【摘要】：叢式井作為一種經(jīng)濟(jì)有效的新井型,具有節(jié)省空間、投資成本低、見效快、易管理、控氣面積大等特點,使得其在煤層氣開采中已經(jīng)受到越來越廣泛的應(yīng)用。利用叢式井開發(fā)煤層氣過程中,一個十分重要的問題就是叢式井井眼軌道的設(shè)計,井眼軌道設(shè)計的好壞關(guān)系到鉆井質(zhì)量好壞、鉆井成本大小、鉆井周期的長短,以及施工的難易程度等。由于叢式井需要在一個鉆井平臺上布置多口井,因此叢式井的井口與對應(yīng)靶點的匹配也是叢式井設(shè)計過程中一個十分重要的問題。因此,研究叢式井井眼軌道設(shè)計及其井口-靶點匹配對于指導(dǎo)利用叢式井進(jìn)行煤層氣高效開發(fā)具有十分重要的意義。本文對叢式井軌道設(shè)計的主要因素進(jìn)行了分析,主要分為叢式井靶點以上的影響因素及靶點以下的影響因素兩個方面。在分析影響因素之上,根據(jù)二維及三維井眼軌道的基本計算模型,以造斜點深度、井眼曲率和井斜角等為約束條件,以井眼軌道長度最短為優(yōu)化目標(biāo),建立了二維及三維井眼軌道最優(yōu)化模型以及基于虛擬靶點的三維井眼軌道最優(yōu)化模型。根據(jù)最優(yōu)化理論對所建立的最優(yōu)化模型進(jìn)行了求解,所得結(jié)果較常規(guī)井眼軌道設(shè)計具有更短的井眼軌道長度及較低的井斜角和井眼曲率。針對利用叢式井進(jìn)行工廠化作業(yè)過程中的井口-靶點匹配問題建立了匹配優(yōu)化模型并給出了具體的匹配流程;最后,針對利用常規(guī)叢式井開發(fā)煤層氣過程中鉆井平臺下方存在“死氣區(qū)”的問題,提出了利用勺形井眼軌道進(jìn)行煤層氣的開發(fā),從而提高鉆井平臺下方煤層氣的動用量,實現(xiàn)煤層氣的高效低成本開發(fā)。
【圖文】：

基質(zhì)孔隙的滲透率通常很低，而裂縫的滲透率通常比較大，是煤層體運移的主要滲流通道。煤儲層內(nèi)裂縫發(fā)育的方位具有一定的方向性，沿著發(fā)育方向的滲透率通常是其它方向的幾倍到十幾倍[26]，因此水平段方位在沿直于裂縫方向鉆井時能夠溝通這些裂縫，促進(jìn)煤層氣向井筒的運移，從而增層氣的產(chǎn)量。數(shù)值模擬方面，取水平段長 800m，水平段方位分別設(shè)置為與最大滲透率方裂縫發(fā)育方向）呈 0°、30°、45°、60°和 90°，模擬生產(chǎn) 10 年，累產(chǎn)氣圖 2.1 所示。從圖 2.1 可以看出當(dāng)水平段方位與最大滲透率方向垂直時累產(chǎn)氣大，這是因為此時水平段能夠很好地溝通裂縫，從而促進(jìn)氣體向井筒運移；平段方位與最大滲透率方向呈 60°時，累產(chǎn)氣量與垂直最大滲透方向時十分；之后隨著水平段方位與最大滲透率方向之間的夾角變小，累產(chǎn)氣量也逐漸；當(dāng)水平段方位平行于最大滲透率方向時，累產(chǎn)氣量最小。因此，從累產(chǎn)氣看，將水平段方位設(shè)置為與最大滲透率方向呈 60°~90°比較好。

水平段長度分別設(shè)置為 600m、800m、1000m、1200m 和 1400m，，模擬生產(chǎn) 10 年，累產(chǎn)氣量如圖2.2 所示。從圖 2.2 可以看出隨著水平段長度從 600m 增加到 1400m，累產(chǎn)氣量也在不斷的增加，且水平段長度從 600m 增加到 800m 與從 800m 增加到 1000m 時累產(chǎn)氣量的增幅減小了，而水平段長度再往上增加后累產(chǎn)氣量的增幅并未有非常大的減小，但考慮到隨著水平段長度的增加，施工難度及施工成本將成倍增加，并且施工設(shè)備的鉆井能力也限制著水平段長度的繼續(xù)增加。因此，在考慮單井產(chǎn)量的時候也應(yīng)充分考慮單位成本效益。綜合來講，水平段的長度并不是越長越好，在設(shè)計水平段長度時應(yīng)綜合考慮各方面的影響因素，以設(shè)計出符合高效低成本開發(fā)的水平段長度。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE24;TE37

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