ZQ2井實測遲到時間異常原因分析及修正措施

魏保衛(wèi)，周鵬遙，王景辰，馬騰飛，魏建華

中國石油塔里木油田分公司安全環(huán)保與工程監(jiān)督中心（新疆 庫爾勒841000）

在油氣井鉆探過程中，有一項常用的工程參數叫做遲到時間，是指巖屑或地層中的流體從井底隨鉆井液上返至地面所需的時間。遲到時間在鉆井過程中的作用十分重要：①可以準確地撈取巖屑，對地層巖屑進行準確的歸位，恢復井下地層的剖面情況；②可以準確地落實油氣層顯示井段；③可以準確計算出油氣上竄速度[1-6]，調整鉆井液性能，優(yōu)化鉆井方案，有效降低鉆井井控風險。如何獲取準確的遲到時間，從而保證錄井質量、保障井下安全是現場錄井的一項重要工作。

1 錄井中常用的獲取遲到時間的方法

錄井遲到時間可以分為理論遲到時間和實測遲到時間。理論遲到時間有兩種計算方法：

1）排量法（排量穩(wěn)定）：

2）累計泵沖法（排量不穩(wěn)定）：

式中：T為巖屑遲到時間，min；Q為鉆井液泵排量，L/min；D為井眼直徑，m；d為鉆桿外徑，m；V為井筒環(huán)形容積，m3；H為鉆頭深度，m；P為泵效率；S0為正循環(huán)時自鉆頭位置返上至井口的累計泵沖數，沖；V1為每沖泵排量，L/沖。

受井眼不規(guī)則、鉆井液泵效等因素影響，理論遲到時間與實際遲到時間往往存在偏差。因此在實際生產中必須定期實測遲到時間，通常采用接單根或立柱時投擲標識物的方法測得實際遲到時間，常用標識物有硅膠顆粒、黑塑料條或電石等[7-9]。

除使用標識物進行實測遲到時間外，通常還采用鉆遇特殊巖性（如煤層、灰?guī)r或砂巖等）的不同鉆時特征，記錄鉆進該地層至巖屑返出時間；或者利用接單根或立柱時產生的單根峰返出時間對理論和實測遲到時間進行校正[10]。

在巖屑錄井過程中，遲到時間以實測遲到時間為準進行巖屑撈取，理論遲到時間作為實測遲到時間的輔助驗證與參考。一般情況下，實測遲到時間與根據實際進行參數修正后計算出的理論遲到時間偏差值較小。

2 實測遲到時間異常發(fā)生及原因分析

ZQ2井是一口部署于塔里木盆地庫車坳陷秋里塔格構造帶ZQ段ZQ2號背斜構造的預探井，設計井深6 650 m，目的層為白堊系巴什基奇克組，鉆探主要目的為探索ZQ2號構造的含油氣性，為ZQ段勘探和整體評價尋找突破。

2.1 實測遲到時間異常發(fā)生經過

ZQ2井井身結構為五開五完，其中二開井眼尺寸為444.5 mm（17?″），鉆具尺寸為139.7 mm（5?″），環(huán)空相對較大。在二開鉆進過程中，錄井隊按照錄井規(guī)范要求進行實測遲到時間。其中井深大于3 000 m，需每100 m實測一次遲到時間。由于采用斯倫貝謝垂鉆工具Power-V，使放置儀器的鉆具內間隙變小，故采用電石作為標識物進行實測。二開上部地層井段實測遲到時間均與理論遲到時間偏差小，實測值正常。但于井深3 809 m再次實測遲到時間時，實測較理論提前約50 min，其他工程參數無異常，起初懷疑為鉆具刺漏導致，但起鉆檢查鉆具完好無刺漏。

二開自該井深3 809 m之后至本開次中完井深4 545 m，實測遲到時間均較理論大幅提前約50～60 min，三開鉆進后電石實測遲到時間恢復正常（圖1），與異常遲到時間伴隨出現的現象是返出巖屑也相對雜亂。與鄰井ZQ102井相比較，在兩口井巖屑代表性都較好的情況下，ZQ2井在相同巖性組合層段撈取的整米巖屑較ZQ102井更加雜亂。

圖1 ZQ2井實測與理論遲到時間對比

2.2 異常原因分析

ZQ2井二開上部井段實測遲到時間正常，而自井深3 809 m后實測遲到時間卻異常提前。要查找異常發(fā)生的原因就必須找出在該井深附近出現的可能導致該現象產生的變量。

經過實鉆各項參數分析，發(fā)現該井深上下井段鉆進過程中存在兩項重要變量：①泵排量降低。正常工況下，隨著井深及鉆井液密度的增加，要求鉆井液泵排量需維持在一定值以上才能保證巖屑正常返出，以確保井下安全，但這會使泵壓不斷升高。該井二開井段由于采用Power-V垂鉆工具鉆進，工具本身對鉆具內水眼通暢性有一定影響，加之井隊鉆井液泵設備陳舊，泵性能老化，自井深 3 720 m以后無法再次提升泵排量（幾次嘗試增加泵排量，但總導致泥漿泵無法正常工作），于是將泵排量由53 L/s降至45 L/s，低于設計要求的最小攜巖排量（表1、表2），導致一定程度的返砂困難。②鉆井液黏切升高。為保證巖屑返出量，降低鉆井井下風險，在無法提升鉆井液泵排量的情況下，工程上采取了提高鉆井液黏切的技術措施以提高鉆井液攜砂性能,自井深3 783 m起將鉆井液漏斗黏度61 s提升至80 s、動切力11 Pa提升至19 Pa（表3、表4）。

表1 二開鉆進排量參數設計

表2 二開實鉆排量參數統(tǒng)計

表3 二開鉆進鉆井液性能設計

表4 二開實鉆鉆井液黏切性能

以上重要變量相互作用疊加，產生了在正常鉆進過程中較罕見的現象，鉆井工程上稱之為“穿心流”或“竄流”，即井筒內在近鉆桿（非貼鉆桿）處鉆井液上返速度快，遠離鉆桿往井壁方向鉆井液上返速度變慢。在用電石實測遲到時間時投擲電石產生的乙炔氣體沿近鉆桿鉆井液上返快的通道返出井口，造成實測遲到時間異常提前。

3 遲到時間修正措施

3.1 遲到時間新公式推導

在井段3 728～4 545 m鉆進過程中，由于實測遲到時間異常提前，已基本失去可參考性，理論遲到時間的計算公式也不再適用，工程上雖有對此現象的定性叫法，但并無流體模型及計算方程等相關的定量研究。如何根據實鉆情況推算出符合現場實際的遲到時間，以準確撈取對應井深巖屑成為現場錄井工作的重點。

首先嘗試建立鉆井液上返快慢通道的簡易理論模型（圖2、圖3），理想狀態(tài)下環(huán)空快、慢通道內的鉆井液各自以類似勻速（V快、V慢）上行，r快為快通道模擬圓半徑（m）。

圖2 井眼橫截面示意圖

圖3 井眼剖面示意圖

1）V快等于用電石實測遲到時間時乙炔氣的上行速度，m/min。

2）Q快+Q慢=Q；其中：Q快為快通道排量，L/min；Q慢為慢通道排量，L/min；Q為泵排量，L/min。

3）r快的快通道窄，環(huán)空絕大部分為慢通道，巖屑主要沿慢通道上返至井口，故巖屑遲到時間即為定名巖屑沿慢通道上返至井口的時間。

根據公式Q快+Q慢=Q可建立以下方程式：

式中：R為井眼半徑，m；ro為鉆桿半徑，m。

根據巖屑主要沿慢通道上返至井口，可列式：

式中：M為定名巖屑占當米撈取巖屑百分比；W慢為定名巖屑量，dm3；W總為當米撈取總巖屑量，dm3。

式中：T為定名巖屑遲到時間，min；H為井深，m。

其中：①V快可以通過用電石實測的遲到時間和對應的井深數據求得，V快等于井深除以實測時間，計算得到的V快均為26 m/min左右；②M值可以通過撈取鉆時差異特征明顯且相對孤立的夾層特殊巖性，觀察定名巖屑占總巖屑（排除掉塊）的百分比來獲得。實測遲到時間異常井段的地層主要巖性組合特征為褐色泥巖，與砂巖呈不等厚互層，且砂巖泥巖鉆時慢、砂巖鉆時較快，故選取相對孤立的砂巖體（上、下泥巖厚度2 m左右砂巖夾層）作為特殊巖性選取點。為保證數據可靠，撈取15組樣本觀察變化范圍（圖4），取中間值得到M為88%。

圖4 15組選取點M值展布圖

將已知量及計算獲得量代入公式（3）、（4），可以求出V慢為17 m/min。再利用公式（5）得出巖屑遲到時間。

3.2 新遲到時間的校正

用地層特殊巖性作為標記物去實測巖屑遲到時間。在鉆進過程中，泥巖鉆時慢（15～20 min/m），粉砂巖、細砂巖鉆時較快（10 min左右）。針對砂巖鉆時快的特征，先記錄鉆時變快的時間，等到振動篩返出以砂巖為主巖屑的時間，二者的差值作為該處的巖屑實測遲到時間，共選取了12個點。通過巖屑實測遲到時間與公式推導新遲到時間進行對照（表5），可以看出二者吻合度高。

表5 巖屑實測與公式推導遲到時間對照表

4 應用效果

運用推導出的遲到時間修正公式，通過不斷采用特殊巖性巖屑實測遲到時間進行校正后，獲得了符合現場實際的巖屑遲到時間，現場巖屑錄取工作得以正常開展。

二開中完電測后，現場利用電測曲線特征對該段地層巖性進行了歸位。通過巖屑錄井的錄井剖面與電測巖性歸位剖面對比（圖5），錄井巖性剖面符合率較高，運用此種修正措施得到的遲到時間與現場實際匹配性好，巖屑錄井應用效果良好。

圖5 錄井與測井歸位巖性剖面對照圖

5 結束語

隨著鉆井技術及工藝的突飛猛進，新的鉆井工具不斷被引入到油氣井鉆探過程中來。鉆井機械鉆速越來越快，鉆井周期也越來越短，綜合錄井質量受到的沖擊卻越來越大，這也給錄井工作人員現場解決問題的能力提出了更高的挑戰(zhàn)。當鉆進過程中遇到類似情況時，要綜合各種影響因素，充分結合地層實鉆巖性特征及工程參數變化情況，找出適合的解決方法，測準遲到時間，準確撈取巖屑，以保證現場錄井質量。