井漏失返條件下漏失函數(shù)確定方法

李坤燃

（西南石油大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，四川 成都 610500）

井漏失返條件下漏失函數(shù)確定方法

李坤燃

（西南石油大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，四川 成都 610500）

“吊灌”技術(shù)是在鉆井作業(yè)中發(fā)生井漏失返以后，通過向井內(nèi)灌注鉆井液來提升液柱高度，維持井內(nèi)壓力動(dòng)態(tài)平衡，獲得安全作業(yè)時(shí)間的重要措施。常規(guī)吊灌技術(shù)是一種經(jīng)驗(yàn)性做法，工程現(xiàn)場稱為“盲吊”。而優(yōu)化的“吊灌”技術(shù)需要首先確定漏失函數(shù)。漏失函數(shù)是表征漏失速率的數(shù)學(xué)模型。井底壓差、儲(chǔ)層特性及鉆井液黏度、切力等是決定漏失速率的關(guān)鍵因素，目前的研究成果還未建立起比較完善的理論數(shù)學(xué)模型。根據(jù)井漏失返實(shí)際工況，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析原理，提出了一種依據(jù)環(huán)空液面深度與時(shí)間關(guān)系的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定漏失函數(shù)的數(shù)據(jù)擬合方法，并進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算，計(jì)算結(jié)果高度吻合，表明該方法能很好地利用液面監(jiān)測數(shù)據(jù)確定最佳的漏失函數(shù)，為工程現(xiàn)場實(shí)施“吊灌”技術(shù)提供科學(xué)的參考依據(jù)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

吊灌技術(shù)；液面監(jiān)測；數(shù)學(xué)模型；漏失速率

1 井下液面監(jiān)測技術(shù)

目前，國內(nèi)外用于監(jiān)測液面的儀器很多，其中，以聲吶技術(shù)為基礎(chǔ)、采用特殊處理方法的井下液面監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。井下液面監(jiān)測技術(shù)能實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)空液面的變化，監(jiān)測數(shù)據(jù)可以作為漏失函數(shù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法實(shí)測數(shù)據(jù)源。

井下液面監(jiān)測技術(shù)主要是采用井下聲吶測深儀進(jìn)行遠(yuǎn)傳非接觸監(jiān)測。將井下聲吶測深儀連接到套管頭，與套管環(huán)空相通，利用氮?dú)馄坷锏牡獨(dú)庾鳛閯?dòng)力，計(jì)算機(jī)每隔1～2 min定時(shí)控制儀器發(fā)出聲吶脈沖波，脈沖波通過環(huán)空傳至井下液面，遇鉆桿接箍或液體后返回，計(jì)算機(jī)接收從鉆桿上返回脈沖。通過對各種井下噪聲信號進(jìn)行過濾，計(jì)算接頭數(shù)就得到了液面深度，并在計(jì)算機(jī)上記錄深度變化曲線，所得數(shù)據(jù)是在線的、實(shí)時(shí)的。

2 漏失函數(shù)工程實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法

現(xiàn)場通過井下聲吶測深儀得到的液面監(jiān)測數(shù)據(jù)，可反映不同時(shí)間對應(yīng)的液面深度。利用液面監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過如下流程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，就能確定漏失函數(shù)。

2.1 獲取液面監(jiān)測數(shù)據(jù)

通過井下聲吶測深儀實(shí)時(shí)監(jiān)測井筒環(huán)空液面深度，包括壓力平衡點(diǎn)的井筒環(huán)空液面深度，獲得吊灌后井筒環(huán)空液面深度與時(shí)間的對應(yīng)數(shù)據(jù)組，并以時(shí)間為橫坐標(biāo)，液面深度為縱坐標(biāo)，制作液面監(jiān)測曲線。

2.2 計(jì)算漏失壓力

液面監(jiān)測數(shù)據(jù)中，測點(diǎn)與壓力平衡點(diǎn)液面深度差為ΔH，則對應(yīng)的液柱壓力即為漏失壓力：

式（1）中：ΔP為漏失壓力；ρ為鉆井液密度。

2.3 計(jì)算漏失速率

液面監(jiān)測數(shù)據(jù)中，相鄰兩測點(diǎn)時(shí)間差為漏失時(shí)間T，則對應(yīng)的單位時(shí)間環(huán)空中鉆井液的漏失量即為漏失速率：

式（2）中：Q為漏失速率；V為漏失體積；T為漏失時(shí)間。

2.4 制作漏失速率與漏失壓力關(guān)系曲線

以漏失壓力為橫坐標(biāo)，漏失速率為縱坐標(biāo)，利用漏失速率與漏失壓力對應(yīng)數(shù)據(jù)組，制作漏失速率與漏失壓力關(guān)系曲線，用于觀察變化趨勢。

2.5 確定漏失函數(shù)

根據(jù)漏失速率與漏失壓力關(guān)系曲線變化確定漏失函數(shù)形式，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析中的數(shù)據(jù)擬合方法得到漏失函數(shù)。

3 實(shí)例計(jì)算

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)

某奧陶系碳酸鹽巖井在井深4 500 m鉆遇井漏失返，該井215.9 mm井眼，127 mm鉆桿。經(jīng)井下聲吶測深儀監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，漏失后井筒環(huán)空液面平衡點(diǎn)在井深300 m處。通過吊灌，提高環(huán)空液面高度，讓環(huán)空處于漏失狀態(tài)；再用聲吶測深儀實(shí)時(shí)監(jiān)測井筒環(huán)空液面深度，獲得井筒環(huán)空液面深度與時(shí)間的對應(yīng)數(shù)據(jù)組，再換算成漏失壓力及漏失速率的對應(yīng)關(guān)系。該井漏失壓力與漏失速率的對應(yīng)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 某井漏失壓力及漏失速率數(shù)據(jù)

3.2 漏失函數(shù)擬合

根據(jù)去除重復(fù)點(diǎn)后的數(shù)據(jù)分布情況，分別利用線性函數(shù)、二次函數(shù)、冪函數(shù)和對數(shù)函數(shù)進(jìn)行擬合，其中，二次函數(shù)擬合如圖1所示。線性函數(shù)、二次函數(shù)、冪函數(shù)和對數(shù)函數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

3.3 結(jié)果分析

如表2所示，R2是復(fù)相關(guān)系數(shù)，表示所得到的結(jié)果的可靠程度，其值越接近1，則擬合度越好。擬合出的線性函數(shù)R2＝0.875 1，二次函數(shù)R2＝0.943 1，冪函數(shù)R2＝0.902 4，指數(shù)函數(shù)R2＝0.746 6，對比可知，利用二次函數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合效果最佳。

數(shù)據(jù)擬合得到的漏失函數(shù)表達(dá)式為：

式（3）中：Q為漏失速率，m3/h；ΔP為漏失壓力，MPa。該函數(shù)對漏失壓力的預(yù)測比較準(zhǔn)確，并且可以得知該地區(qū)折帶奧陶系顆?；?guī)r段不發(fā)生漏失（即Q＝0）時(shí)的最大壓差約為2.5 MPa。

圖1 擬合函數(shù)

表2 擬合函數(shù)統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

經(jīng)過論述，得出以下3點(diǎn)結(jié)論：①在井漏失返情況下，通過井下聲吶測深儀實(shí)時(shí)監(jiān)測液面的變化情況，可以獲得井筒環(huán)空液面深度與時(shí)間關(guān)系的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為進(jìn)行漏失函數(shù)的數(shù)據(jù)擬合提供了可靠的裝備支撐；②本文采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析原理，提出了一種確定漏失函數(shù)的數(shù)據(jù)擬合方法，并進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算，計(jì)算結(jié)果高度吻合，表明該方法能很好地利用液面監(jiān)測數(shù)據(jù)確定最佳的漏失函數(shù)；③目前漏失函數(shù)的確定依賴于監(jiān)測數(shù)據(jù)，為了得到更完善的方法，應(yīng)當(dāng)開展裂縫-孔洞、裂縫-溶洞及孔-縫-洞三重介質(zhì)儲(chǔ)層鉆井液漏失物理及數(shù)學(xué)建模研究，揭示儲(chǔ)層漏失特征。

［1］李流軍，劉繪新，李峰，等.敏感性井漏失返條件下安全起下鉆、電測保障技術(shù)研究［J］.西部探礦工程，2009，21（6）：66-68.

［2］金衍，陳勉，劉曉明，等.塔中奧陶系碳酸鹽巖地層漏失壓力統(tǒng)計(jì)分析［J］.石油鉆采工藝，2007，29（5）：82-84.

TE28

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.117

2095－6835（2017）20－0117－02

〔編輯：劉曉芳〕