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煤层气是一种高效洁净能源，我国储量丰富，抽采煤层气能减少矿井灾害、增加能源供给、减轻环境污染。水平定向钻井技术能使井眼沿煤层延伸，增大解析面积，提高抽采效率，因而被广泛采用。但随着开发深入，其井壁失稳问题日益突出，在水平段钻遇煤层时尤为明显，严重影响了钻井安全和经济效益。该问题受众多因素影响，但目前相关研究十分有限，分析其稳定性、探索失稳机理迫在眉睫。
从地质、工程两方面总结了影响煤层气地面水平钻井稳定性的因素，并对赵庄井田2014ZX-U-01H井失稳情况统计，发现3#煤层上部水平段是重点失稳区，处理其失稳严重影响了工程进度。由此，基于Mohr-Coulomb强度准则，在进行井眼应力坐标变换后，采用实测岩石力学参数，通过软件MIDAS GTS NX建立了该水平井的三维有限元模型。研究了水平段井斜角、泥皮厚度、地应力方向等因素对井壁的应力分布特征、变形形式、位移量、井眼形状的影响规律，定量评价了失稳情况，找出了影响水平段井眼稳定性的主要因素，结果表明：
(1)随水平段延伸井壁所受Von Mises应力逐渐增大，但3#煤层性质较差且存在纵向差异，井壁最终失稳程度同样受钻遇地层性质影响；
(2)失稳时井壁以沿X轴方向变形为主，且底部位移量大于顶部，变形截面呈椭圆型，最大变形区位于3#煤层上部水平段；
(3)地应力对破碎地层的变形破坏影响显著，对稳定地层影响较小；井斜角主要影响井壁塑性变形区半径；护壁泥皮则能改善整体井眼的应力集中现象；
(4)影响该井水平段稳定性的主次因素顺序：地应力方向、井斜角、泥皮厚度。在研究范围内，随井眼走向与最大主地应力夹角增大、井斜角减小、泥皮厚度增大，井壁稳定性增强；
(5)提出井田煤层气井水平段井眼走向与地应力夹角45°、井斜角84°、泥皮厚度1.2cm的最安全钻井组合方案，此时井壁最大Von Mises应力0.52MPa，最大变形量3.04cm，井眼最稳定。
研究同实钻现象吻合，解决了传统方法耗时长、成本高、可重复性差、考虑因素不全面等缺点，且在计算原理、荷载条件、材料控制方面优势明显，结果直观、清晰。证明了采用有限元方法研究煤层气水平井稳定性的可行性与合理性，研究思路对开展同类井眼稳定性研究有借鉴意义。
从地质、工程两方面总结了影响煤层气地面水平钻井稳定性的因素，并对赵庄井田2014ZX-U-01H井失稳情况统计，发现3#煤层上部水平段是重点失稳区，处理其失稳严重影响了工程进度。由此，基于Mohr-Coulomb强度准则，在进行井眼应力坐标变换后，采用实测岩石力学参数，通过软件MIDAS GTS NX建立了该水平井的三维有限元模型。研究了水平段井斜角、泥皮厚度、地应力方向等因素对井壁的应力分布特征、变形形式、位移量、井眼形状的影响规律，定量评价了失稳情况，找出了影响水平段井眼稳定性的主要因素，结果表明：
(1)随水平段延伸井壁所受Von Mises应力逐渐增大，但3#煤层性质较差且存在纵向差异，井壁最终失稳程度同样受钻遇地层性质影响；
(2)失稳时井壁以沿X轴方向变形为主，且底部位移量大于顶部，变形截面呈椭圆型，最大变形区位于3#煤层上部水平段；
(3)地应力对破碎地层的变形破坏影响显著，对稳定地层影响较小；井斜角主要影响井壁塑性变形区半径；护壁泥皮则能改善整体井眼的应力集中现象；
(4)影响该井水平段稳定性的主次因素顺序：地应力方向、井斜角、泥皮厚度。在研究范围内，随井眼走向与最大主地应力夹角增大、井斜角减小、泥皮厚度增大，井壁稳定性增强；
(5)提出井田煤层气井水平段井眼走向与地应力夹角45°、井斜角84°、泥皮厚度1.2cm的最安全钻井组合方案，此时井壁最大Von Mises应力0.52MPa，最大变形量3.04cm，井眼最稳定。
研究同实钻现象吻合，解决了传统方法耗时长、成本高、可重复性差、考虑因素不全面等缺点，且在计算原理、荷载条件、材料控制方面优势明显，结果直观、清晰。证明了采用有限元方法研究煤层气水平井稳定性的可行性与合理性，研究思路对开展同类井眼稳定性研究有借鉴意义。