煤层气丛式井井眼轨道优化设计研究

发布时间：2020-05-07 00:43

【摘要】：丛式井作为一种经济有效的新井型,具有节省空间、投资成本低、见效快、易管理、控气面积大等特点,使得其在煤层气开采中已经受到越来越广泛的应用。利用丛式井开发煤层气过程中,一个十分重要的问题就是丛式井井眼轨道的设计,井眼轨道设计的好坏关系到钻井质量好坏、钻井成本大小、钻井周期的长短,以及施工的难易程度等。由于丛式井需要在一个钻井平台上布置多口井,因此丛式井的井口与对应靶点的匹配也是丛式井设计过程中一个十分重要的问题。因此,研究丛式井井眼轨道设计及其井口-靶点匹配对于指导利用丛式井进行煤层气高效开发具有十分重要的意义。本文对丛式井轨道设计的主要因素进行了分析,主要分为丛式井靶点以上的影响因素及靶点以下的影响因素两个方面。在分析影响因素之上,根据二维及三维井眼轨道的基本计算模型,以造斜点深度、井眼曲率和井斜角等为约束条件,以井眼轨道长度最短为优化目标,建立了二维及三维井眼轨道最优化模型以及基于虚拟靶点的三维井眼轨道最优化模型。根据最优化理论对所建立的最优化模型进行了求解,所得结果较常规井眼轨道设计具有更短的井眼轨道长度及较低的井斜角和井眼曲率。针对利用丛式井进行工厂化作业过程中的井口-靶点匹配问题建立了匹配优化模型并给出了具体的匹配流程;最后,针对利用常规丛式井开发煤层气过程中钻井平台下方存在“死气区”的问题,提出了利用勺形井眼轨道进行煤层气的开发,从而提高钻井平台下方煤层气的动用量,实现煤层气的高效低成本开发。
【图文】：

水平段,产气量,方位,夹角

基质孔隙的渗透率通常很低，而裂缝的渗透率通常比较大，是煤层体运移的主要渗流通道。煤储层内裂缝发育的方位具有一定的方向性，沿着发育方向的渗透率通常是其它方向的几倍到十几倍[26]，因此水平段方位在沿直于裂缝方向钻井时能够沟通这些裂缝，促进煤层气向井筒的运移，从而增层气的产量。数值模拟方面，取水平段长 800m，水平段方位分别设置为与最大渗透率方裂缝发育方向）呈 0°、30°、45°、60°和 90°，模拟生产 10 年，累产气图 2.1 所示。从图 2.1 可以看出当水平段方位与最大渗透率方向垂直时累产气大，这是因为此时水平段能够很好地沟通裂缝，从而促进气体向井筒运移；平段方位与最大渗透率方向呈 60°时，累产气量与垂直最大渗透方向时十分；之后随着水平段方位与最大渗透率方向之间的夹角变小，累产气量也逐渐；当水平段方位平行于最大渗透率方向时，累产气量最小。因此，从累产气看，将水平段方位设置为与最大渗透率方向呈 60°~90°比较好。

产气量,增幅

水平段长度分别设置为 600m、800m、1000m、1200m 和 1400m，，模拟生产 10 年，累产气量如图2.2 所示。从图 2.2 可以看出随着水平段长度从 600m 增加到 1400m，累产气量也在不断的增加，且水平段长度从 600m 增加到 800m 与从 800m 增加到 1000m 时累产气量的增幅减小了，而水平段长度再往上增加后累产气量的增幅并未有非常大的减小，但考虑到随着水平段长度的增加，施工难度及施工成本将成倍增加，并且施工设备的钻井能力也限制着水平段长度的继续增加。因此，在考虑单井产量的时候也应充分考虑单位成本效益。综合来讲，水平段的长度并不是越长越好，在设计水平段长度时应综合考虑各方面的影响因素，以设计出符合高效低成本开发的水平段长度。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE24;TE37

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