油氣上竄速度計算方法的改進

郭輝 李飛

摘 要： 現場錄井中，準確計算油氣上竄速度對安全鉆井、油氣層的保護和后期的測試、油氣產能評價意義重大。根據油氣上竄速度可以對儲層的特性和產能進行定性評價、合理調整鉆井液密度，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構和鉆具結構等影響環空體積的因素。現場作業表明，該方法是可行的。

關鍵詞： 后效錄井；油氣上竄速度；新計算方法

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

0 引言

后效錄井（ 亦稱循環鉆井液氣測錄井） 是指工程停鉆或起下鉆作業過程中鉆井液靜止一段時間后，下鉆到需要的深度進行鉆井液循環時，測定通過擴散和滲透作用進入井筒鉆井液中烴類氣體的含量。取全取準后效顯示資料，準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]和累計泵沖數法[2]）， 各種計算方法各有特點，現在隨著深井和超深井的出現，井身的結構越來越復雜，原來的計算方法沒有考慮到這些因素的影響，計算出來的結果與實際的結果偏差較大，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 環形空間差別的影響。

由于井眼結構及鉆具結構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，在剛開泵循環時，由于鉆井液靜止時間長，鉆井液稠，需要先用小排量循環，人為降低泵速，循環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，用現有的方法無法準確計算出隨時間變化的排量，也就影響了深度的準確歸位，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大率的影響等。

為了消除上述影響，準確計算出環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，泵的實際泥漿排代體積與井內的實際環空排代體積一致，每次下鉆開泵循環過程中，從開泵到出現最大值的時間t時，用泥漿泵泵入井內的泥漿體積VD與測量時油氣層已上竄所至的井深到井口的環空體積VF相等。

VD=VF

在單位時t內用泥漿泵泵入井內鉆井液的體積：

VD=Ax△V

式中，A為單位時間t內泥漿泵的總泵沖數；△V為泥漿泵每沖的排代體積，m3/沖。

將整個井身結構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，由于受到井身結構和鉆具外徑等影響，各種鉆具與井身間的環空體積均不一樣，計算時應分別計算出各段的環空體積，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的鉆具結構的有效長度。

在現場的錄井中，鉆具的相關參數是已知的，而對于已經鉆開的上部的井深結構是已知的，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空體積。在實際生產中，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構都已知，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），可采用數學比較法求解。我們可以采用數學比較方法從井口第一種外徑鉆具所對應的外環空體積V1開始逐級比較。

如果V>V1，則說明第一種鉆具到井口環空體積小于油氣上竄高度到井口的環空體積，則進行下一級比較

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應用實例

通過對伊朗雅達地區多口井的實際排量計算，對比傳統的遲到時間計算方法，兩者都與現場實際測量相符。

注：雅達地區油氣顯示多為灰巖，主要為孔隙含油，裂縫不發育，滲透性一般，且在鉆進過程中，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：由于數學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，利用單位時間內實際泵入井內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，這樣計算出來的總泵沖數比較準確， 最后計算的總排代體積就比較準確。泵的實際排量是影響計算結果的主要因素，工作中要效驗準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，涉及了循環排量，在現場錄井過程之中。考慮具體的井眼與井深結構，公式中僅需要測量出現最大值時泵向井內的泵的實際體積，其它都為已知量，計算結果準確，適用于現場錄井對于油氣上竄速度的計算。

（3）公式推導建立在油氣在靜止一段時間后油氣已經上竄所達到的高度，未考慮油氣的滑脫上升、氣體膨脹等因素，這有待今后進一步研究。

參考文獻

[1] 孫士平，孫寶發·基于泥漿體積排代法計算油氣上竄速度研究·長江大學學報，2010，7（3）：499～501

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