井的位置延伸，当水平井与直井连通之后，继续向目标煤层钻进并形成多分支水平井，这也就是水平井传统的一开、二开和三开的钻井工。
8、艺。在多分支水平井钻井过程中，直井井筒作为地面注入气体的通道使用。在多分支水平井钻井结束后，直井作为排水和采气的井筒，多分支水平井的竖直通道则封固起来。0003在钻水平井过程中，需要使用单根钻杆或钻井立柱，将单根钻杆或钻井立柱一根接一根或一段接一段地钻入目标煤层中而形成水平井。在现有技术中，单根钻杆是单独一根的钻杆并且为中空的管状柱体，钻井立柱由二根或三根的单根钻杆构成，在钻井过程中需要将钻井液注入单根钻杆或钻井立柱的空腔中，并使得钻井液流过单根钻杆或钻井立柱的空腔到达水平井当时的尽头，然后从钻井立柱与水平通道之间的环空中返回，由此实现钻井液在钻井立柱中的循环流动。0004该循环流动的目的在于。
9、冲洗钻井过程中形成的沙石、岩屑等杂质，并将这些杂质夹带在液相中返回到地面，然后从井口的过滤器一般为震动筛处流出过滤，以备循环使用。在现有技术中，通常使用的钻井液为水，并通过水平井井口的水泵泵送进入单根钻杆或钻井立柱。因此，当掺杂有杂质时，在水平井中流动的液体一般为夹带有杂质的水。0005一般来讲，煤层为欠压地层，也就是说，煤层的地层压力小于其深度处的静液柱压力。由于压差的作用，钻井时钻井液中的杂质、煤粉等微细颗粒会进入煤层中的纹理孔道中，造成煤层渗透率降低，从而导致煤层气的产气量不高。0006通过在钻井液中注入气体，使得气体与液体混合，由此相当于降低了作用在煤层上的液体的密度，根据P液GH的计。
10、算，对煤层的液柱压力也会降低，这样能够克服上述煤粉和钻井液污染煤层的情况。00072006年2月出版的石油钻采工艺第28卷第1期中的论文岚M11煤层气多分支水平井充气钻井技术中就记载了上述充气钻井技术“钻进时，先钻一口直井，并在煤层段造洞穴，在距200米处钻一口水平井，水平段连通洞穴，再在水平段上钻出10个分支井眼。在钻进中，采用欠平衡钻井技术，直井眼充气，钻井液与气体在洞穴处混合，形成负压钻井。”其中，“充气钻井是将一定量气体包括空气、氮气等连续不断注入钻井液内，使其呈均匀气泡分散于钻井液中，形成充气钻井液。”0008对于上述充气钻井技术，在实际钻井过程中遇到下述需要克服的缺陷。当将一根单根。
11、钻杆或钻井立柱钻入水平井之后，需要一段时间为钻入下一根单根钻杆或钻井立柱做说明书CN101936142A2/8页4准备工作。在这期间，需要将水平井井口处的泵停掉，否则无法完成钻入下一根单根钻杆或钻井立柱的准备工作。在停泵期间，水平井的水平通道中没有钻井液流动，这样会导致岩屑无法被钻井液冲走而下沉填埋钻具，影响下一步的钻井工作。如果在再次开泵之前的时间段内沉下来的岩屑过多，这些沉下来的岩屑就会堆积，导致再次开泵循环时不能将这些沉下的岩屑冲开，造成钻具埋死和卡钻。发明内容0009为此，本发明要解决的技术问题是提供一种用于煤层气开采的充气欠平衡钻井方法，采用该方法能够在水平井泵停泵时，防止岩屑、砂石。
12、等下沉填埋钻具。0010为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于煤层气的充气欠平衡钻井方法，包括下述步骤1钻出一口直井；2在与直井相隔常规距离的位置处钻出一口水平井，所述水平井先竖直向下钻出水平井的竖直通道，然后造斜以逐渐转成朝向直井延伸的水平通道；3在向水平井的水平通道钻入单根钻杆或钻井立柱的同时，从水平井将钻井液注入所述单根钻杆或钻井立柱的空腔内，从而冲走钻井过程中形成的岩屑、砂石等并进行循环流动，直至该水平井的水平通道与直井井筒的下端相连通；4在形成与所述直井井筒的下端相连通的水平通道之后钻入单根钻杆或钻井立柱时，向所述直井井筒注气，并使其与从水平井注入的钻井液混合而得到第一气液两相流；。
13、5此后，在进行钻入下一根单根钻杆或钻井立柱的准备工作期间，停止从水平井注入钻井液，并在保持向直井井筒中注气的同时向直井井筒中注入钻井液，从而形成第二气液两相流，使所述第二气液两相流流入水平井的水平通道并在其中保持流动；6在完成钻入下一根单根钻杆或钻井立柱的准备工作后，在保持向直井井筒中注气的同时，停止向直井井筒中注入钻井液，在钻入所述下一根单根钻杆或钻井立柱的过程中，从水平井注入钻井液从而与从直井井筒注入的所述注气形成第一气液两相流；7完成上一步骤中的单根钻杆或钻井立柱的钻入操作之后，重复上述步骤56，直至完成煤层气多分支水平井的钻井过程。0011采用这种改进的充气欠平衡钻井方法，能够在水平井。
14、泵停泵的同时仍然使得水平井水平通道中流动着气液两相流，该气液两相流将夹带着岩屑等杂质循环返回到地面，从而不会使得岩屑等杂质沉积填埋钻具而导致钻具埋死和卡钻。0012此外，本发明进一步解决的另一技术问题是能够实现气液充分混合，从而形成稳定的气液两相流。0013作为本发明的进一步改进，将注气管插入直井井筒，使得所述注气管的下端到达直井井筒的下部，从而通过所述注气管向所述直井井筒下部注气，在注气管外壁与直井井筒壁之间形成注液环空。采用注气管注气的方式，由于注气管的横截面积小于直井套管的横截面积，所以注气的压力能够比较快速地累积从而稳定地与钻井液混合，这样能够形成气液充分混合的气液两相流，而不会出现两。
15、相流中气体时多时少甚至造成一段液体一段气体的不稳定情况。对于这种改进，还可以将所述注气管插入到使其下端与由直井井筒的洞穴的顶端之间的距离为1020米，采用在这一距离注气，注入的气体能够更充分地与钻井液相互混合，从而形成更稳定的气液两相流。同时，这一距离能够防止注气管被煤屑等杂质填埋。0014对于本发明的通过将注气管插入直井井筒中进行注气的改进方案，可以在所述注说明书CN101936142A3/8页5气管的最下端连接有气液混合装置，促进来自于所述注液环空的钻井液与来自于所述注气管的注气在向下流动的过程中混合形成第二气液两相流，并使所述第二气液两相流单向地向下流向水平井。通过采用气液混合装置，可以。
16、将注液环空中的钻井液导向注气的方向，并伴随着与注气相混合的过程朝向水平井流动，这样有利于使注气和钻井液实现更充分的混合，从而形成更稳定的第二气液两相流。0015对于上述改进方案，所述气液混合装置可以包括由气体单向阀、液体单向阀和气液两相流单向阀构成的防回流装置，以及位于所述防回流装置下方的封隔器。该封隔器封堵住所述注液环空的下端，从而使位于所述注液环空中的钻井液和来自于所述注气管的注气只能单向流入所述防回流装置以进行初步的混合，而在所述防回流装置中初步混合的注气和钻井液只能单向地流过所述封隔器而流向水平井，并在流向水平井以及流入水平井的过程中形成稳定的第二气液两相流。通过设置包括上述多个单向阀。
17、的气液混合装置，注液环空中的钻井液、注气管中的注气以及钻井液和注气最终混合所形成的气液两相流沿着单一的方向行进，不会由于注气或钻井液或气液两相流的泄漏或回流而降低所形成的气液两相流的量。0016对于上述改进方案，还可以在将直井井筒的内壁刮洗干净之后，将所述封隔器连接到所述防回流装置的下端并坐封到所述直井井筒的内壁上。采用这种方式固定封隔器能够使得封隔器严密地密封注液环空，防止注液环空中的钻井液从直井井筒的下端泄漏出来。0017对于本发明的上述各种充气欠平衡钻井方法，可以采用水作为钻井液，采用空气作为注气，从而降低使用本发明的的方法的成本。附图说明0018下面将参照附图对本发明用于煤层气的改善充。
18、气欠平衡钻井方法的具体实施方式进行详细说明。0019图1是用于煤层气的充气欠平衡钻井常规方法的示意图。0020图2是现有技术中用于煤层气的多分支水平井充气钻井技术的示意图0021图3是本发明的第一种实施方式用于煤层气的充气欠平衡钻井方法的示意图。0022图4是本发明的第二种实施方式用于煤层气的充气欠平衡钻井方法的示意图。0023图5是针对图4所示的本发明的第二种实施方式作出进一步改进的用于煤层气的充气欠平衡钻井方法的示意图。0024图6是反映图5所示充气欠平衡钻井方法中直井井筒下部优选结构的示意图。0025图7示出图6中防回流装置的一种优选结构。具体实施方式0026为了更好地理解本发明，先结合。
19、图1和图2对现有技术中用于煤层气的充气欠平衡钻井方法作简要的介绍。0027如图1所示，现有技术用于煤层气的充气欠平衡钻井工程中，先在准备开采煤层气的位置处从地面开始钻一口直井2，并在直井2下方的煤层段中造洞穴3。在形成直井2的过程中，一般将1778毫米一般也称为7英寸套管放入直井2中以形成直井井筒的说明书CN101936142A4/8页6壁部，并且能够构成良好的流体通道并且防止直井崩塌。在距离直井2一段常规距离处例如相隔100350米左右的位置处钻有一口水平井1。水平井1在经过传统的一开、二开、三开的钻井工艺之后，形成水平井的竖直通道11以及与直井2的洞穴3相连通的水平通道12两个部分。其中，。
20、该水平通道12又分为三个部分位于水平井竖直通道11和直井2之间的水平通道前段121、经过洞穴3而继续延伸的水平通道后段122以及多个图1中示出为10个与该水平通道后段122相通的分支水平通道123。0028单根钻杆或钻井立柱4从水平井井口处钻入水平井的竖直通道11中，并由此推动水平井的水平通道前段121中的钻头沿水平方向向前移动。单根钻杆或钻井立柱4的外壁与目标煤层5之间形成有环空6。单根钻杆或钻井立柱4中形成有空腔，在向水平井的水平通道前段121钻入单根钻杆或钻井立柱4的同时，需要打开水平井泵13，从水平井将钻井液例如水注入单根钻杆或钻井立柱4的空腔中。该钻井液将沿着单根钻杆或钻井立柱4的空。
21、腔流向当时的水平井的水平通道前段121的尽头，在那里，钻井液折回再从单根钻杆或钻井立柱4与目标煤层5之间的环空6中向回流动，从而冲走钻井过程中形成的岩屑、砂石等杂质，之后，夹带有岩屑、砂石等杂质的钻井液从出口排出并进入循环过程。对该水平通道121钻进，直至该水平井1的水平通道前段121与直井2井筒的下端相连通。在水平井1的水平通道前段121与直井2井筒的下端相连通之后，继续钻入单根钻杆或钻井立柱4以钻出水平通道后段122以及与水平通道后段122相连通的分支水平通道123。0029为了降低钻井液的密度以降低对煤层的液柱压力，现有技术中采用了如图2所示的用于煤层气开采的多分支水平井充气欠平衡钻井技。
22、术，即通过注气泵21向直井2的井筒中注气。一般来说，所注入的气体采用空气。注气在直井2的井筒的下端与从水平井注入的并且正在环空6中流动的夹带有杂质的钻井液混合，由此形成第一气液两相流。这种气液两相流夹带杂质后，其密度要小于先前流动于水平井的水平通道前段121中的夹带有杂质的钻井液的密度。0030上述现有技术中，在钻入一根单根钻杆或钻井立柱4之后，需要接入下一根单根钻杆或钻井立柱4才能继续钻进水平井1的水平通道后段122和分支水平通道123。在接入下一根单根钻杆或钻井立柱4的过程中，需要一段准备工作。在这段准备工作的时间内，必须将水平井上方的泵13停掉，否则在接入下一根单根钻杆或钻井立柱4的过程。
23、中，泵13中的水无法被注入单根钻杆或钻井立柱4中，反而导致泵13中的水洒落满地。而一旦停泵，水平井1的水平通道后段122或者分支水平通道123中没有气液两相流流动，因此无法带动岩屑等杂质，导致岩屑等杂质下沉。如果停泵期间，沉积岩屑过多而填埋钻具，再次开泵循环时就不能将这些沉下的岩屑冲开，这会造成卡钻。0031为此，本发明针对现有技术所存在的技术问题作出了改进。采用本发明的用于煤层气的充气欠平衡钻井方法即能够解决这一技术问题。0032图3是本发明的第一种实施方式用于煤层气的充气欠平衡钻井方法的示意图。在图3中，水平井1的竖直通道11与图2一样示意性地形成在直井2的左侧。水平井1设置有用于向单根钻。
24、杆或钻井立柱4中注入钻井液的水平井泵13和将气液两相流排出水平井的气液两相流出口14。在本发明的该种实施方式中，使用清水作为钻井液，从水平井泵13注入单根钻杆或钻井立柱4。直井2井口处设置有用于向直井2的井筒注气的注气泵21。与图2不同的是，直井2在井口处还设置有向直井2的井筒中注水的直井泵22。说明书CN101936142A5/8页70033图3中的充气欠平衡钻井方法相对于现有技术的改进体现在由于该实施方式中的直井2也设置有直井泵22，因而除了可从直井2的注气泵21向直井2注气外，还可以从直井泵22注入钻井液。这样一来，当钻入一根单根钻杆或钻井立柱4后为钻入下一根单根钻杆或钻井立柱4的准备工。
25、作期间，就可以将位于水平井口的泵13停掉，而启动直井泵22，通过从直井2井筒注入钻井液，该钻井液与流过直井2的井筒的气体混合，形成与前述流动在水平井1的水平通道12中的第一气液两相流相区别的第二气液两相流。对于这种实施方式，优选钻井液为水，气体为空气，以降低钻井成本。0034正由于本发明的第一种实施方式中可以从直井2的井筒注入钻井液，因此本发明用于煤层气的充气欠平衡钻井方法可以按照下述步骤完成。0035首先类似于前面图1和2所示现有技术那样先在准备开采煤层气的位置处钻出一口直井，并在目标煤层5造洞穴。此后，在与直井相隔100350米左右的常规距离处钻进水平井。对于钻进水平井来说，先竖直向下钻出。
26、水平井的竖直通道，然后造斜以逐渐过渡成朝向直井位置的水平方向钻进水平通道前段121。在钻进水平通道前段121的阶段，在向水平井的水平通道钻入单根钻杆或钻井立柱4的同时，打开水平井口处的水平井泵13，从水平井口将钻井液注入所述单根钻杆或钻井立柱4的空腔内，该钻井液从单根钻杆或钻井立柱4的空腔流出，从而冲走钻井过程中形成的岩屑、砂石等杂质使其折回到单根钻杆或钻井立柱4的外壁与目标煤层4之间的环空6，并从钻井液的排出口14排走到外部以进行循环流动。对该水平通道前段121钻进，直至该水平井的水平通道前段121与直井井筒的下端的洞穴3相连通。随后，向目标煤层5继续钻进水平通道后段122和分支水平通道12。
27、3，此时，在钻入单根钻杆或钻井立柱4时，从水平井口注入钻井液的同时，通过注气泵21向直井2的井筒注气，从而得到第一气液两相流，以将钻井过程中形成的岩屑、砂石等夹带走。0036在完成钻入上述单根钻杆或钻井立柱4之后，为钻入下一根单根钻杆或钻井立柱进行准备工作时，本发明的第一种实施方式就采用与现有技术不同的步骤，停止从水平井注入钻井液，并在保持向直井2的井筒中注气的同时启动直井泵22，向直井2的井筒中注入钻井液，从而在直井2的井筒中形成钻井液和注气相混合的第二气液两相流，使该第二气液两相流流入水平井1的水平通道前段121和水平通道后段122并在其中保持流动，由此代替停泵前由水平井泵13泵送的钻井液。
28、所形成的第一气液两相流来夹带岩屑、砂石等，以一定流速沿着水平通道12向气液两相流的出口14流动，流出该出口14并在双井筒的外部完成气液两相流的过滤循环过程。在直井2的井筒中形成上述第二气液两相流并在水平井1的水平通道12中流动的过程中，操作人员将下一根单根钻杆或钻井立柱4接入以完成钻入单根钻杆或钻井立柱4的准备工作。这一准备工作大概持续510分钟。0037在完成钻入下一根单根钻杆或钻井立柱4的准备工作后，就需要继续完成将单根钻杆或钻井立柱4钻入水平井1的钻进操作。此时，操作人员在保持向直井2的井筒中注气的同时，关闭直井泵22从而停止向直井2的井筒中注入钻井液，并在钻入该下一根单根钻杆或钻井立柱。
29、4的过程中，重新打开水平井1的水平井泵13，从水平井1注入钻井液，从而与直井2井筒中的注气再次形成第一气液两相流。在这期间，通过将单根钻杆或钻井立柱4钻入水平井1的竖直通道11中，使得水平井1的水平通道后段122或者分支水平通道123中的钻头继续向前移动。在钻头钻进过程中所形成的岩屑、砂石等可由上述形成的第一气液两相流带走。说明书CN101936142A6/8页80038在完成将这下一根单根钻杆或钻井立柱4钻入水平井1的操作之后，又需要准备接入再下一根单根钻杆或钻井立柱4，那么就重复上述过程在进行钻入再下一根单根钻杆或钻井立柱4的准备工作期间，停止从水平井1注入钻井液，并在保持向直井2的井筒中。
30、注气的同时启动直井泵22，向直井2的井筒中注入钻井液，从而形成第二气液两相流，使该第二气液两相流流入水平井1的水平通道12并在其中保持流动；在完成钻入再下一根单根钻杆或钻井立柱4的准备工作后，在保持向直井2的井筒中注气的同时，停止直井泵22，从而停止向直井2的井筒中注入钻井液，在钻入该再下一根单根钻杆或钻井立柱4的过程中，启动水平井泵13，从水平井1注入钻井液，又形成第一气液两相流，如此反复循环直到完成水平井的水平通道后段122或者分支水平通道123。因此，采用这种充气欠平衡钻井方法能够在利用连续充气欠平衡的同时防止水平井停泵时岩屑、砂石等下沉填埋钻具。0039下面将参照图4说明本发明的第二种。
31、具体实施方式。图4是本发明的第二种实施方式用于煤层气的充气欠平衡钻井方法的示意图。0040虽然已经在上述实施方式中说明采用直接从直井2的井筒注气的技术方案，但是仍然会存在从直井2的井筒注入的注气无法与水平井1的水平通道12中的钻井液充分混合以形成稳定的第一气液两相流的问题。这是因为注气需要在足够的压力下才能与钻井液混合，在直井2井筒的横截面积相对较大的情况下，注气压力升高得相对较慢，只有通过不断地注气而使得直井2的井筒底端的压力累积到一定程度的情况下，注气才能与钻井液充分混合。而累积压力需要一段时间，这就造成通过直井2的井筒注入的空气需要在与钻井液接触的位置处累积一段时间到达一定的压力大小后，。
32、才能被压入钻井液而与钻井液混合以形成第一气液两相流。该第一气液两相流在初步混合时无法实现均匀混合，液体柱和气体柱分段存在，从气液两相流出口14流出后会造成注气的压力大幅度降低，使得注气又需要在经过一段时间且压力累积到一定程度后才能再次混合入钻井液，这就导致井底压力波动频繁并且无法与水平井1中返回流动的钻井液均匀混合，例如一段钻井液中混入的注气较多而另一段钻井液中混入的注气较少，甚至更严重的情况下，导致水平通道内一段为气体，一段又为液体。0041此外，不仅仅无法得到稳定的第一气液两相流，对于从直井2井筒直接注入钻井液并在直井2的井筒中实现钻井液与注气混合而得到第二气液两相流的情况来说，也会由于钻。
33、井液在直井2的井筒中下落过程中注气不具有所需的压力，因此钻井液无法与注气形成充分地混合而不能得到稳定的第二气液两相流。0042这种注气压力不稳定的情况会对目标煤层造成比较严重的影响。因为从煤层的地质特性来说，煤的机械强度较低，难以支撑煤层的上覆地层的压力，易于垮塌、破碎；钻开后的煤层，应力释放时间越长，煤层垮塌越严重。处于这种地质特性下，如果气液两相流出现压力波动，那么也会对煤层施加波动的压力。由于钻入的煤层本身强度就较低且易于垮塌和破碎，所以在面对压力波动的情况时，更会出现垮塌和破碎，造成钻井事故。0043图4所示本发明的第二种实施方式能够解决气液混合不均匀的问题。在图4中，除了在直井2的井。
34、筒中插入一根注气管23以外，双井筒的主要结构与图3中的第一种实施方式相同。该注气管23的下端到达直井2的井筒的下部，从而通过注气管23向直井2的井筒下部注气，在注气管23外壁与直井2的井筒壁之间形成注液环空26。作为优选，注气管23的下端与直井2的井筒的洞穴3的顶端之间的距离为1020米。因而本发明第二种说明书CN101936142A7/8页9实施方式充气欠平衡钻井方法中，向直井2的井筒的注气是通过该注气管23从直井2的井筒的下部注气。该注气管23例如可以通过将现有技术中常用的油管一根接一根地连接起来构成。0044如上所述，在直井井筒的1778毫米套管中使用注气管23的目的是为了在短时间内使直。
35、井2的井筒注入的压力达到注气和钻井液能够混合的压力状态。由于采用例如油管的注气管23的横截面积比1778毫米套管的横截面积小很多，因此在同样的注气流量下，采用注气管注入的气体速度就要大得多，较大程度地提高了注气压力，从而使注气能够在短时间内就与钻井液相混合，改善了气液两相流的均匀性。0045在使用注气管23从直井2的井筒下部注气的这种实施方式中，在向水平井1中钻入单根钻杆或钻井立柱4并且相配合地从水平井泵13向单根钻杆或钻井立柱4中注入钻井液的同时，从注气管23注入的注气能够以较快的速度累积压力以将注气注入到由水平井注入到单根钻杆或钻井立柱4处的钻井液中，从而形成稳定的第一气液两相流。在停止向。
36、水平井1中钻入单根钻杆或钻井立柱4并且从直井泵22向直井2的注液环空26注入钻井液的同时，从注气管23流入的注气也能够在直井2的井筒的下方与从直井2的注液环空26注入的钻井液相互混合形成稳定的第二气液两相流，流入水平井1的水平通道12中。因此，不管是水平井泵13开启时还是水平井泵13停止时，都能在水平井的水平通道中形成稳定的气液两相流。具体地说，在水平井泵13开启时，形成稳定的第一气液两相流，在水平井泵13停止时，能够从直井泵22注入钻井液而形成稳定的第二气液两相流来代替第一气液两相流。0046图5是针对图4所示的本发明的第二种实施方式作出进一步改进的用于煤层气的充气欠平衡钻井方法的示意图。在。
37、这一改进中，除了在该注气管23的下端额外地设置一个气液混合装置27以外，双井筒的主要结构与图5中的实施方式相同。0047通过在该注气管23的下端额外地设置一个气液混合装置27，直井2的注液环空26中的钻井液与来自于注气管23中的注气流入到该气液混合装置27中，由此使注气和钻井液沿一致的流动方向向下流向水平井，促进第二气液两相流的混合。0048作为一种优选方案，该气液混合装置27包括防回流装置24和封隔器25。下面结合图6对这种优选结构作进一步说明。图6为反映图5所示充气欠平衡钻井方法中直井井筒下部的优选结构，示出了在注气管23的下端处，构成该气液混合装置27的防回流装置24和封隔器25之间的相。
38、对位置以及该气液混合装置与其他部件的连接关系，该防回流装置24与由油管连接而成的注气管23的下端相连接，封隔器25连接于防回流装置24的下方。上述两个连接结构可以采用各种常规的连接方式，最常见的为螺纹连接方式。在图6中，该防回流装置24连接在该注气管23的最下面一根油管的下面，但不排除还可以将一根或多根短油管连接到该封隔器25的下端，以使第二气液两相流经该短油管流向水平井，作出这种变化仍然属于本发明上述改进的一种等同实施方式。0049该封隔器25可以采用现有技术中已知的封隔器。需要指出的是，当将封隔器25与防回流装置24连接时，需要使封隔器25坐封住直井2的井筒的内壁，因此优选地需要先刮洗干净。
39、直井2的井筒的内壁，然后将封隔器25严密地坐封到直井2的井筒的内壁，使该封隔器25将直井2的注液环空26严密地封堵，从而使位于注液环空26中的钻井液只能单向流入防回流装置24，并在防回流装置24中初步与来自于注气管23的注气混合，并促使注说明书CN101936142A8/8页10气和钻井液单向地经该封隔器25的内部空腔流出而流向水平井，并随着向下流动而形成稳定的第二气液两相流。0050在这一改进中，当水平井泵13停止工作而需要从直井2的直井泵22注入钻井液时，钻井液最终流入到与注气管23的最下面一根油管连接的防回流装置24中，并在该防回流装置24的较小空间中与所注入的空气混合，所注入的空气到达。
40、这一较小空间时也能够累积足够的压力与钻井液混合，所以在这一改进中形成的第二气液两相流相比较于上述第一和第二实施方式来说能够实现更稳定的混合。0051图7示出图6中的防回流装置的一种优选结构。如图7所示，该防回流装置24包括气体单向阀241、液体单向阀242和气液两相流单向阀243。0052上述三个单向阀沿竖直方向从上向下依次地设置。注气沿着从上向下的竖直方向通过气体单向阀241进入该防回流装置24的内部空腔244。来自于注液环空26的钻井液通过液体单向阀242进入该防回流装置24的内部空腔244。同时，在液体单向阀242的作用下，注入到内部空腔244的注气也不能流动到注气环空26中，因此，液体。
41、单向阀242使得钻井液和注气二者都无法离开内部空腔244。由此，在内部空腔244中，钻井液和注气相互初步混合，并使正在相互混合的注气和钻井液只能沿着从上向下的单一方向通过气液两相流单向阀243向下流出至洞穴3，以随着向下流动而相互混合形成稳定的第二气液两相流。通过设置由上述三个单向阀构成的防回流装置24，能够更好地防止钻井液、注气或者第二气液两相流沿着从下向上的方向回流。0053该防回流装置24中的气体单向阀241、液体单向阀242和气液两相流单向阀243可以采用现有技术中已知的单向阀。0054尽管已经参照本发明的实施方式对其进行了描述，但是本领域的技术人员可以理解，在不背离本发明范围的情况下，可以对本发明做出各种改变。另外，可以对本发明的教导做出很多变形来适应特定的条件或材料，而不背离本发明的实质范围。因此，本发明并不限于作为实施本发明的最佳模式而被公开的具体实施方式，本发明应该包括落入所附权利要求范围中的所有实施方式。说明书CN101936142A1/4页11图1图2说明书附图CN101936142A2/4页12图3图4说明书附图CN101936142A3/4页13图5图6说明书附图CN101936142A4/4页14图7说明书附图。