井漏失返條件下漏失函數確定方法

李坤燃

（西南石油大學 機電工程學院，四川 成都 610500）

井漏失返條件下漏失函數確定方法

李坤燃

（西南石油大學 機電工程學院，四川 成都 610500）

“吊灌”技術是在鉆井作業中發生井漏失返以后，通過向井內灌注鉆井液來提升液柱高度，維持井內壓力動態平衡，獲得安全作業時間的重要措施。常規吊灌技術是一種經驗性做法，工程現場稱為“盲吊”。而優化的“吊灌”技術需要首先確定漏失函數。漏失函數是表征漏失速率的數學模型。井底壓差、儲層特性及鉆井液黏度、切力等是決定漏失速率的關鍵因素，目前的研究成果還未建立起比較完善的理論數學模型。根據井漏失返實際工況，采用數理統計分析原理，提出了一種依據環空液面深度與時間關系的實時監測數據確定漏失函數的數據擬合方法，并進行了實例計算，計算結果高度吻合，表明該方法能很好地利用液面監測數據確定最佳的漏失函數，為工程現場實施“吊灌”技術提供科學的參考依據，具有重要的現實意義。

吊灌技術；液面監測；數學模型；漏失速率

1 井下液面監測技術

目前，國內外用于監測液面的儀器很多，其中，以聲吶技術為基礎、采用特殊處理方法的井下液面監測技術應用最為廣泛。井下液面監測技術能實時監測環空液面的變化，監測數據可以作為漏失函數數理統計分析方法實測數據源。

井下液面監測技術主要是采用井下聲吶測深儀進行遠傳非接觸監測。將井下聲吶測深儀連接到套管頭，與套管環空相通，利用氮氣瓶里的氮氣作為動力，計算機每隔1～2 min定時控制儀器發出聲吶脈沖波，脈沖波通過環空傳至井下液面，遇鉆桿接箍或液體后返回，計算機接收從鉆桿上返回脈沖。通過對各種井下噪聲信號進行過濾，計算接頭數就得到了液面深度，并在計算機上記錄深度變化曲線，所得數據是在線的、實時的。

2 漏失函數工程實驗統計方法

現場通過井下聲吶測深儀得到的液面監測數據，可反映不同時間對應的液面深度。利用液面監測數據，通過如下流程進行統計分析，就能確定漏失函數。

2.1 獲取液面監測數據

通過井下聲吶測深儀實時監測井筒環空液面深度，包括壓力平衡點的井筒環空液面深度，獲得吊灌后井筒環空液面深度與時間的對應數據組，并以時間為橫坐標，液面深度為縱坐標，制作液面監測曲線。

2.2 計算漏失壓力

液面監測數據中，測點與壓力平衡點液面深度差為ΔH，則對應的液柱壓力即為漏失壓力：

式（1）中：ΔP為漏失壓力；ρ為鉆井液密度。

2.3 計算漏失速率

液面監測數據中，相鄰兩測點時間差為漏失時間T，則對應的單位時間環空中鉆井液的漏失量即為漏失速率：

式（2）中：Q為漏失速率；V為漏失體積；T為漏失時間。

2.4 制作漏失速率與漏失壓力關系曲線

以漏失壓力為橫坐標，漏失速率為縱坐標，利用漏失速率與漏失壓力對應數據組，制作漏失速率與漏失壓力關系曲線，用于觀察變化趨勢。

2.5 確定漏失函數

根據漏失速率與漏失壓力關系曲線變化確定漏失函數形式，利用數理統計分析中的數據擬合方法得到漏失函數。

3 實例計算

3.1 監測數據

某奧陶系碳酸鹽巖井在井深4 500 m鉆遇井漏失返，該井215.9 mm井眼，127 mm鉆桿。經井下聲吶測深儀監測發現，漏失后井筒環空液面平衡點在井深300 m處。通過吊灌，提高環空液面高度，讓環空處于漏失狀態；再用聲吶測深儀實時監測井筒環空液面深度，獲得井筒環空液面深度與時間的對應數據組，再換算成漏失壓力及漏失速率的對應關系。該井漏失壓力與漏失速率的對應數據如表1所示。

表1 某井漏失壓力及漏失速率數據

3.2 漏失函數擬合

根據去除重復點后的數據分布情況，分別利用線性函數、二次函數、冪函數和對數函數進行擬合，其中，二次函數擬合如圖1所示。線性函數、二次函數、冪函數和對數函數統計結果如表2所示。

3.3 結果分析

如表2所示，R2是復相關系數，表示所得到的結果的可靠程度，其值越接近1，則擬合度越好。擬合出的線性函數R2＝0.875 1，二次函數R2＝0.943 1，冪函數R2＝0.902 4，指數函數R2＝0.746 6，對比可知，利用二次函數對數據進行擬合效果最佳。

數據擬合得到的漏失函數表達式為：

式（3）中：Q為漏失速率，m3/h；ΔP為漏失壓力，MPa。該函數對漏失壓力的預測比較準確，并且可以得知該地區折帶奧陶系顆粒灰巖段不發生漏失（即Q＝0）時的最大壓差約為2.5 MPa。

圖1 擬合函數

表2 擬合函數統計表

4 結論

經過論述，得出以下3點結論：①在井漏失返情況下，通過井下聲吶測深儀實時監測液面的變化情況，可以獲得井筒環空液面深度與時間關系的監測數據，為進行漏失函數的數據擬合提供了可靠的裝備支撐；②本文采用數理統計分析原理，提出了一種確定漏失函數的數據擬合方法，并進行了實例計算，計算結果高度吻合，表明該方法能很好地利用液面監測數據確定最佳的漏失函數；③目前漏失函數的確定依賴于監測數據，為了得到更完善的方法，應當開展裂縫-孔洞、裂縫-溶洞及孔-縫-洞三重介質儲層鉆井液漏失物理及數學建模研究，揭示儲層漏失特征。

［1］李流軍，劉繪新，李峰，等.敏感性井漏失返條件下安全起下鉆、電測保障技術研究［J］.西部探礦工程，2009，21（6）：66-68.

［2］金衍，陳勉，劉曉明，等.塔中奧陶系碳酸鹽巖地層漏失壓力統計分析［J］.石油鉆采工藝，2007，29（5）：82-84.

TE28

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.117

2095－6835（2017）20－0117－02

〔編輯：劉曉芳〕