油氣上竄速度計(jì)算方法的改進(jìn)

郭輝 李飛

摘 要： 現(xiàn)場(chǎng)錄井中，準(zhǔn)確計(jì)算油氣上竄速度對(duì)安全鉆井、油氣層的保護(hù)和后期的測(cè)試、油氣產(chǎn)能評(píng)價(jià)意義重大。根據(jù)油氣上竄速度可以對(duì)儲(chǔ)層的特性和產(chǎn)能進(jìn)行定性評(píng)價(jià)、合理調(diào)整鉆井液密度，既能確保油層不被壓死，又能使鉆井工程安全的施工。為此，提出了一種計(jì)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?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)表明，該方法是可行的。

關(guān)鍵詞： 后效錄井；油氣上竄速度；新計(jì)算方法

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TE242 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2236-1879（2018）11-0274-02

0 引言

后效錄井（ 亦稱(chēng)循環(huán)鉆井液氣測(cè)錄井） 是指工程停鉆或起下鉆作業(yè)過(guò)程中鉆井液靜止一段時(shí)間后，下鉆到需要的深度進(jìn)行鉆井液循環(huán)時(shí)，測(cè)定通過(guò)擴(kuò)散和滲透作用進(jìn)入井筒鉆井液中烴類(lèi)氣體的含量。取全取準(zhǔn)后效顯示資料，準(zhǔn)確計(jì)算油氣上竄速度， 對(duì)于評(píng)價(jià)油氣水層，保證安全施工，保護(hù)油氣層，提高勘探的整體效益均具有十分重要的意義。

長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于油氣上竄速度的計(jì)算方法很多（如遲到時(shí)間法[1]和累計(jì)泵沖數(shù)法[2]）， 各種計(jì)算方法各有特點(diǎn)，現(xiàn)在隨著深井和超深井的出現(xiàn)，井身的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，原來(lái)的計(jì)算方法沒(méi)有考慮到這些因素的影響，計(jì)算出來(lái)的結(jié)果與實(shí)際的結(jié)果偏差較大，在很大程度上影響了鉆井工程的正常開(kāi)展。為此，筆者基于泥漿體積排代法得到了一種計(jì)算油氣上竄速度的新方法。

1 目前油氣上竄速度的影響因素

1.1 環(huán)形空間差別的影響。

由于井眼結(jié)構(gòu)及鉆具結(jié)構(gòu)的上部和下部都不同，不同位置上返速度就會(huì)不同，按上述方法歸為將出現(xiàn)很大的誤差。

1.2 鉆井液排量的影響。

鉆井液排量的變化直接影響著遲到時(shí)間的變化，在剛開(kāi)泵循環(huán)時(shí)，由于鉆井液靜止時(shí)間長(zhǎng)，鉆井液稠，需要先用小排量循環(huán)，人為降低泵速，循環(huán)一段時(shí)間后再提高泵速使排量增大。有時(shí)由于兩個(gè)泵互相更換，排量也會(huì)不同。這樣，用現(xiàn)有的方法無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算出隨時(shí)間變化的排量，也就影響了深度的準(zhǔn)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(duì)循環(huán)鉆井液深度歸位造成影響，如起鉆灌鉆井液、下鉆鉆井液溢出和井徑擴(kuò)大率的影響等。

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

2 排代法計(jì)算油氣上竄速度的原理

泥漿體積排代法的計(jì)算原理是在有效時(shí)間內(nèi)，泵的實(shí)際泥漿排代體積與井內(nèi)的實(shí)際環(huán)空排代體積一致，每次下鉆開(kāi)泵循環(huán)過(guò)程中，從開(kāi)泵到出現(xiàn)最大值的時(shí)間t時(shí)，用泥漿泵泵入井內(nèi)的泥漿體積VD與測(cè)量時(shí)油氣層已上竄所至的井深到井口的環(huán)空體積VF相等。

VD=VF

在單位時(shí)t內(nèi)用泥漿泵泵入井內(nèi)鉆井液的體積：

VD=Ax△V

式中，A為單位時(shí)間t內(nèi)泥漿泵的總泵沖數(shù)；△V為泥漿泵每沖的排代體積，m3/沖。

將整個(gè)井身結(jié)構(gòu)和鉆具組合可近似看作一個(gè)圓柱體，由圓柱體體積計(jì)算公式可以得到：

V=HxS

式中，H為柱狀長(zhǎng)度，m；S為柱體的橫街面積，m2。

實(shí)際錄井過(guò)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(jì)算時(shí)應(yīng)分別計(jì)算出各段的環(huán)空體積，即：

式中，Hi為各外徑鉆具的有效長(zhǎng)度，m；Si為各外徑鉆具的橫截面積，m2；Si=π（Di2-di2）4，Di為裸眼直徑或套管內(nèi)徑，m；di為各種鉆具的外徑，m。

開(kāi)泵時(shí)油氣層已上竄至井深到井口的環(huán)空體積：

式中，i為從井口到油氣上竄井深的各種鉆具代號(hào)。

上式中各鉆具的有效長(zhǎng)度Hi是已知的， 所求的是油氣上竄后高度所對(duì)應(yīng)的鉆具結(jié)構(gòu)的有效長(zhǎng)度。

在現(xiàn)場(chǎng)的錄井中，鉆具的相關(guān)參數(shù)是已知的，而對(duì)于已經(jīng)鉆開(kāi)的上部的井深結(jié)構(gòu)是已知的，下部鉆具與井身間的所有橫切面積是可以直接計(jì)算出來(lái)的。公式為

式中，HiSi為從井口開(kāi)始第i種鉆具與井身之間的環(huán)空體積。在實(shí)際生產(chǎn)中，每次下鉆的鉆具組合、各種鉆具的長(zhǎng)度、鉆具的外徑以及井深的結(jié)構(gòu)都已知，這樣可以求出H1s1+H2s2+…+Hn-1sn-1的值。計(jì)算重點(diǎn)是求出最下面的一種鉆具的有效長(zhǎng)度（即Hn），可采用數(shù)學(xué)比較法求解。我們可以采用數(shù)學(xué)比較方法從井口第一種外徑鉆具所對(duì)應(yīng)的外環(huán)空體積V1開(kāi)始逐級(jí)比較。

如果V>V1，則說(shuō)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(jìn)行下一級(jí)比較

V>V1+V2

……

直到V>V1+V2+…+Vn-1，和V>V1+V2+…+Vn時(shí)此時(shí)說(shuō)明油氣上竄高度在n-1和i中鉆具之間，我們可以通過(guò)鉆具組合得到n-1前鉆具對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度，可以求出第i中鉆具的有效長(zhǎng)度Hi，可以得到

由此可以計(jì)算出油氣的上竄高度h=H1+H2+……+Hi。

因此可以得出

u+H-ht

式中，H為隨鉆工程中油氣層出現(xiàn)顯示深度，m；

h為開(kāi)泵測(cè)量時(shí)油氣層已上竄所至的深度

t為鉆井液靜止時(shí)間，h。

3應(yīng)用實(shí)例

通過(guò)對(duì)伊朗雅達(dá)地區(qū)多口井的實(shí)際排量計(jì)算，對(duì)比傳統(tǒng)的遲到時(shí)間計(jì)算方法，兩者都與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量相符。

注：雅達(dá)地區(qū)油氣顯示多為灰?guī)r，主要為孔隙含油，裂縫不發(fā)育，滲透性一般，且在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆井液相對(duì)密度比較大，對(duì)油氣釋放有一定的影響。

結(jié)束語(yǔ)

（1）在實(shí)際運(yùn)用中，利用該方法計(jì)算油氣上竄速度必須考慮下列問(wèn)題：由于數(shù)學(xué)模型建立在泵的單位排量上，在實(shí)際錄井過(guò)程中，泵的排量受到泵的缸套直徑、泵的上水效率等的影響，因而在錄井之前必須效驗(yàn)每一個(gè)泵的實(shí)際排量，利用單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際泵入井內(nèi)的體積來(lái)效驗(yàn)實(shí)際排量和上水效率。需要效驗(yàn)泵在單位時(shí)間的泵沖數(shù)，這樣計(jì)算出來(lái)的總泵沖數(shù)比較準(zhǔn)確， 最后計(jì)算的總排代體積就比較準(zhǔn)確。泵的實(shí)際排量是影響計(jì)算結(jié)果的主要因素，工作中要效驗(yàn)準(zhǔn)確的實(shí)際每泵沖排量。

（2） 等體積排量法計(jì)算油氣上竄速度，用了單位時(shí)間的泵的總的排代體積相對(duì)量，涉及了循環(huán)排量，在現(xiàn)場(chǎng)錄井過(guò)程之中?？紤]具體的井眼與井深結(jié)構(gòu)，公式中僅需要測(cè)量出現(xiàn)最大值時(shí)泵向井內(nèi)的泵的實(shí)際體積，其它都為已知量，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，適用于現(xiàn)場(chǎng)錄井對(duì)于油氣上竄速度的計(jì)算。

（3）公式推導(dǎo)建立在油氣在靜止一段時(shí)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，這有待今后進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫士平，孫寶發(fā)·基于泥漿體積排代法計(jì)算油氣上竄速度研究·長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，7（3）：499～501

[2] 呂鵬福，對(duì)后效深度歸位的改進(jìn)·錄井工程，2008，19（1）：70～71