油氣上竄速度計算方法改進及應用

2018-08-31 06:41:04狄多林

石油工業技術監督 2018年8期

狄多林

中國石油玉門油田分公司生產運行處（甘肅酒泉 735019）

近平衡或欠平衡鉆井過程中，如果井底壓力控制不當，將會引起井漏或井噴等事故發生，失去保護油氣層的意義，嚴重影響整體勘探開發效果。掌握地層壓力情況至關重要，而油氣上竄速度直觀反映了井筒壓力平衡程度和地層流體運移狀態。通過對油氣上竄速度進行跟蹤分析，合理調整鉆井液密度，可以更好地指導近平衡或欠平衡鉆井，實現保護儲層和井控安全[1-2]。

1 檢測油氣上竄速度

1.1 油氣上竄速度

油氣上竄是指鉆開油氣層后，在油氣層壓力與鉆井液液柱壓力的壓差作用下，油氣進入鉆井液并沿井筒向上移動的現象。單位時間內油氣上竄的距離稱為油氣上竄速度。

1.2 檢測油氣上竄速度的作用

油氣上竄速度是反映油氣活躍程度的一個非常重要的參數。

1）檢測油氣上竄速度對后續作業的井控安全具有指導作用。通過檢測油氣上竄速度，判斷在消除循環壓耗且增加抽吸壓力情況下，檢查地層流體侵入井筒的程度，由此可為下一步的起下鉆、裸眼電測、下套管、中途測試等作業的井控安全工作提供依據。

2）檢測油氣上竄速度對鉆井液密度的調整具有指導作用。油層鉆進過程中全烴過高或有油氣顯示，若盲目提高鉆井液密度，可能導致井漏，對油氣層也會造成損害。而通過對油氣上竄速度檢測分析，可以科學合理地調整鉆井液密度。

2 油氣上竄速度的主要影響因素

鉆井現場通常采用短程起下鉆檢測油氣上竄，使用遲到時間法來計算油氣上竄速度，計算公式為：

其中：V為油氣上竄速度，m/h；H為油氣頂部高度，m；T為鉆頭所在井深的遲到時間，min；T1為初峰時間，即從開泵到油氣顯示的時間，min；T0為井內鉆井液靜止時間，指從停泵起鉆到本次開泵的靜止時間，h；h為循環鉆井液時鉆頭所在井深，m。

因此，用遲到時間法計算油氣上竄速度，主要影響因素是初峰時間、遲到時間、油氣頂部高度以及油氣上竄時間。

2.1 初峰時間

初峰時間是指從開泵到見到油氣顯示的時間。人為因素影響初峰時間選取是否準確。

1）現場測量鉆井液密度不連續，時間間隔可能導致錯過初峰，錄取到的初峰時間可能有誤。

2）初峰值選取不準，對油氣上竄速度的檢測結果影響較大，見表1。

表1 XX井選取不同初峰值計算的油氣上竄速度對比表

2.2 遲到時間

遲到時間是指井底鉆屑返出到地面的時間。遲到時間的影響因素主要為環空容積不確定和在倒換凡爾提升排量過程中時間記錄不準確。

2.2.1 環空容積

鉆井過程中，鉆遇破碎帶、易塌地層或起鉆困難時進行倒劃眼作業，容易形成“大肚子”井眼。鉆遇泥巖地層，由于鉆井液的長期浸泡，泥巖水化膨脹，會形成縮徑井眼。

不規則井徑，造成環空容積不確定，而環空容積的取值，對油氣上竄速度計算結果影響較為明顯。XX井鉆至井深5 062 m，按照不同的井徑擴大率，計算出的油氣上竄速度差別較大，見表2。

表2 選取不同環空容積計算的油氣上竄速度對比表

2.2.2 數據記錄不準確

開泵循環時為防止憋壓，一般先開單凡爾循環，然后倒換雙凡爾、三凡爾。在倒換凡爾過程中，等停時間和每個排量的運行時間記錄不準確，計算出的遲到時間誤差較大。

2.2.3 油氣頂部高度（油頂）

下鉆過程中，鉆具下到油氣界面以下，油氣界面會在鉆具排替作用下上升，忽略井徑不規則對環空體積造成的影響，其上升的高度由井眼直徑、鉆具的外徑以及鉆具下入的長度決定[3]。

油氣頂部上升高度對油氣上竄速度影響較大。XX井原始油氣頂部高度為4 205 m，油層頂部界面上升不同高度，計算出的油氣上竄速度差別很大，見表3。

表3 油氣頂部上升高度對油氣上竄速度的影響

2.2 .4油氣上竄時間

通常遲到時間法認為油氣只是在停泵之后和開泵之前的鉆井液靜止時間內向上運移，而實際上開泵循環后至見到油氣顯示的這一段時間內，油氣的密度小于鉆井液的密度，油氣所受的浮力大于自身重力，油氣相對鉆井液也在不停地向上運移。

油氣上竄高度與油氣上竄時間的比值為油氣上竄速度。油氣上竄時間實際上是由鉆井液靜止時間和開泵到見到油氣顯示的時間這兩部分組成。因此，油氣上竄若只發生在靜止時間，會導致計算得到的油氣上竄速度結果偏大[4]。

3 計算公式參數優選及修正

針對油氣上竄速度的影響因素（初峰時間、遲到時間、油層頂部深度、油氣上竄時間），分別對相關參數進行優選及修正。

3.1 選取初峰值

1）依據全烴曲線選取初峰值。對于揭開多個油氣層的井，若后效全烴曲線表現為1個峰，則初峰值在全烴上升時讀取，如圖1。后效全烴曲線表現為多個峰，則讀取初峰值時還需要結合正常鉆進循環時的全烴基值，略高于全烴基值則為初峰值，如圖2。

圖2 多個峰的后效全烴曲線

2）初峰值的選取還要和出口密度相結合。讀取初峰值時還需要結合正常鉆進循環時的出口鉆井液密度，略低于正常鉆進時出口鉆井液密度則為初峰值。

3.2 遲到時間的實際測量

若要保證遲到時間的準確性，可采用投球法計算遲到時間。從投入塑料小球開始計時，直到小球返出高架槽計時結束。這段時間為一個循環周，因鉆具內容積固定，可以計算出鉆具內小球下行時間，用一個循環周減去下行時間，則得出準確遲到時間。

3.3 對油氣上竄速度計算公式參數的修正

3.3.1 油氣頂部高度的修正

進入原始油氣界面以下的鉆具體積等于原始油氣界面到新油氣界面之間的環空體積[4]。如圖3所示，設原始油氣界面到新油氣界面之間的高度為Δh,鉆具下入油層的深度為 h1，m；井筒底部裸眼環空的橫截面積為S，mm2；底部鉆具的橫截面積為S鉆，mm2。則 S鉆×h1=S×Δh，可以求出原始油氣界面上升的高度Δh=S鉆×h1/S，則修正后的油氣頂部高度為：H修訂=H-Δh。