油氣上竄速度計算方法的改進(jìn)

郭輝 李飛

摘 要： 現(xiàn)場錄井中，準(zhǔn)確計算油氣上竄速度對安全鉆井、油氣層的保護(hù)和后期的測試、油氣產(chǎn)能評價意義重大。根據(jù)油氣上竄速度可以對儲層的特性和產(chǎn)能進(jìn)行定性評價、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。現(xiàn)場作業(yè)表明，該方法是可行的。

關(guān)鍵詞： 后效錄井；油氣上竄速度；新計算方法

【中圖分類號】 TE242 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2236-1879（2018）11-0274-02

0 引言

后效錄井（ 亦稱循環(huán)鉆井液氣測錄井） 是指工程停鉆或起下鉆作業(yè)過程中鉆井液靜止一段時間后，下鉆到需要的深度進(jìn)行鉆井液循環(huán)時，測定通過擴(kuò)散和滲透作用進(jìn)入井筒鉆井液中烴類氣體的含量。取全取準(zhǔn)后效顯示資料，準(zhǔn)確計算油氣上竄速度， 對于評價油氣水層，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。

長期以來關(guān)于油氣上竄速度的計算方法很多（如遲到時間法[1]和累計泵沖數(shù)法[2]）， 各種計算方法各有特點，現(xiàn)在隨著深井和超深井的出現(xiàn)，井身的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，原來的計算方法沒有考慮到這些因素的影響，計算出來的結(jié)果與實際的結(jié)果偏差較大，在很大程度上影響了鉆井工程的正常開展。為此，筆者基于泥漿體積排代法得到了一種計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間的變化，在剛開泵循環(huán)時，由于鉆井液靜止時間長，鉆井液稠，需要先用小排量循環(huán)，人為降低泵速，循環(huán)一段時間后再提高泵速使排量增大。有時由于兩個泵互相更換，排量也會不同。這樣，用現(xiàn)有的方法無法準(zhǔn)確計算出隨時間變化的排量，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)確計算出環(huán)空體積和累計排出的鉆井液體積，為此采用鉆井液排代法，計算出累計排出的鉆井液體積，即可比較精確的計算油氣上竄速度。

2 排代法計算油氣上竄速度的原理

泥漿體積排代法的計算原理是在有效時間內(nèi)，泵的實際泥漿排代體積與井內(nèi)的實際環(huán)空排代體積一致，每次下鉆開泵循環(huán)過程中，從開泵到出現(xiàn)最大值的時間t時，用泥漿泵泵入井內(nèi)的泥漿體積VD與測量時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。

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

V=HxS

式中，H為柱狀長度，m；S為柱體的橫街面積，m2。

實際錄井過程中，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，計算時應(yīng)分別計算出各段的環(huán)空體積，即：

式中，Hi為各外徑鉆具的有效長度，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。

開泵時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。

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

在現(xiàn)場的錄井中，鉆具的相關(guān)參數(shù)是已知的，而對于已經(jīng)鉆開的上部的井深結(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算出來的。公式為

式中，HiSi為從井口開始第i種鉆具與井身之間的環(huán)空體積。在實際生產(chǎn)中，每次下鉆的鉆具組合、各種鉆具的長度、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。計算重點是求出最下面的一種鉆具的有效長度（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應(yīng)的外環(huán)空體積V1開始逐級比較。

如果V>V1，則說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)行下一級比較

V>V1+V2

……

直到V>V1+V2+…+Vn-1，和V>V1+V2+…+Vn時此時說明油氣上竄高度在n-1和i中鉆具之間，我們可以通過鉆具組合得到n-1前鉆具對應(yīng)的長度，可以求出第i中鉆具的有效長度Hi，可以得到

由此可以計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為開泵測量時油氣層已上竄所至的深度

t為鉆井液靜止時間，h。

3應(yīng)用實例

通過對伊朗雅達(dá)地區(qū)多口井的實際排量計算，對比傳統(tǒng)的遲到時間計算方法，兩者都與現(xiàn)場實際測量相符。

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)過程中，鉆井液相對密度比較大，對油氣釋放有一定的影響。

結(jié)束語

（1）在實際運用中，利用該方法計算油氣上竄速度必須考慮下列問題：由于數(shù)學(xué)模型建立在泵的單位排量上，在實際錄井過程中，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每一個泵的實際排量，利用單位時間內(nèi)實際泵入井內(nèi)的體積來效驗實際排量和上水效率。需要效驗泵在單位時間的泵沖數(shù)，這樣計算出來的總泵沖數(shù)比較準(zhǔn)確， 最后計算的總排代體積就比較準(zhǔn)確。泵的實際排量是影響計算結(jié)果的主要因素，工作中要效驗準(zhǔn)確的實際每泵沖排量。

（2） 等體積排量法計算油氣上竄速度，用了單位時間的泵的總的排代體積相對量，涉及了循環(huán)排量，在現(xiàn)場錄井過程之中。考慮具體的井眼與井深結(jié)構(gòu)，公式中僅需要測量出現(xiàn)最大值時泵向井內(nèi)的泵的實際體積，其它都為已知量，計算結(jié)果準(zhǔn)確，適用于現(xiàn)場錄井對于油氣上竄速度的計算。

（3）公式推導(dǎo)建立在油氣在靜止一段時間后油氣已經(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算油氣上竄速度研究·長江大學(xué)學(xué)報，2010，7（3）：499～501

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