現(xiàn)場后效氣上竄速度新算法

沈海東，白玉洪

（中石化海洋石油工程有限公司上海特殊作業(yè)分公司，上海 200137）

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現(xiàn)場后效氣上竄速度新算法

沈海東，白玉洪

（中石化海洋石油工程有限公司上海特殊作業(yè)分公司，上海 200137）

摘 要：現(xiàn)場錄井過程中，準(zhǔn)確計(jì)算油氣上竄速度為指導(dǎo)鉆井安全、檢驗(yàn)地層壓力提供了重要依據(jù)。新計(jì)算方法考慮了下鉆過程中鉆具的排替作用對油氣上竄高度的影響和其它影響因素，在一定程度上提高了油氣上竄速度的精度。

關(guān)鍵詞：氣測后效；誤差因素；上竄速度

油氣上竄是指鉆開油氣層后，由于油氣層壓力大于鉆井液液柱壓力，油氣在壓差作用下進(jìn)入鉆井液并沿井筒向上流動的現(xiàn)象。油氣上竄速度是指單位時間內(nèi)油氣上竄的距離。

在油氣勘探過程中，鉆開油氣層后，每次下鉆后都要測量后效計(jì)算油氣上竄速度。油氣上竄速度是定性反映油氣活躍的一個重要數(shù)據(jù)。同時也是鉆井施工現(xiàn)場一項(xiàng)重要的工作，它的準(zhǔn)確與否直接影響施工現(xiàn)場的井控安全，如果油氣上竄速度計(jì)算不準(zhǔn)確，很容易導(dǎo)致井涌、井噴等井控事故。同時油氣上竄速度對鉆井過程中鉆井液密度的調(diào)整也具有非常重要的指導(dǎo)意義。一旦循環(huán)過程中出現(xiàn)溢流、井涌等情況，就立即盲目提高鉆井液密度，很容易對油氣層造成損害［1］。要保護(hù)油氣層，必須使油氣上竄速度保持一定的數(shù)值。所以，在錄井過程中，要密切注意對上竄速度的跟蹤分析，指導(dǎo)鉆井液密度的合理調(diào)整［2］，保護(hù)油氣層。

1 油氣上竄速度的基本計(jì)算方法及存在的誤差因素分析

1.1 基本計(jì)算方法：

遲到時間法計(jì)算式：

容積法計(jì)算式：

式中：V為油氣上竄速度，m/h；H為油、氣層深度，m；h為循環(huán)鉆井液鉆頭所在井深，m；t為鉆頭所在井深的遲到時間，min；t1為見到油氣顯示的時間，min；t2為下鉆至井深h的開泵時間，min；t0為井內(nèi)鉆井液靜止時間，h；Q為鉆井液泵量，L/min；Vc為井眼環(huán)形空間每米理論容積，L。

1.2 誤差因素分析

油氣上竄速度為油氣上竄高度與井內(nèi)鉆井液靜止時間的比值。影響油氣上竄速度計(jì)算結(jié)果的主要參數(shù)包括遲到時間、見油氣顯示時間和油氣層頂界深度，這3個參數(shù)在現(xiàn)場比較難以確定，是無法精確計(jì)算油氣上竄速度的重要因素。短起下過程中，鉆具下至油氣層氣侵界面以下，油氣界面會在鉆具排替作用下上升，忽略井徑不規(guī)則對環(huán)空體積造成的影響，其上升的高度由井眼直徑、鉆具的外徑以及侵入的長度決定。

除上述因素以外，在開泵循環(huán)后至見到油氣顯示的這一段時間內(nèi)，油氣相對于鉆井液仍然是一直向上運(yùn)動的。因此，在井比較深的情況下，這一影響因素對計(jì)算上竄速度影響較大。

2 計(jì)算方法

新計(jì)算方法可以排除短起下鉆對氣侵段頂替［3］的影響因素。同時，在井較深的情況下也需考慮在開泵循環(huán)至見油氣顯示之間時間內(nèi)油氣仍然上竄的影響，即油氣上竄的時間應(yīng)為鉆井液靜止時間與開泵至見油氣顯示時間（t1- t2）之和［4］。在運(yùn)用此計(jì)算方法之前，需要考慮井身結(jié)構(gòu)［5］運(yùn)用容積法計(jì)算確定氣侵界面在套管內(nèi)和裸眼內(nèi)這個前提。新算法能較好地解決油氣上竄速度計(jì)算結(jié)果偏大的問題。

2.1 在裸眼內(nèi)容積法反算氣侵界面

首先通過容積法計(jì)算反推開泵循環(huán)時氣侵界面依然在裸眼內(nèi)以及計(jì)算氣侵界面到井底的高度。

圖1中，h1為氣侵界面到井底的高度（把開泵循環(huán)到見油氣顯示之間時間內(nèi)油氣仍然上竄換算進(jìn)開泵循環(huán)時氣侵高度里），則

式中：H1- H3為裸眼的長度；Q （t1- t2）為開泵到見油氣顯示所循環(huán)的體積；H3Vt為套管與鉆桿的環(huán)空體積；開泵到見油氣顯示所循環(huán)的體積減去套管與鉆桿的環(huán)空體積除以Vl等于套管底與氣侵界面之間的長度；裸眼的長度再減去該長度則為氣侵界面到井底的高度。

圖1 氣侵界面在裸眼內(nèi)

h2為油氣上竄的高度，則

氣侵界面高度再扣除油氣層到井底的長度則為油氣上竄高度。

扣除下鉆排替氣侵段和考慮循環(huán)時上竄高度所建立的公式：

假設(shè)開泵到見油氣顯示之間的上竄速度與計(jì)算的平均上竄速度一致，則［h1-V（t1-t2）］Vz/（Vl+Vz）的計(jì)算結(jié)果為下鉆排替氣侵段而升高的高度；h2-［h1- V（t1-t2）］Vz/（Vl+Vz）的計(jì)算結(jié)果為扣除下鉆排替氣侵段的上竄高度；上述計(jì)算結(jié)果再除以t0+（t1-t2就是平均上竄速度。

通過上述公式得出最終計(jì)算公式：

2.2 在套管內(nèi)容積法反算氣侵界面

圖2中，h1為氣侵界面到井底的高度（把開泵循環(huán)到見油氣顯示之間時間內(nèi)油氣仍然上竄換算進(jìn)開泵循環(huán)時氣侵高度里），則

式中：Q（t1-t2）為開泵到見油氣顯示所循環(huán)的體積；該體積除以Vt等于井口到氣侵界面的長度；H1再減去該長度則為氣侵界面到井底的高度。

h2為油氣上竄的高度，則

氣侵界面高度再扣除油氣層到井底的長度則為油氣上竄高度。

圖2 氣侵界面在套管內(nèi)

扣除下鉆排替氣侵段和考慮循環(huán)時上竄高度所建立的公式：

假設(shè)開泵到見油氣顯示之間的上竄速度與計(jì)算的平均上竄速度一致，則h1-V（t1-t2）-（H1-H3）的計(jì)算結(jié)果為扣除開泵見油氣顯示之間的上竄高度之后氣侵界面到套管鞋的高度；h1-V（t1-t2）-（H1- H3）］Vt+（H1- H3）Vl的計(jì)算結(jié)果為下鉆排替氣侵段的體積；該計(jì)算結(jié)果再除以Vt+ Vz為下鉆排替氣侵段的高度；后續(xù)的計(jì)算方式同上。

通過上述公式得出以下計(jì)算公式，假設(shè)的前提是下至井底循環(huán)時氣侵界面在套管內(nèi)。

式中：V為油氣上竄速度，m/h；H1為井底深度，m；H2為油、氣層深度，m；H3為套管鞋深度，m；Vt為套管與鉆桿環(huán)形空間每米理論容積，L；Vl為裸眼與鉆桿環(huán)形空間每米理論容積，L；Vz為鉆桿閉端空間每米理論容積，L；t1為見到油氣顯示的時間（扣除管線時間），min；t2為下鉆至井底的開泵時間，min；t0為井內(nèi)鉆井液靜止時間，h；Q為鉆井液泵量（考慮泵效），L/min。

3 應(yīng)用實(shí)例

從2009年開始東海進(jìn)入勘探開發(fā)高峰期，經(jīng)過多口井的現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用，效果明顯，特別是對于深井，其遲到時間往往能達(dá)到40 min，分別用修改前后公式計(jì)算油氣上竄速度，對比其結(jié)果差別明顯。東海凹陷斜坡帶，進(jìn)入始新統(tǒng)地層壓力系數(shù)高，如某8-3/8"井眼井深4 540 m，油氣顯示層深度4 506 m，上層9-5/8"套管深度3 958.69 m，短起下鉆至井底循環(huán)，鉆井液靜止時間3.3 h，現(xiàn)場開泵至見油氣顯示時間42 min，氣測錄井實(shí)測后效全烴最大值為68%，以傳統(tǒng)泵沖容積方法計(jì)算出的上竄速度132 m/h，而新算法得出上竄速度86.7 m/h，誤差率52.2%。通過實(shí)例表明新算法可以提高上竄速度的準(zhǔn)確率，傳統(tǒng)遲到時間法因?yàn)槭艿奖门帕孔兓蜏y量遲到時間精度的影響，計(jì)算結(jié)果誤差較大；容積法排除了泵排量變化的影響，但是未考慮鉆具的排替作用的影響，計(jì)算精度還存在一定的不足。

4 結(jié)論與建議

（1）新算法可以排除短起下鉆對氣侵段頂替的影響因素，同時考慮常忽視的開泵循環(huán)至見油氣顯示時間段內(nèi)油氣上竄誤差，運(yùn)用油氣上竄時間代替鉆井液靜止時間。

（2）公式推導(dǎo)建立在油氣靜止一段時間后油氣已經(jīng)上竄所達(dá)到的高度，未考慮油氣的滑脫上升、氣體膨脹等因素。

（3）合理地運(yùn)用油氣相關(guān)資料，詳細(xì)分析各類影響因素，發(fā)揮綜合錄井優(yōu)勢，提前預(yù)報(bào)工程異常，指導(dǎo)安全鉆井。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號：P631.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.02.066

文章編號：1008-2336（2016）02-0066-03

收稿日期：2016-01-12；改回日期：2016-02-29

第一作者簡介：沈海東，男，1985年生，本科，工程師，主要從事地質(zhì)錄井工作。E-mail:972818988@qq.com。

New Method for Calculating the Upward Flow Velocity of Tripping Gas on Site

SHEN Haidong， BAI Yuhong
（Special Operation Company， Shanghai Offshore Petroleum Engineering Company of SINOPEC， Shanghai 200137， China）

Abstract：In the process of logging， the accuracy of gas upward fow velocity calculated is very important because it serves as the important basis for safely drilling and formation pressure surveying. The new calculation method in this paper takes into consideration of the infuence of displacement of drilling tool on the gas channeling height during running in the hole as well as other infuence factors. To a certain extent， this method can improve the accuracy of calculation.

Keywords：Tripping gas； error factor； upward fow velocity of gas