钻井工程中在页岩储层内的钻进与完钻方法技术

本发明专利技术公开了钻井工程中在页岩储层内的钻进与完钻方法，对于进入页岩储层后钻速降低不明显的井而言，定期替入的低粘度钻井液，极大的降低了泥包现象发生的可能性，进而确保钻压有效施加至地层上；对于进入页岩储层后钻速降低较为明显的井而言，极大的提高井筒内部的洁净程度，使得增大的钻压能够有效通过钻头作用至井底。本发明专利技术无需采用价格高昂的钻井液体系，仅仅从工程角度入手，对页岩层段的裸眼井段进行了充分的修整与规范。本发明专利技术解决了现有技术中在页岩储层内钻时慢、钻速低；完钻起下钻困难、下套管风险大的问题，实现了提高在页岩储层内的钻速、提高工程效率；降低作业风险、提高下套管安全系数的目的。

Drilling and completion methods in shale reservoir in drilling engineering

The invention discloses the drilling and completion methods in shale reservoir in drilling engineering. For wells whose drilling rate is not obviously reduced after entering shale reservoir, the regularly replaced low-viscosity drilling fluid greatly reduces the possibility of mud inclusion phenomenon, thereby ensuring that the drilling pressure is effectively applied to the formation; for wells whose drilling rate is obviously reduced after entering shale reservoir, it is extremely great. Improve the cleanliness of the wellbore, so that the increased drilling pressure can effectively act through the bit to the bottom of the well. The invention does not need to adopt expensive drilling fluid system, and only proceeds from the engineering point of view, fully repairs and standardizes the open hole section of shale formation. The invention solves the problems of slow drilling time and low drilling rate in the existing technology in shale reservoir, difficulty in completion of drilling, and high risk of casing running, realizes the purposes of improving drilling speed and engineering efficiency in shale reservoir, reducing operation risk and improving safety factor of casing running.

【技术实现步骤摘要】
钻井工程中在页岩储层内的钻进与完钻方法
本专利技术涉及钻井工程领域，具体涉及钻井工程中在页岩储层内的钻进与完钻方法。
技术介绍
页岩气是指赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，是连续生成的生物化学成因气、热成因气或二者的混合，可以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，以吸附态存在于干酪根、黏土颗粒表面，还有极少量以溶解状态储存于干酪根和沥青质中，游离气比例一般在20％～85％。页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态(大约50％)存在于裂缝、孔隙及其它储集空间，以吸附状态(大约50％)存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中。天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中。天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集，表现为典型的原地成藏模式，与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此，有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。近年来，受美国、加拿大页岩气成功商业开发的影响，全球页岩气勘探开发呈快速发展态势。然而，由于页岩气原地成藏的圈闭模式，其储存介质为页岩岩层。对于常规油气田而言，页岩岩层都是作为生油层或盖层的地质结构，因此可想而知页岩气的储集层渗透率极低，开采难度很大。首先，页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气流的阻力比常规天然气大，所有的井都需要实施储层压裂改造才能开采出来。其次，页岩气采收率比常规天然气低，常规天然气采收率在60％以上，而页岩气仅为5％～60％。低产影响着人们对它的热衷，美国已经有一些先进技术可以提高页岩气井的产量。中国页岩气藏的储层与美国相比有所差异，如四川盆地的页岩气层埋深要比美国的大，美国的页岩气层深度在800～2600米，而四川盆地的页岩气层埋深在2000～3500米。页岩气层深度的增加无疑在我国本不成熟的开采技术上又增添了开发难度。具体到钻井工程上，标准的页岩储层，不同于压实程度不够的泥页岩地层，而是经过了充分压实与沉积的致密岩层，它在岩性上具有致密、胶结充分、硬度高、可钻性低、造浆能力弱等特点。这些特点组合起来，表现在钻井工程上就是钻时慢、钻速低。现有技术中没有针对页岩储层钻时过慢的有效方法，只能够依靠大钻压缓慢钻进，导致工程效率低下，浪费人力物力成本。此外，由于页岩层段极低的岩石渗透率，导致钻井过程中页岩气储层段中，钻井液无法在井壁脱水形成完整的泥饼，泥饼的欠缺，导致钻具与井壁之间缺少润滑与缓冲，导致摩阻极大，起下钻困难，严重时甚至导致后续套管无法顺利下入，导致井眼报废或只能够进行侧钻，造成严重的工程事故。现有技术中对此都是在钻井液的性能、配方上进行研究，如使用油基钻井液等尝试，试图通过优化钻井液来确保套管顺利下至页岩气井的井底储层段中，然而这种方式效果不佳，特别是对于我国四川盆地埋深相对较深的页岩气藏而言，还会导致钻井液成本急剧攀升、导致商业开采利润微薄甚至利润为负，这对于本就难以进行商业开发的页岩气而言，无异于雪上加霜。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供钻井工程中在页岩储层内的钻进与完钻方法，以解决现有技术中在页岩储层内钻时慢、钻速低；完钻起下钻困难、下套管风险大的问题，实现提高在页岩储层内的钻速、提高工程效率；降低作业风险、提高下套管安全系数的目的。本专利技术通过下述技术方案实现：钻井工程中在页岩储层内的钻进与完钻方法，包括钻进过程和完钻处理过程；所述钻进过程包括：(a)使用PDC钻头按照设计井眼轨迹，钻进至距离页岩储层顶部5～10m垂深的位置，钻进过程中钻井液的粘度为A，单位厘泊；密度为B，单位g/cm3；统计钻进过程中近24小时的平均钻速为X，单位m/h；钻杆平均转速为Y，单位rpm；平均钻压为Z，单位吨；平均排量为Q，单位L/min；循环，起钻，将钻头更换为与所述PDC钻头等径的三牙轮钻头，并在底部钻具组合中使用新的螺杆钻具；(b)下钻至井底、探沉砂，钻进至页岩储层内，以转速Y、钻压Z、排量Q继续钻进，监测在页岩储层内一个小时内的平均钻速X1，若X1≥X或X1/X≥0.8，则以转速Y、钻压Z、排量Q继续钻进，每隔两小时向钻杆内替入0.8～1.5m3粘度为0.5A的稀浆；若X1/X＜0.8，进入步骤(c)；(c)将钻头提离井底，保持排量Q不变，降低转速至Y1，Y1/Y＝0.7～0.8，同时增大钻压至Z1，Z1/Z＝1.2～1.8，继续钻进，得到此时的钻速X2；(d)若X2＞X1，则保持排量Q、转速Y1、钻压Z1继续钻进，每隔一小时更新X2；若X2≤X1，依次向钻杆内替入1～2m3密度为1.5B～2B的重浆、1～2m3粘度为1.5A～2A的稠浆，根据泵冲数判断重浆与稠浆出钻头时，将钻头提离井底，之后以排量Q、转速Y1、钻压Z1继续钻进，每隔一小时更新X2；(e)X2每次更新后，都带入步骤(d)中进行判断，直至钻进至设计井深，井底留完井口袋，完钻；所述完钻处理过程包括：(f)完钻后，以排量Q0循环至井底岩屑返出至井口，完成全井段的岩屑录井；记井底深度为H1、上层套管鞋的深度为H2，取H＝(H1-H2)/2+H2；(g)倒划眼起钻至上层套管鞋，在上层套管鞋内循环一周，停泵停转下钻至井底，探井底沉砂高度；破坏井底沉砂，重新钻进至设计井深，以排量Q0循环一周；(h)停泵停转起钻至井深H：若起钻过程中无10t以内的阻挂点，则进入步骤(j)；若起钻过程中有阻挂点，且遇阻超过10t，则进入步骤(i)；(i)以排量Q0/2倒划眼起钻至阻挂点上方10m，再以排量Q0/4下划眼下钻至阻挂点下方10m，之后停泵停转再次起钻：若起钻过程中阻挂小于10t，则继续起钻至井深H，进入步骤(j)；若遇阻仍然超过10t，则重复本步骤，直至停泵停转起钻时的阻挂小于10t，再继续起钻至井深H，进入步骤(j)；(j)在井深H处，以排量Q0循环一周，停泵停转下钻至H1，并再次起钻至井深H处；若(H1-H2)＞50m，则令H1＝H，取H’＝(H1-H2)/2+H2；(k)用H’替换H，重复步骤(h)～(j)，直至(H1-H2)≤50m；(l)起钻至上层套管鞋内，在上层套管鞋内以排量Q0/4循环一周，起钻至井口，下套管。现有技术中在页岩储层内钻时慢、钻速低，并且由于页岩储层造浆能力极为薄弱，且页岩层段极低的岩石渗透率，导致钻井过程中页岩气储层段中，钻井液无法在井壁自然脱水形成完整的泥饼，泥饼的欠缺，导致钻具与井壁之间缺少润滑与缓冲，导致摩阻极大，因此现有技术中在针对页岩储层进行钻井时，为了维护井壁的稳定性，必然会使用高粘度的钻井液体系。本专利技术在此基础之上，提出一种钻井工程中在页岩储层内的钻进与完钻方法，本方法首先在进入页岩储层之前使用PDC钻头按照设计井眼轨迹正常进行钻进，在进入页岩储层之前使用PDC钻头能够利用PDC钻头优良的切削性能，对上部岩层快速进行钻进。在距离页岩储层顶部5～10m垂深的位置停止钻进，得到钻进过程中钻井液的粘度A、密度为B；近24小时的平均钻速X、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.钻井工程中在页岩储层内的钻进与完钻方法，其特征在于，包括钻进过程和完钻处理过程；所述钻进过程包括：(a)使用PDC钻头按照设计井眼轨迹，钻进至距离页岩储层顶部5～10m垂深的位置，钻进过程中钻井液的粘度为A，单位厘泊；密度为B，单位g/cm3；统计钻进过程中近24小时的平均钻速为X，单位m/h；钻杆平均转速为Y，单位rpm；平均钻压为Z，单位吨；平均排量为Q，单位L/min；循环，起钻，将钻头更换为与所述PDC钻头等径的三牙轮钻头，并在底部钻具组合中使用新的螺杆钻具；(b)下钻至井底、探沉砂，钻进至页岩储层内，以转速Y、钻压Z、排量Q继续钻进，监测在页岩储层内一个小时内的平均钻速X1，若X1≥X或X1/X≥0.8，则以转速Y、钻压Z、排量Q继续钻进，每隔两小时向钻杆内替入0.8～1.5m3粘度为0.5A的稀浆；若X1/X＜0.8，进入步骤(c)；(c)将钻头提离井底，保持排量Q不变，降低转速至Y1，Y1/Y＝0.7～0.8，同时增大钻压至Z1，Z1/Z＝1.2～1.8，继续钻进，得到此时的钻速X2；(d)若X2＞X1，则保持排量Q、转速Y1、钻压Z1继续钻进，每隔一小时更新X2；若X2≤X1，依次向钻杆内替入1～2m3密度为1.5B～2B的重浆、1～2m3粘度为1.5A～2A的稠浆，根据泵冲数判断重浆与稠浆出钻头时，将钻头提离井底，之后以排量Q、转速Y1、钻压Z1继续钻进，每隔一小时更新X2；(e)X2每次更新后，都带入步骤(d)中进行判断，直至钻进至设计井深，井底留完井口袋，完钻；所述完钻处理过程包括：(f)完钻后，以排量Q0循环至井底岩屑返出至井口，完成全井段的岩屑录井；记井底深度为H1、上层套管鞋的深度为H2，取H＝(H1‑H2)/2+H2；(g)倒划眼起钻至上层套管鞋，在上层套管鞋内循环一周，停泵停转下钻至井底，探井底沉砂高度；破坏井底沉砂，重新钻进至设计井深，以排量Q0循环一周；(h)停泵停转起钻至井深H：若起钻过程中无10t以内的阻挂点，则进入步骤(j)；若起钻过程中有阻挂点，且遇阻超过10t，则进入步骤(i)；(i)以排量Q0/2倒划眼起钻至阻挂点上方10m，再以排量Q0/4下划眼下钻至阻挂点下方10m，之后停泵停转再次起钻：若起钻过程中阻挂小于10t，则继续起钻至井深H，进入步骤(j)；若遇阻仍然超过10t，则重复本步骤，直至停泵停转起钻时的阻挂小于10t，再继续起钻至井深H，进入步骤(j)；(j)在井深H处，以排量Q0循环一周，停泵停转下钻至H1，并再次起钻至井深H处；若(H1‑H2)＞50m，则令H1＝H，取H’＝(H1‑H2)/2+H2；(k)用H’替换H，重复步骤(h)～(j)，直至(H1‑H2)≤50m；(l)起钻至上层套管鞋内，在上层套管鞋内以排量Q0/4循环一周，起钻至井口，下套管。...

【技术特征摘要】
1.钻井工程中在页岩储层内的钻进与完钻方法，其特征在于，包括钻进过程和完钻处理过程；所述钻进过程包括：(a)使用PDC钻头按照设计井眼轨迹，钻进至距离页岩储层顶部5～10m垂深的位置，钻进过程中钻井液的粘度为A，单位厘泊；密度为B，单位g/cm3；统计钻进过程中近24小时的平均钻速为X，单位m/h；钻杆平均转速为Y，单位rpm；平均钻压为Z，单位吨；平均排量为Q，单位L/min；循环，起钻，将钻头更换为与所述PDC钻头等径的三牙轮钻头，并在底部钻具组合中使用新的螺杆钻具；(b)下钻至井底、探沉砂，钻进至页岩储层内，以转速Y、钻压Z、排量Q继续钻进，监测在页岩储层内一个小时内的平均钻速X1，若X1≥X或X1/X≥0.8，则以转速Y、钻压Z、排量Q继续钻进，每隔两小时向钻杆内替入0.8～1.5m3粘度为0.5A的稀浆；若X1/X＜0.8，进入步骤(c)；(c)将钻头提离井底，保持排量Q不变，降低转速至Y1，Y1/Y＝0.7～0.8，同时增大钻压至Z1，Z1/Z＝1.2～1.8，继续钻进，得到此时的钻速X2；(d)若X2＞X1，则保持排量Q、转速Y1、钻压Z1继续钻进，每隔一小时更新X2；若X2≤X1，依次向钻杆内替入1～2m3密度为1.5B～2B的重浆、1～2m3粘度为1.5A～2A的稠浆，根据泵冲数判断重浆与稠浆出钻头时，将钻头提离井底，之后以排量Q、转速Y1、钻压Z1继续钻进，每隔一小时更新X2；(e)X2每次更新后，都带入步骤(d)中进行判断，直至钻进至设计井深，井底留完井口袋，完钻；所述完钻处理过程包括：(f)完钻后，以排量Q0循环至井底岩屑返出至井口，完成全井段的岩屑录井；记井底深度为H1、上层套管鞋的深度为H2，取H＝(H1-H2)/2+H2；(g)倒划眼起钻至上层套管鞋，在上层套管鞋内循环一周，停泵停转下钻至井底，探井底沉砂高度；破坏井底沉砂，重新钻进至设计井深，以排量Q0循环一周；(h)停泵停转起钻至井深H：若起钻过程中无10t以内的阻挂点，则进入步骤(j)；若起钻过程中有阻挂点，且遇...

【专利技术属性】
技术研发人员：张远香，
申请(专利权)人：成都科盛石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51