煤层气鱼骨井钻完井一体化方法研究与产能预测

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1、中图分类号：TE257单位代码：11414学号：2014312022题目煤层气鱼骨井钻完井一体化方法研究与产能预测学科专业油气井工程研究方向油气井流体力学与工程博士生杨睿月指导教师沈忠厚（院士），黄中伟（教授）二○一七年五月ComplementaryFishbonesJetDrillingandProductionOptimizationinCoalbedMethaneReservoirsDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijinginpartialfulfillmentofthere

2、quirementsforthedegreeofDoctorofEngineering(OrDoctorofNaturalScience)ByYangRuiyue（WellDrillingEngineering）DissertationSupervisorProf.ShenZhonghou&ProfHuangZhongweiMay,2017博士学位论文独创性声明郑重声明：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或

3、者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签名：日期：导师签名：日期：博士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本

4、学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意，且须以中国石油大学（北京）为第一署名单位。作者签名：日期：导师签名：日期：摘要摘要鱼骨井是一种开采煤层气的有效方法。基于我国现阶段所面临的煤层气钻完井成本高、井壁易坍塌、单井产量低、经济效益差等问题，提出了一种“连续油管带筛管喷射侧钻鱼骨井”新型钻完井一体化方法，旨在实现一趟管柱完成喷射侧钻和割缝筛管完井，从而缩短施工周期、节约钻完井成本、有效防止煤层坍塌，并且通过设计井型结构和钻进方向，达到有效沟通煤层气的割理系统、扩大泄气面积、提高排水采气效率的目的；为优化该新型鱼骨井的钻完井方

5、法，提出了一套结合喷射钻井、筛管完井以及产能优化的施工方案。首先，通过四类室内实验：连续油管带筛管过转向器管柱摩阻测试、直旋混合射流钻头破岩、连续油管带筛管双重管柱岩屑运移、新型材料的割缝筛管强度测试，验证和分析该钻完井一体化方法的可行性，优化工具参数和施工条件。其次，采用“节点分析离散裂缝法”建立煤层气中多尺度复杂缝网、气水两相流动半解析解模型。该模型考虑了气体吸附解吸、扩散、应力敏感性等煤层气特征，裂缝系统中气、水两相流采用迭代校正相对渗透率模型，可以显式表征不同几何形状的大裂缝及与大裂缝相交的割理系统，而将与大裂缝不相交的割理和微小尺度裂缝隐式处理

6、。然后，通过等效流通能力，采用“嵌入式离散裂缝法”建立鱼骨井气水两相流动模型，基于我国山西沁水盆地南部沁端区块的现场生产数据，对鱼骨井的分支参数进行敏感性分析和优化设计。同时，通过模拟复杂几何形状的分支井，包括井眼迂曲、不等长、不等径等形状以及与天然裂缝的沟通程度，研究了非平面结构的鱼骨井对气、水产能的影响，提出鱼骨井的最优钻进方向。最后将钻完井工艺设计与气水产能相结合，采用基于NSGA-II（带精英策略的快速非支配排序遗传算法）的多目标优化算法，对煤层气鱼骨井的工具、工艺参数和井型结构进行了优化，编制了一套“连续油管带筛管”喷射侧钻鱼骨井钻完井一体化设

7、计的施工方案和参数优选总结表，钻、完井工程师可以通过查阅此表进行现场施工。本文针对提出的新型钻完井一体化方法，建立了一种跨学科多目标优化模型，研究结果可望为完井工程师进行新型鱼骨井设计提供一种较为便捷、可靠的优化评价手段。关键词：煤层气；鱼骨井；连续油管；割缝筛管；复杂缝网IIABSTRACTComplementaryFishbonesJetDrillingandProductionOptimizationinCoalbedMethaneReservoirsABSTRACTFishbonesdrillingisanefficientwayofexploi

8、tingthecoalbedmethane(CBM)wells.However,