煤矿区煤层气水平对接井轨迹控制与完井技术研究

摘要

煤矿区煤层气开发符合我国安全、经济和环保的发展方向，具有广阔前景，水平对接井钻完井技术研究对煤层气开发具有重要意义。针对目前煤层气开发水平井钻完井过程中沿煤层段“有效进尺最大化及其利用”效果不佳亟待解决的难题，本文从煤层气开发水平对接井方向入手，以钻完井关键技术为研究对象，综合运用理论分析、数值模拟、室内模型实验和现场工程实践等方法进行攻关，取得了以下主要研究成果:
　　(1)通过优化修正原三点定圆法和曲率补偿斜面圆弧法的理论模型，对单弯无稳螺杆钻具造斜能力和待钻井眼轨道参数进行预测;提出一种以入靶窗口的水平位移增加量最小为目标，优选稳斜探煤顶时机和最优稳斜角着陆入靶轨道的优化设计方法，为水平最优安全着陆入靶和沿煤层井眼轨迹控制提供了理论支持。
　　(2)以Visual Studio2015为开发工具，C＃为编程语言，开发了煤层气水平井井眼轨道预测计算系统软件，结合基于地质导向随钻测井跟踪伽马参数的响应特征，指导最优安全着陆入靶并沿煤层定向钻进。
　　(3)通过理论分析、数值模拟和抗压实验，优化设计出一种适用于煤层气高效开采的高抗压强度、大过流面积的φ50.8mm圆锥形筛孔PE筛管，筛孔最优结构参数为:半径8mm、相位角60°、过流面积比5％。
　　(4)针对煤矿区煤储层的不同特点，研究形成筛管完井、滑套分段压裂和水力喷射分段压裂水平对接井系列完井增产改造配套技术，可满足水平对接井在块状、碎裂和碎粒等复杂构造煤储层的不同完井需求。
　　在沁水盆地南部WP02、2013ZX-SH-UM15和2014ZX-U-01三组水平对接井组工程施工的成功应用，验证了关于水平对接井钻完井关键技术的研究成果。本文所开展的钻井轨迹控制及完井配套技术的理论研究和相关结论，能够用于指导现场水平钻井工程实践，对相关领域进一步研究应用具有参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 煤层气水平对接井钻井技术研究应用现状

1．2．1 水平对接井钻井技术研究应用现状

1．2．2 地质导向钻井技术研究应用现状

1．3 煤层气水平对接井完井技术研究应用现状

1．3．1 裸眼完井技术研究应用现状

1．3．2 筛管完井技术研究应用现状

1．3．3 分段压裂完井技术研究应用现状

1．4 研究应用中存在的主要问题

1．5 主要研究目标、研究内容及技术路线

1．5．1 主要研究目标

1．5．2 主要研究内容

1．5．3 技术路线

第2章 待钻区域地质构造参数选取

2．1 待钻区地质资料搜集

2．1．1 地质资料的搜集类型

2．1．2 地质资料的搜集方式

2．2 目的煤层相关参数的确定

2．2．1 煤层底板等高线

2．2．2 地层视厚度

2．2．3 地层视倾角

2．3 标志层选取

2．3．1 标志层选取原则

2．3．2 标志层选取方法

2．4 本章小结

第3章 基于地质导向的最优安全水平着陆入靶技术研究

3．1 基于地质导向水平着陆入靶的特点

3．2 地质导向系统

3．2．1 地质导向技术的基本原理

3．2．2 地质导向的组成配套

3．2．3 地质导向的实现方法

3．2．4 地质导向的工艺流程

3．3 着陆入靶方式及井斜角的确定

3．3．1 着陆入靶方式的确定

3．3．2 着陆点井斜角的确定

3．4 井底导向钻具造斜能力预测

3．4．1 单弯螺杆钻具组合造斜率的影响因素

3．4．2 三点定圆法数学模型

3．4．3 螺杆钻具组合造斜率计算

3．4．4 造斜率算法的修正

3．4．5 现场应用效果分析

3．5 水平着陆轨道优化设计

3．5．1 入靶剖面设计

3．5．2 探煤顶着陆入靶轨道优化设计

3．5．3 软件实现

3．6 水平着陆入靶井眼轨迹控制

3．7 本章小结

第4章 基于地质导向的沿煤层井眼轨迹控制技术研究

4．1 沿煤层井眼轨迹控制的特点

4．2 沿煤层井眼轨道预测技术

4．2．1 井底测量盲区轨道预测

4．2．2 待钻井眼轨道预测

4．3 软件实现与功能介绍

4．3．1 开发工具与编程语言

4．3．2 软件结构

4．3．3 界面及主要功能介绍

4．4 水平井轨迹控制沿煤层跟踪技术研究

4．4．1 随钻地质建模跟踪

4．4．2 地质综合录井跟踪

4．4．3 随钻测井跟踪

4．5 本章小结

第5章 筛管完井技术研究

5．1 筛管完井适应性分析

5．1．1 井眼失稳类型

5．1．2 井眼坍塌压力

5．1．3 PE筛管抗挤压强度

5．1．4 PE筛管用于煤层气完井可行性分析

5．2 筛管完井配套机具研究

5．2．1 PE筛管结构

5．2．2 PE筛管助推器

5．2．3 PE筛管自动锚定机构

5．3 筛管完井工艺技术研究

5．3．1 筛管下入过程受力分析

5．3．2 筛管下入工艺

5．4 本章小结

第6章 分段压裂完井技术研究

6．1 裸眼滑套分段压裂完井技术研究

6．1．1 裸眼滑套分段压裂完井工作原理

6．1．2 裸眼滑套分段压裂管柱及配套机具优选

6．1．3 裸眼滑套压裂管柱下入设计

6．1．4 裸眼滑套压裂管柱下入工艺技术研究

6．2 油管喷射油套同注分段压裂完井技术研究

6．2．1 油管喷射油套同注分段压裂完井工作原理

6．2．2 油管喷射油套同注分段压裂管柱及配套机具优选

6．2．3 油管喷射油套同注分段压裂工艺技术研究

6．3 本章小结

第7章 现场应用

7．1 王坡V型水平对接井筛管完井现场应用

7．1．1 井田概况

7．1．2 水平井钻完井工程设计

7．1．3 水平井钻完井现场应用

7．1．4 应用效果分析

7．2 寺河U型水平井分段压裂现场应用

7．2．1 井田概况

7．2．2 水平井钻完井工程设计

7．2．3 水平井钻完井现场应用

7．2．4 应用效果分析

7．3 赵庄U型水平井分段压裂现场应用

7．3．1 井田概况

7．3．2 水平井钻完井工程设计

7．3．3 水平井钻完井现场应用

7．3．4 应用效果分析

7．4 本章小结

第8章 结论与展望

8．1 结论

8．2 主要创新点

8．3 展望

参考文献

致谢

个人简介

攻读博士期间发表的论文

攻读博士期间从事的科研项目

攻读博士期间获得的奖项