油氣上竄速度計(jì)算方法改進(jìn)及應(yīng)用

狄多林

中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司生產(chǎn)運(yùn)行處 （甘肅 酒泉 735019）

近平衡或欠平衡鉆井過(guò)程中，如果井底壓力控制不當(dāng)，將會(huì)引起井漏或井噴等事故發(fā)生，失去保護(hù)油氣層的意義，嚴(yán)重影響整體勘探開(kāi)發(fā)效果。掌握地層壓力情況至關(guān)重要，而油氣上竄速度直觀反映了井筒壓力平衡程度和地層流體運(yùn)移狀態(tài)。通過(guò)對(duì)油氣上竄速度進(jìn)行跟蹤分析，合理調(diào)整鉆井液密度，可以更好地指導(dǎo)近平衡或欠平衡鉆井，實(shí)現(xiàn)保護(hù)儲(chǔ)層和井控安全[1-2]。

1 檢測(cè)油氣上竄速度

1.1 油氣上竄速度

油氣上竄是指鉆開(kāi)油氣層后，在油氣層壓力與鉆井液液柱壓力的壓差作用下，油氣進(jìn)入鉆井液并沿井筒向上移動(dòng)的現(xiàn)象。單位時(shí)間內(nèi)油氣上竄的距離稱(chēng)為油氣上竄速度。

1.2 檢測(cè)油氣上竄速度的作用

油氣上竄速度是反映油氣活躍程度的一個(gè)非常重要的參數(shù)。

1）檢測(cè)油氣上竄速度對(duì)后續(xù)作業(yè)的井控安全具有指導(dǎo)作用。通過(guò)檢測(cè)油氣上竄速度，判斷在消除循環(huán)壓耗且增加抽吸壓力情況下，檢查地層流體侵入井筒的程度，由此可為下一步的起下鉆、裸眼電測(cè)、下套管、中途測(cè)試等作業(yè)的井控安全工作提供依據(jù)。

2）檢測(cè)油氣上竄速度對(duì)鉆井液密度的調(diào)整具有指導(dǎo)作用。油層鉆進(jìn)過(guò)程中全烴過(guò)高或有油氣顯示，若盲目提高鉆井液密度，可能導(dǎo)致井漏，對(duì)油氣層也會(huì)造成損害。而通過(guò)對(duì)油氣上竄速度檢測(cè)分析，可以科學(xué)合理地調(diào)整鉆井液密度。

2 油氣上竄速度的主要影響因素

鉆井現(xiàn)場(chǎng)通常采用短程起下鉆檢測(cè)油氣上竄，使用遲到時(shí)間法來(lái)計(jì)算油氣上竄速度，計(jì)算公式為：

其中：V為油氣上竄速度，m/h；H為油氣頂部高度，m；T為鉆頭所在井深的遲到時(shí)間，min；T1為初峰時(shí)間，即從開(kāi)泵到油氣顯示的時(shí)間，min；T0為井內(nèi)鉆井液靜止時(shí)間，指從停泵起鉆到本次開(kāi)泵的靜止時(shí)間，h；h為循環(huán)鉆井液時(shí)鉆頭所在井深，m。

因此，用遲到時(shí)間法計(jì)算油氣上竄速度，主要影響因素是初峰時(shí)間、遲到時(shí)間、油氣頂部高度以及油氣上竄時(shí)間。

2.1 初峰時(shí)間

初峰時(shí)間是指從開(kāi)泵到見(jiàn)到油氣顯示的時(shí)間。人為因素影響初峰時(shí)間選取是否準(zhǔn)確。

1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量鉆井液密度不連續(xù)，時(shí)間間隔可能導(dǎo)致錯(cuò)過(guò)初峰，錄取到的初峰時(shí)間可能有誤。

2）初峰值選取不準(zhǔn)，對(duì)油氣上竄速度的檢測(cè)結(jié)果影響較大，見(jiàn)表1。

表1 XX井選取不同初峰值計(jì)算的油氣上竄速度對(duì)比表

2.2 遲到時(shí)間

遲到時(shí)間是指井底鉆屑返出到地面的時(shí)間。遲到時(shí)間的影響因素主要為環(huán)空容積不確定和在倒換凡爾提升排量過(guò)程中時(shí)間記錄不準(zhǔn)確。

2.2.1 環(huán)空容積

鉆井過(guò)程中，鉆遇破碎帶、易塌地層或起鉆困難時(shí)進(jìn)行倒劃眼作業(yè)，容易形成“大肚子”井眼。鉆遇泥巖地層，由于鉆井液的長(zhǎng)期浸泡，泥巖水化膨脹，會(huì)形成縮徑井眼。

不規(guī)則井徑，造成環(huán)空容積不確定，而環(huán)空容積的取值，對(duì)油氣上竄速度計(jì)算結(jié)果影響較為明顯。XX井鉆至井深5 062 m，按照不同的井徑擴(kuò)大率，計(jì)算出的油氣上竄速度差別較大，見(jiàn)表2。

表2 選取不同環(huán)空容積計(jì)算的油氣上竄速度對(duì)比表

2.2.2 數(shù)據(jù)記錄不準(zhǔn)確

開(kāi)泵循環(huán)時(shí)為防止憋壓，一般先開(kāi)單凡爾循環(huán)，然后倒換雙凡爾、三凡爾。在倒換凡爾過(guò)程中，等停時(shí)間和每個(gè)排量的運(yùn)行時(shí)間記錄不準(zhǔn)確，計(jì)算出的遲到時(shí)間誤差較大。

2.2.3 油氣頂部高度（油頂）

下鉆過(guò)程中，鉆具下到油氣界面以下，油氣界面會(huì)在鉆具排替作用下上升，忽略井徑不規(guī)則對(duì)環(huán)空體積造成的影響，其上升的高度由井眼直徑、鉆具的外徑以及鉆具下入的長(zhǎng)度決定[3]。

油氣頂部上升高度對(duì)油氣上竄速度影響較大。XX井原始油氣頂部高度為4 205 m，油層頂部界面上升不同高度，計(jì)算出的油氣上竄速度差別很大，見(jiàn)表3。

表3 油氣頂部上升高度對(duì)油氣上竄速度的影響

2.2 .4油氣上竄時(shí)間

通常遲到時(shí)間法認(rèn)為油氣只是在停泵之后和開(kāi)泵之前的鉆井液靜止時(shí)間內(nèi)向上運(yùn)移，而實(shí)際上開(kāi)泵循環(huán)后至見(jiàn)到油氣顯示的這一段時(shí)間內(nèi)，油氣的密度小于鉆井液的密度，油氣所受的浮力大于自身重力，油氣相對(duì)鉆井液也在不停地向上運(yùn)移。

油氣上竄高度與油氣上竄時(shí)間的比值為油氣上竄速度。油氣上竄時(shí)間實(shí)際上是由鉆井液靜止時(shí)間和開(kāi)泵到見(jiàn)到油氣顯示的時(shí)間這兩部分組成。因此，油氣上竄若只發(fā)生在靜止時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算得到的油氣上竄速度結(jié)果偏大[4]。

3 計(jì)算公式參數(shù)優(yōu)選及修正

針對(duì)油氣上竄速度的影響因素（初峰時(shí)間、遲到時(shí)間、油層頂部深度、油氣上竄時(shí)間），分別對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選及修正。

3.1 選取初峰值

1）依據(jù)全烴曲線(xiàn)選取初峰值。對(duì)于揭開(kāi)多個(gè)油氣層的井，若后效全烴曲線(xiàn)表現(xiàn)為1個(gè)峰，則初峰值在全烴上升時(shí)讀取，如圖1。后效全烴曲線(xiàn)表現(xiàn)為多個(gè)峰，則讀取初峰值時(shí)還需要結(jié)合正常鉆進(jìn)循環(huán)時(shí)的全烴基值，略高于全烴基值則為初峰值，如圖2。

圖2 多個(gè)峰的后效全烴曲線(xiàn)

2）初峰值的選取還要和出口密度相結(jié)合。讀取初峰值時(shí)還需要結(jié)合正常鉆進(jìn)循環(huán)時(shí)的出口鉆井液密度，略低于正常鉆進(jìn)時(shí)出口鉆井液密度則為初峰值。

3.2 遲到時(shí)間的實(shí)際測(cè)量

若要保證遲到時(shí)間的準(zhǔn)確性，可采用投球法計(jì)算遲到時(shí)間。從投入塑料小球開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到小球返出高架槽計(jì)時(shí)結(jié)束。這段時(shí)間為一個(gè)循環(huán)周，因鉆具內(nèi)容積固定，可以計(jì)算出鉆具內(nèi)小球下行時(shí)間，用一個(gè)循環(huán)周減去下行時(shí)間，則得出準(zhǔn)確遲到時(shí)間。

3.3 對(duì)油氣上竄速度計(jì)算公式參數(shù)的修正

3.3.1 油氣頂部高度的修正

進(jìn)入原始油氣界面以下的鉆具體積等于原始油氣界面到新油氣界面之間的環(huán)空體積[4]。如圖3所示，設(shè)原始油氣界面到新油氣界面之間的高度為Δh,鉆具下入油層的深度為 h1，m；井筒底部裸眼環(huán)空的橫截面積為S，mm2；底部鉆具的橫截面積為S鉆，mm2。 則 S鉆×h1=S×Δh，可以求出原始油氣界面上升的高度Δh=S鉆×h1/S，則修正后的油氣頂部高度為：H修訂=H-Δh。

圖3 鉆具排替量對(duì)油頂?shù)挠绊懯疽鈭D

3.3.2 油氣上竄時(shí)間的修正

把油氣上竄時(shí)間由鉆井液的靜止時(shí)間修正為鉆井液的靜止時(shí)間和開(kāi)泵后見(jiàn)到油氣顯示時(shí)間之和。

對(duì)油氣上竄時(shí)間進(jìn)行修正后，得到油氣上竄速度的計(jì)算公式為：

結(jié)合對(duì)油氣頂部高度的修正，得到最終的油氣上竄速度計(jì)算公式為：

3.3.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1）應(yīng)用情況。XX井當(dāng)前井深5 128 m，原始油氣頂部高度（H）為5 001 m，下鉆至5 062 m開(kāi)始測(cè)后效，原始油氣界面上升的高度（Δh）為85 m，靜止時(shí)間（T0）為 5.4 h，鉆頭所在井深遲到時(shí)間（T）為142.31 min，從開(kāi)泵到見(jiàn)到顯示的時(shí)間（T1）為113.21 min。

修正后的油氣頂部高度為：

H-Δh=5 001-85=4 916（m）；

修正后的油氣上竄時(shí)間為：

T0+T1=5.4+113.21/60=7.29（h）；

修正前計(jì)算油氣上竄速度為：

V=（5 001-113.21×5 062÷142.31）÷5.4=180.38（m/h）；

修正后計(jì)算油氣上竄速度為：

V=（4 916-113.21×5 062÷142.31）÷7.29=121.96（m/h）。

由修正前的計(jì)算公式得到的油氣上竄速度180.38 m/h不滿(mǎn)足起鉆要求，若盲目提高鉆井液密度，則有可能造成井漏，損害儲(chǔ)層。

采用修正后的計(jì)算公式得出油氣上竄速度為121.96 m/h，滿(mǎn)足起鉆井控安全要求，可以起鉆。

2）結(jié)果驗(yàn)證。按修正前的計(jì)算公式得到的油氣上竄速度，則表示該井在一趟起下鉆和裸眼電測(cè)作業(yè)時(shí)間33 h內(nèi)油氣會(huì)上升至井口（180.38×33=5 952 m＞5 128 m），但整個(gè)施工過(guò)程未發(fā)現(xiàn)異常，說(shuō)明修正前的計(jì)算公式計(jì)算出的結(jié)果偏大。

電測(cè)后下鉆到底循環(huán)，根據(jù)返出密度低點(diǎn)的時(shí)間，推算出實(shí)際油氣上竄速度為96.35 m/h，說(shuō)明修正后的結(jié)果更貼近實(shí)際。

4 結(jié)論

1）修正后的計(jì)算公式更能準(zhǔn)確反映油氣侵入程度。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析，修正后的計(jì)算公式計(jì)算出的油氣上竄速度更加準(zhǔn)確。

2）修正后的計(jì)算公式為調(diào)整鉆井液密度、保護(hù)油氣層提供更可靠依據(jù)。修正后的計(jì)算公式檢測(cè)的油氣上竄速度更加符合實(shí)際，能較好地調(diào)整鉆井液密度，為后續(xù)井控工作提供準(zhǔn)確依據(jù)。它既保護(hù)了油氣層，又可以滿(mǎn)足井控安全要求。