一种页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法技术

本发明专利技术提出一种页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，涉及石油、天然气勘探开发领域，该水平井水平段钻井优化与提速方法包括：确定水平井的目标箱体并进行钻前水平井水平段的井眼轨迹的优选；根据目标箱体和所述水平井水平段的井眼轨迹钻进水平段并随钻进行水平井水平段钻井参数及工艺措施优化。本发明专利技术提出的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法能够提高水平段钻进机械钻速、降低趟钻次数及钻井周期。数及钻井周期。数及钻井周期。

【技术实现步骤摘要】
一种页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法


[0001]本专利技术涉及石油、天然气勘探开发领域，特别涉及一种页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法。

技术介绍

[0002]随着油气资源勘探开发不断向“深”、“非”、“海”、“低”迈进，非常规油气已成为常规油气的重要接替资源，页岩气属于非常规油气资源，主要指以页岩为主的页岩层系中所包含的天然气资源，其在沉积条件、构造特点、开采方式等方面与常规油气资源存在较大差异。在钻井上仍存在水平段趟钻数高、“一趟钻”比率低、钻井周期长等难题，制约页岩气经济效益开发。
[0003]通过对大量完钻井井史统计分析发现，制约现有页岩气水平井水平段“一趟钻”的主要地质工程原因包括：
①
井下随钻测控工具(包含旋转导向、MWD、LWD等井下随钻测量及控制工具)失效；
②
PDC钻头破岩机械钻速低；
③
井下马达失效；
④
井漏、卡钻等其它井下复杂，其中原因
①
和原因
②
在三开水平段起钻原因合计占比达到约80％，是制约页岩气水平段“一趟钻”的主要原因。
[0004]针对水平段井下测控工具频繁失效，钻井工程上攻关配套了旋转阀式MWD、双电池系统、贝克休斯Auto
‑
Track Curve旋转导向、斯伦贝谢Power Drive Archer、Power Drive Orbit旋转导向系统等系列高性能随钻测控工具及系统，一定程度上解决了堵漏材料造成仪器无信号、工具寿命短难题；同时针对水平段PDC钻头机械钻速低难题，基于大量井史数据开展了钻头型号优选、强化钻井参数、制定钻井技术模板等措施，在水平段平均机械钻速及“一趟钻”最长进尺上均有显著提升。
[0005]上述技术措施主要集中在升级装备、优选钻头、强化参数等方面，忽略了水平段钻进过程中因地质条件及工程措施诱发的剧烈井下振动对钻井效率的影响。钻井过程中井下振动主要表现为钻头及钻柱的纵向、横向和扭转(粘滑)振动三种形式，适量的振动在降低井筒摩擦阻力同时也能改善钻头破岩效率、提高机械钻速，但因地层非均质性、井筒摩阻、钻头磨损、钻柱受力不均等因素诱发的剧烈井下振动会对钻井工程带来诸多危害，主要包括：
①
剧烈振动降低钻头破岩效率，降低钻头机械钻速；
②
剧烈振动加速钻头磨损，甚至造成钻头切削齿蹦齿、破碎；
③
剧烈振动增加井下随钻测控工具失效几率、降低工具使用使命；
④
剧烈振动加速钻具疲劳、甚至诱发断钻具等井下事故复杂。考虑到钻井过程中井下振动无法避免，同时剧烈井下振动会加剧随钻测控工具失效几率，斯伦贝谢、贝克休斯等油服公司在井下随钻测控工具(旋转导向、MWD、LWD等)中广泛配备三轴加速度传感器、转速传感器，随钻过程中实时测量、存储及上传井下不同类型振动强度及不同级别振动强度对应累积时间。基于232套井下振动测量及工具使用情况数据，贝克休斯提出钻井过程中因剧烈井下振动导致MWD/LWD失效占比达到29％，同时提出钻井过程中钻具振动幅度越大、短时间内随钻测控工具失效几率越高。在考虑累积时间下不同级别振动强度内随钻测控工具失效几率基础上，斯伦贝谢也考虑了钻井过程中瞬时剧烈冲击对随钻测控工具稳定性影响，并将
随钻测控工具每秒承受剧烈振动冲击强度超过50x9.8m/s2次数(CPS，counts per second)作为随钻测控工具失效风险指标，依据钻进过程中井下随钻测控仪器每秒内、每趟钻内承受剧烈振动冲击强度超过50x9.8m/s2累积次数，将随钻测控工具失效风险划分为低(0)、中(1)、高(2)、极易失效(3)四个风险等级。
[0006]但是，上述减震措施主要针对北美页岩气与北美页岩气Permian、Eagle Ford、Bakken等均质性储层，对于其它页岩气田，上述措施的效果并不理想。特别对于目的层岩石由石英、斜长石、碳酸盐岩矿物、黏土、黄铁矿等矿物组成，目的层目标箱体厚度分布在1
‑
3m之间的非均质储层，这些非均质储层垂向上储层矿物组分及地层元素含量波动较大，同时因矿物组分波动导致的地层岩石强度变化较大。水平井水平段钻进过程中，井眼轨迹调整由地质导向工程师依据地质需求决定，从后期完井压裂改造角度地质导向工程师更青睐“脆性”更好、更易于压裂裂缝延伸、硅质含量更高或地层碳质含量更加丰富、地层GR数值更高储层，而水平井水平段实钻过程中常因地质建模误差，断层、凹陷、隆起等地质构造，随钻测量工具“零差”等因素常导致井眼轨迹控制出现偏差。当水平段井眼轨迹钻出目标箱体后，地质导向工程师常下发指令，要求现场定向工程师将井眼轨迹再次调整至目标箱体中，而在井眼轨迹调整过程中钻头会在非均质储层中穿越，钻头两侧切削地层岩石强度存在较大差异，易诱发剧烈井下扭转(粘滑)及横向振动，进而导致钻头破岩机械钻速降低、钻头迅速磨损以及井下随钻仪器失效。同一型号PDC钻头在水平段非均质地层中钻进时，钻头破岩机械钻速更低、趟钻进尺更短、磨损程度更高，同时常因井下随钻测控工具(旋转导向、MWD、LWD等)失效导致起钻。
[0007]有鉴于此，本专利技术人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出一种页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，以期解决现有技术存在的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，能够提高水平段钻进机械钻速、降低趟钻次数及钻井周期。
[0009]为达到上述目的，本专利技术提出一种页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其中，所述水平井水平段钻井优化与提速方法包括：
[0010]确定水平井的目标箱体并进行钻前水平井水平段的井眼轨迹的优选；
[0011]根据所述目标箱体和所述水平井水平段的井眼轨迹钻进水平段并随钻进行水平井水平段钻井参数及工艺措施优化。
[0012]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点和优点：
[0013]本专利技术提出的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，通过钻前优选水平井水平段的井眼轨迹，再结合随钻井参数及工艺措施优化，使得井眼轨迹能够有效规避钻头穿越非均质储层，从而降低穿越非均质储层进尺长度及井下振动强度，最终实现提高水平段钻进机械钻速、降低趟钻次数及钻井周期目的。
附图说明
[0014]在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本专利技术公开的范
围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本专利技术的理解，并不是具体限定本专利技术各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本专利技术的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本专利技术。
[0015]图1为本专利技术提出的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法的流程图；
[0016]图2为本专利技术中钻头位于上倾箱体上方井眼轨迹调整示意图；
[0017]图3为本专利技术中钻头位于下倾箱体上方井眼轨迹调整示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，所述水平井水平段钻井优化与提速方法包括：确定水平井的目标箱体并进行钻前水平井水平段的井眼轨迹的优选；根据所述目标箱体和所述水平井水平段的井眼轨迹钻进水平段并随钻进行水平井水平段钻井参数及工艺措施优化。2.如权利要求1所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，根据所述水平井所在的钻井平台的岩石矿物组分及岩石强度垂向分布特征及所述水平井的储层的地质构造横向分布规律与特征确定所述目标箱体。3.如权利要求2所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，利用所述钻井平台其导眼井的岩心及测井数据，获得所述钻井平台的所述岩石矿物组份及岩石强度垂向分布特征。4.如权利要求2所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，利用所述钻井平台其储层的三维地震数据，完成储层地质建模，确定所述钻井平台的储层的地质构造横向展布规律与特征。5.如权利要求1所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，所述钻前水平井水平段井眼轨迹的优选规则为，所述井眼轨迹规避穿越地层矿物组分、地层岩石强度剧烈波动井段。6.如权利要求1所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，随钻进行水平井水平段钻井参数及工艺措施优化，包括：在井段钻井过程中判断钻头是否进入水平段的所述目标箱体；确定所述钻头进入水平段的所述目标箱体后，获取当前井深井斜角α、目标箱体地层倾角β；继续使所述钻头在所述目标箱体内进行水平段钻进，随钻判断所述钻头位置，通过所述钻头位置调整井眼轨迹确保所述钻头重新回到所述目标箱体内。7.如权利要求6所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，若在井段钻井过程中判断钻头尚未进入所述目标箱体，则调整所述井眼轨迹继续钻进直至所述钻头进入目标箱体。8.如权利要求6所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，在水平段钻进过程中，若判断所述钻头在所述目标箱体内，根据所述钻头的实际垂深及时迭代时深地震数据、更新地质模型，预测水平段地质构造变化，提前调整井眼轨迹，确保所述钻头在所述目标箱体内钻进。9.如权利要求6所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，在水平段钻进过程中，若判断所述钻头在所述目标箱体外，则进行钻井参数调整。10.如权利要求6所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，所述钻井参数调整的过程包括：判断当前泥浆泵泵压是否达到规定安全上限，若未达到则以每0.5L/s步长提高泥浆泵排量直至泥浆泵泵压达到规定安全上限；之后判断当前钻压是否≦80KN，若未达到则以10KN步长不断降低钻压至80KN及以下；之后再判断钻机是否使用顶驱，若使用顶驱则将顶驱转速提高至110
‑
120r/min，若未使用顶驱则将转盘转速调制80r/min以上。
11.如权利要求6所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，完成钻井参数调整后，根据所述钻头与所述目标箱体的相对位置和所述钻头的当前井深井斜角α，确定井眼轨迹的调整方法，根据所述调整方法确保所述钻头重新钻回所述目标箱体中。12.如权利要求11所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，若所述钻头在所述目标箱体的上部且所述井斜角α≥90
°
，则所述钻头处于上倾目标箱体上方。13.如权利要求12所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在于，若判断所述调整方法为使用旋转导向系统，则所述旋转导向系统以(90+β
‑
(2～4))
°
目标井斜角降斜钻进直至钻头重新进入所述目标箱体。14.如权利要求12所述的页岩气的水平井水平段钻井优化与提速方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳伟，王庆，纪国栋，崔猛，黄洪春，邹灵战，卓鲁斌，陈畅畅，于璟，李冰，李洪，张宏源，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：