油氣上竄速度計算方法的改進

中石化勝利石油工程有限公司地質(zhì)錄井公司

摘要：現(xiàn)場錄井中，準確計算油氣上竄速度對安全鉆井、油氣層的保護和后期的測試、油氣產(chǎn)能評價意義重大。為此，提出了一種計算油氣上竄速度的方法，該方法考慮了井深結(jié)構(gòu)和鉆具結(jié)構(gòu)等影響環(huán)空體積的因素，現(xiàn)場作業(yè)表明，該方法是可行的。

關(guān)鍵詞：油氣上竄速度；后效錄井；深度歸位；排代法

一、引言

后效錄井（亦稱循環(huán)鉆井液氣測錄井）是指工程停鉆或起下鉆作業(yè)過程中鉆井液靜止一段時間后，下鉆到需要的深度進行鉆井液循環(huán)時，測定通過擴散和滲透作用進入井筒鉆井液中烴類氣體的含量。取全取準后效顯示資料，準確計算油氣上竄速度，對于評價油氣水層，保證安全施工，保護油氣層，提高勘探的整體效益均具有十分重要的意義。而長期以來關(guān)于油氣上竄速度的一般采用遲到時間法和累計泵沖數(shù)法，由于現(xiàn)在隨著深井和超深井的出現(xiàn)，井身結(jié)構(gòu)越來越復雜，計算出來的結(jié)果與實際的結(jié)果偏差較大，為此，筆者基于泥漿體積排代法得到了一種計算油氣上竄速度的新方法。

二、油氣上竄速度的影響因素

首先，由于井眼結(jié)構(gòu)及鉆具結(jié)構(gòu)的上部和下部都會不同，因此不同位置上返速度就會不同。其次，鉆井液排量也不會固定不變，在剛開泵循環(huán)時，由于鉆井液靜止時間長，鉆井液稠，需要先用小排量循環(huán)，循環(huán)一段時間后再提高泵速使排量增大，而且還會經(jīng)常倒換泵，這樣就無法準確計算出隨時間變化的排量，也就影響了深度的準確歸位，至使深度歸位誤差增大。此外，還有其他一些因素也對循環(huán)鉆井液深度歸位造成影響，如泵的上水效率，起鉆灌漿、下鉆鉆井液返出和井徑擴大率的影響等。

為了消除上述影響，準確計算出環(huán)空體積和累計排出的鉆井液體積，為此采用鉆井液排代法，計算出累計排出的鉆井液體積，即可比較精確的計算油氣上竄速度。

三、排代法計算油氣上竄速度的原理

泥漿體積排代法的計算原理是在有效時間內(nèi)，泵的實際泥漿排代體積與井內(nèi)的實際環(huán)空排代體積一致，每次下鉆開泵循環(huán)過程中，從開泵到出現(xiàn)最大值的時間時，用泥漿泵泵入井內(nèi)的泥漿體積與測量時油氣層已上竄所至的井深到井口的環(huán)空體積相等。=

在單位時間內(nèi)用泥漿泵泵入井內(nèi)鉆井液的體積：式中，A為單位時間內(nèi)泥漿泵的總泵沖數(shù)；為泥漿泵每沖的排代體積，/沖。將整個井身結(jié)構(gòu)和鉆具組合可近似看作一個圓柱體，由圓柱體體積計算公式可以得到：式中，為柱狀長度，；為柱體的橫街面積，。

實際錄井過程中，由于受到井身結(jié)構(gòu)和鉆具外徑等影響，各種鉆具與井身間的環(huán)空體積均不一樣，計算時應分別計算出各段的環(huán)空體積，即：式中，為各外徑鉆具的有效長度，；為各外徑鉆具的橫截面積，；，為裸眼直徑或套管內(nèi)徑，；為各種鉆具的外徑，。開泵時油氣層已上竄至井深到井口的環(huán)空體積：式中，為從井口到油氣上竄井深的各種鉆具代號。上式中各鉆具的有效長度是已知的，所求的是油氣上竄后高度所對應的鉆具結(jié)構(gòu)的有效長度。如表1所示為現(xiàn)場常見的一些環(huán)空面積數(shù)據(jù)。

表1 幾種常見套管和井眼與鉆具間的環(huán)空面積

套管內(nèi)徑（mm）鉆具外徑（mm）井眼與鉆具間環(huán)空面積（m2）井眼池尺寸（mm）鉆具外徑（mm）套管與鉆具間環(huán)空面積（m2）

320.4203.30.0481311.2203.30.0436

177.80.0558 177.80.0512

152.40.0623 152.40.0578

127.00.0679 127.00.0633

88.90.0744 88.90.0698

224.4203.30.0070215.9203.30.0041

177.80.0147 177.80.0118

152.40.0213 152.40.0183

127.00.0269 127.00.0239

88.90.0333 88.90.0303

由上式可以得出：

式中，為從井口開始第種鉆具與井身之間的環(huán)空體積。在實際生產(chǎn)中，每次下鉆的鉆具組合、各種鉆具的長度、鉆具的外徑以及井深的結(jié)構(gòu)都已知，這樣可以求出的值。計算重點是求出最下面的一種鉆具的有效長度（即），可采用數(shù)學比較法求解，我們可以采用數(shù)學比較方法從井口第一種外徑鉆具所對應的外環(huán)空體積開始逐級比較。

圖1 鉆具與井身結(jié)構(gòu)示意圖

如果，則說明第一種鉆具到井口環(huán)空體積小于油氣上竄高度到井口的環(huán)空體積，則進行下一級比較直到，和時此時說明油氣上竄高度在和中鉆具之間，我們可以通過鉆具組合得到前鉆具對應的長度，可以求出第中鉆具的有效長度，可以得到：

由此可以計算出油氣的上竄高度。因此可以得出式中，為隨鉆工程中油氣層出現(xiàn)顯示深度，；為開泵測量時油氣層已上竄所至的深度；為鉆井液靜止時間，。

四、結(jié)束語

1.等體積排量法計算油氣上竄速度，用了單位時間內(nèi)泵的總排代體積相對量，涉及了循環(huán)排量，在現(xiàn)場錄井過程之中，考慮具體的井眼與井深結(jié)構(gòu)，公式中僅需要測量出現(xiàn)最大值時泵向井內(nèi)的實際體積，其它都為已知量，計算結(jié)果準確，適用于現(xiàn)場錄井對于油氣上竄速度的計算。

2.利用綜合錄井資料，準確計算上竄速度，并通過對上竄速度的跟蹤分析，結(jié)合儲層壓力情況，合理調(diào)整鉆井液密度來保護油氣層，對儲層物性、產(chǎn)能和地層壓力作出準確判斷對油氣勘探起到重要的指導意義。

3.公式推導建立在油氣在靜止一段時間后油氣已經(jīng)上竄所達到的高度，未考慮油氣的滑脫上升、氣體膨脹等因素，這有待今后進一步研究。

參考文獻：

[1]孫士平，孫寶發(fā)；基于泥漿體積排代法計算油氣上竄速度研究；長江大學學報；2010.7（3）：499～501。

[2]呂鵬福；對后效深度歸位的改進；錄井工程；2008.19（1）：70～71。