一種計(jì)算油氣上竄速度的新方法及應(yīng)用

劉 鵬

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井二公司錄井分公司，黑龍江 大慶 138000）

1 概述

目前現(xiàn)場采用的方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來獲取遲到時(shí)間的大小，然后通過遲到時(shí)間法來計(jì)算油氣上竄速度，這種經(jīng)驗(yàn)法缺乏理論依據(jù)，而且每個(gè)人對(duì)于這種經(jīng)驗(yàn)的理解不同，直接導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏差很大，最重要的是無法保證后續(xù)施工的安全，尤其是在短程提下鉆后計(jì)算油氣上竄時(shí)，因?yàn)殪o止時(shí)間短，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏大，從而開始懷疑計(jì)算結(jié)果的正確性。

對(duì)此，本文提出了累計(jì)泵沖差值法，這種方法不必考慮泥漿泵的排量，也不必考慮遲到時(shí)間的大小，能夠準(zhǔn)確計(jì)算油氣上竄的速度。

2 傳統(tǒng)計(jì)算油氣上竄速度的方法

目前已知的兩種計(jì)算油氣上竄速度的方法分別是遲到時(shí)間法和和容積法。

2.1 遲到時(shí)間法

遲到時(shí)間法計(jì)算公式為：

式中：v——油氣上竄速度，m/h；

H油——推測油氣層頂界深度，m；

H鉆——鉆頭位置所在深度，m；

t見——見到油氣顯示的時(shí)間，min；

t開——開始循環(huán)的時(shí)間，min；

t遲——鉆頭所在位置的遲到時(shí)間，min；

t靜——從上次起鉆停止循環(huán)到本次開泵之間的靜止時(shí)間，h。

這個(gè)公式使用的前提是在理想狀態(tài)下，以前鉆井技術(shù)不夠發(fā)達(dá)，井一般比較淺，井下環(huán)境沒有現(xiàn)在復(fù)雜，泥漿泵能夠快速提升到指定的排量，這樣根據(jù)見到顯示花費(fèi)的時(shí)間和遲到時(shí)間相比對(duì)就可以計(jì)算出油氣所在的深度，然后根據(jù)已知油氣層的深度即可算出油氣上竄的速度。這種方法要求泥漿泵排量一定，鉆頭所在位置的遲到時(shí)間一定，顯然不適用于現(xiàn)在的井下環(huán)境。

2.2 容積法

容積法的計(jì)算公式：

式中：v——油氣上竄速度，m/h；

H油——推測油氣層頂界深度，m；

t見——見到油氣顯示的時(shí)間，min；

t開——開始循環(huán)的時(shí)間，min；

t靜——從上次起鉆停止循環(huán)到本次開泵之間的靜止時(shí)間，h；

Q排——泥漿泵排量，m3/min；

V環(huán)——單位長度環(huán)空體積，m3/m。

這個(gè)公式應(yīng)用的前提一樣是在理想化條件下，泥漿泵以一定的排量循環(huán)，然后代入公式即可，但是顯然在當(dāng)前的施工作業(yè)中，泥漿泵的排量首先就是不能固定的，所以這個(gè)公式也不適用于現(xiàn)在的井下環(huán)境。

不管哪種方法，都需要泥漿泵的排量一定，尤其是遲到時(shí)間法，如果以小排量循環(huán)持續(xù)很長時(shí)間，那么必然使計(jì)算結(jié)果偏大，所以無論采用傳統(tǒng)的哪種方法都不能準(zhǔn)確計(jì)算出油氣上竄速度。

3 累計(jì)泵沖差值法計(jì)算油氣上竄速度

3.1 累計(jì)泵沖差值法的原理和應(yīng)用條件

3.1.1 原理

累計(jì)泵沖差值法的原理是：根據(jù)泥漿泵單沖排量不受循環(huán)總排量大小的影響，環(huán)空容積大小與泥漿泵單沖排量、循環(huán)累計(jì)泵沖數(shù)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，通過累計(jì)泵沖來計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的環(huán)空體積，再根據(jù)單位長度環(huán)空體積計(jì)算出油氣上竄的高度（受污染的環(huán)空長度），進(jìn)而得出油氣上竄的速度。當(dāng)前的錄井條件已經(jīng)有了很大改善，基本上所有的綜合錄井儀都能隨時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算出累計(jì)泵沖數(shù)，然后用累計(jì)泵沖數(shù)乘以泥漿泵的單沖排量就可以得出對(duì)應(yīng)的環(huán)空體積。

3.1.2 應(yīng)用條件

應(yīng)用該方法的第一個(gè)前提是我們清楚井下的情況，也就是裸眼段井眼的擴(kuò)大系數(shù)，這個(gè)擴(kuò)大系數(shù)是可以實(shí)測出來的，每次實(shí)測遲到時(shí)間時(shí)把實(shí)測結(jié)果與理論結(jié)果相比對(duì)就可以計(jì)算出井眼擴(kuò)大系數(shù)。

第二個(gè)前提是我們要確定泥漿泵上水效率的大小，因?yàn)楸眯е苯記Q定泥漿泵的單沖排量大小，并且這個(gè)參數(shù)可能會(huì)發(fā)生變化，不過我們只要在測油氣上竄之前確定其準(zhǔn)確性即可。

3.2 累計(jì)泵沖差值法的計(jì)算方法和好處

3.2.1 計(jì)算方法

累計(jì)泵沖差值法公式：

式中：v——油氣上竄速度，m/h；

S油——油氣層頂界循環(huán)到井口所需要的累計(jì)泵沖數(shù)，沖；

S見——見到油氣顯示時(shí)的累計(jì)泵沖數(shù)，沖；

Q單——泥漿泵的單沖排量，m3/沖；

V環(huán)——單位長度環(huán)空體積，m3/m；

t靜——從上次起鉆停止循環(huán)到本次開泵之間的靜止時(shí)間，h；

D裸——裸眼直徑（經(jīng)過擴(kuò)大系數(shù)校正后的直徑）；

d具——鉆具外徑。

具體的方法是：首先我們確定油氣層頂界的深度，然后根據(jù)油氣層頂界深度計(jì)算出該深度循環(huán)到井口所需要的總泵沖數(shù)S油；

之后在循環(huán)時(shí)觀察見到油氣顯示時(shí)的累計(jì)泵沖數(shù)S見，二者之差即為受油氣上竄污染的環(huán)空在循環(huán)時(shí)所需要的總沖數(shù)；

然后用這個(gè)總沖數(shù)乘以泥漿泵的單沖排量Q單即可得出受油氣上竄污染的環(huán)空體積；

再除以單位長度環(huán)空體積V環(huán)計(jì)算出油氣上竄的高度；

最后除以靜止時(shí)間t靜得出油氣上竄速度。

3.3 累計(jì)泵沖差值法的關(guān)鍵參數(shù)及注意事項(xiàng)

3.3.1 計(jì)算單位長度環(huán)空體積

首先是單位長度環(huán)空體積的計(jì)算：公式（3）中V環(huán)的計(jì)算在不同的情況下需要具體分析，但都是可以實(shí)際計(jì)算出來的，一般情況下只需要根據(jù)裸眼直徑（使用準(zhǔn)確的井徑擴(kuò)大率校正后的直徑）和鉆桿外徑計(jì)算即可，只有在特殊情況下需要考慮鉆鋌直徑和上層套管的內(nèi)徑，比如油層離鉆頭位置較近或者油氣上竄到上層套管內(nèi)部。如果油氣層頂界距離鉆頭位置小于鉆鋌的長度，則計(jì)算時(shí)可以先計(jì)算從油氣層頂界到鉆鋌頂界之間的環(huán)空對(duì)應(yīng)的泵沖數(shù)，然后將這部分泵沖數(shù)減去之后在按照鉆桿的外徑來計(jì)算V環(huán)，最后再把油氣層頂界到鉆鋌頂界之間的長度加到油氣上竄高度中即可。

3.3.2 讀準(zhǔn)“見到油氣顯示時(shí)刻”

其次是要注意“見到油氣顯示時(shí)刻”的讀取，筆者查閱了有關(guān)論文，大家對(duì)于“見到油氣顯示時(shí)刻”并沒有明確的定義，有的說在全烴曲線偏離基值的拐點(diǎn)處，有的說在基值的2～3 倍處，有的說在高峰處，說法不一，這直接造成計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，對(duì)于全烴峰窄的情況下影響稍小一些，但是對(duì)于起峰慢、甚至出現(xiàn)平峰與多峰的情況就會(huì)出現(xiàn)混亂狀態(tài)，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)間的讀取對(duì)于計(jì)算結(jié)果有著非常大的影響。

3.3.3 嚴(yán)格執(zhí)行實(shí)測遲到時(shí)間的要求

使用該方法的最重要的一個(gè)前提就是要清楚井下的情況，所以在鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格按照要求實(shí)測遲到時(shí)間非常重要，不僅要實(shí)測，還要在每次實(shí)測時(shí)對(duì)比理論遲到時(shí)間，以此來確定井眼的狀況，最終確定下來井眼的擴(kuò)大系數(shù)。

4 累計(jì)泵沖差值法的實(shí)際應(yīng)用

XX1 井是一口風(fēng)險(xiǎn)探井，二開完鉆后需要進(jìn)行下套管作業(yè)，由于下套管作業(yè)時(shí)間較長，為了保證施工安全，需要預(yù)留足夠的安全時(shí)間，所以在通井后進(jìn)行短起下鉆測油氣上竄速度。本節(jié)分別講述應(yīng)用傳統(tǒng)方法和累計(jì)泵沖差值法的計(jì)算過程和結(jié)果，來檢驗(yàn)累計(jì)泵沖差值法的適用性。

4.1 基本數(shù)據(jù)

XX1 井二開完鉆井深4910m，短提下鉆到底，鉆頭位置：4905m，12:37 開始循環(huán)，泥漿泵單沖排量Q單為0.013522m3/沖，初始泵沖為23沖/min，之后緩慢提升泵沖，在16:45達(dá)到300沖/min，全烴基值為750ppm，16:40全烴值達(dá)到1300ppm，有明顯提升，17:08全烴達(dá)到峰值1899ppm，此時(shí)累計(jì)泵沖為51634 沖，17:52 后效結(jié)束。由于緩慢提升泵沖導(dǎo)致遲到時(shí)間無法確定，所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法——后效峰值與后效結(jié)束點(diǎn)之間取半幅點(diǎn)位置（C 點(diǎn)位置，對(duì)應(yīng)時(shí)間為17:26）距離開泵的時(shí)間為遲到時(shí)間，確定遲到時(shí)間為289min，自從提鉆到本次循環(huán)之間的靜止時(shí)間為7.4h，預(yù)測油氣層深度為4734m。

4.2 根據(jù)遲到時(shí)間法計(jì)算油氣上竄速度

計(jì)算過程：由基本數(shù)據(jù)可知油氣層頂界深度H油為4734m，鉆頭位置H鉆為4905m，開泵時(shí)間t開為12:37，見到油氣顯示時(shí)間t見為16:40，所以t見-t開=243min，遲到時(shí)間t遲為289min，靜止時(shí)間t靜為7.4h。

將上述參數(shù)代入公式（1）中：

從計(jì)算結(jié)果上看82.4m/h 的上竄速度顯然是不合理的，完全錯(cuò)誤。全烴最高值為0.1899%（1899ppm），由全烴峰值可以看出地層中沒有什么能量，氣值很低，不可能有如此之高的油氣上竄速度，這種計(jì)算結(jié)果會(huì)給施工帶來嚴(yán)重的錯(cuò)誤指導(dǎo)。

4.3 根據(jù)累計(jì)泵沖差值法計(jì)算油氣上竄

4.3.1 計(jì)算過程

由基本數(shù)據(jù)可知油氣層頂界深度H油為4734m，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)和鉆具組合，結(jié)合正常鉆進(jìn)過程中實(shí)測遲到時(shí)間的結(jié)果，確定在當(dāng)前鉆具組合下4734m 處泥漿循環(huán)至井口所需要的總泵沖數(shù)S油為54150 沖，泥漿泵單沖排量Q單為0.013522m3/沖，靜止時(shí)間t靜為7.4h，經(jīng)過對(duì)比鉆進(jìn)時(shí)實(shí)測遲到時(shí)間和理論遲到時(shí)間得出本井井眼擴(kuò)大系數(shù)為5，根據(jù)裸眼直徑和鉆具外徑計(jì)算出單位長度環(huán)空V環(huán)為0.154m3/m，最后剩下一個(gè)最關(guān)鍵的參數(shù)S見，根據(jù)之前所述，應(yīng)該將見顯示時(shí)刻選在全烴曲線峰值的拐點(diǎn)位置，也就是B點(diǎn)位置（時(shí)間為17:08），所以S見應(yīng)為51643沖，將S油、S見、Q單、V環(huán)、t靜代入到公式中：

4.3.2 效果

本井通過累計(jì)泵沖差值法完美地解決了這種氣值特別低、油氣上竄計(jì)算結(jié)果還特別高的問題，29.7m/h的油氣上竄是符合后續(xù)工況的要求的，避免了二次短提測后效的麻煩，節(jié)省了施工時(shí)間，為后續(xù)下套管提供了理論保障。

5 結(jié)論

（1）隨著勘探程度的提高，對(duì)深井、超深井的需求越來越大，裸眼段越來越長，井下的情況也越來越復(fù)雜，這勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)頻繁的起下鉆工序，為了后續(xù)施工的安全，要求油氣上竄的計(jì)算必須準(zhǔn)確，傳統(tǒng)的遲到時(shí)間法和容積法已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前的井下環(huán)境。

（2）累計(jì)泵沖差值法計(jì)算油氣上竄速度需要的關(guān)鍵參數(shù)少，并且可以有依據(jù)地確定下來，現(xiàn)場人員在運(yùn)用這個(gè)方法的時(shí)候不容易受到人為因素的干擾，出現(xiàn)差錯(cuò)的幾率小，計(jì)算結(jié)果的誤差也較小，完全能勝任當(dāng)前鉆井技術(shù)下的復(fù)雜井況，具有在全國油氣田推廣的價(jià)值。