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    油氣上竄速度計算方法的改進

    2015-04-29 00:00:00謝岳云
    基層建設(shè) 2015年29期

    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。

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