煤矿区煤层气水平对接井轨迹控制与完井技术研究

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VisualStudio2015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φ 50.8mm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。