短起下測油氣上竄速度關鍵影響參數探討及應用

熊文學，惠 濤，袁 旭，龍安杰

(陜西延長石油國際勘探開發工程有限公司，陜西西安 710069)

在鉆入油氣層后，油氣在井底壓差的作用下沿井筒向上移動稱為油氣上竄。單位時間內油氣上竄的距離稱為油氣上竄速度[1]。若控制不好油氣上竄速度，極易發生井涌溢流乃至井噴事故[2]。在作業現場，為了確保安全及檢查起鉆前井底壓力是否能平衡地層壓力，一般采用短程起下鉆(簡稱“短起下”)的方法試起下10～15柱鉆具后開泵循環一周以上。通過后效顯示觀察鉆井液是否油氣侵，并計算油氣上竄速度來確定是否符合安全作業條件[3]。短起下鉆測油氣上竄速度主要在如下幾種情況下應用[4]：①電測及下套管前；②進入油氣層后第一次起鉆；③發生溢流壓井成功后起鉆；④進入油氣層發生井漏堵漏成功后起鉆。

關于上竄速度的計算，李基偉、武慶河、應維民等[1,5-7]學者分別提出了考慮鉆具的排替作用、井身結構和開泵后油氣自身運移等因素的計算方法，全烴曲線法，遲到時間法，以及累計泵充數法，但現場應用最廣泛的是遲到時間法。

呵叻盆地是泰國陸上最大的含油氣盆地[8]，在L31/50勘探區塊已發現氣顯示的2口井中，常因油氣上竄速度計算有誤差，不利于合理調整鉆井液密度及儲層保護[9-10]。本文對遲到時間法計算油氣上竄速度所需的參數進行探討分析。

1 計算油氣上竄速度的關鍵參數分析

遲到時間法[11-12]計算油氣上竄速度公式：

(1)

式中ν——油氣上竄速度，m/h；

H油——油氣層頂界深度，m；

H鉆——循環時鉆頭深度，m；

T靜——鉆井液靜止時間，min；

T1——從開泵到氣測異常時間，h:min；

T2——開泵時間，h:min；

T遲——鉆頭所在位置的遲到時間，min。

根據公式(1)可知，鉆井液靜止時間、鉆頭深度及開泵時間均可以準確獲知，因此，遲到時間、氣測異常時間及油氣層位置是影響計算油氣上竄速度準確與否的關鍵參數。

1.1 遲到時間

遲到時間的理論計算公式[13-14]：

(2)

式中V環——井內環空容積，m3；

D——井眼直徑(鉆頭直徑)，m；

d——鉆具外徑，m；

H——井深，m。

根據公式(2)可知，遲到時間的理論計算是在理想狀態下進行的，井眼不規則、泵排量誤差以及忽略對鉆具接箍尺寸的考慮等，均對計算結果產生影響，而且公式(2)計算的是鉆井液的遲到時間。實際鉆井作業中，鉆井液是攜帶巖屑及氣體從井底沿著井筒運移的，巖屑在重力作用下有一定的下沉，氣體將在鉆井液中向上擴散。由此分析，氣體遲到時間小于巖屑遲到時間。

1.2 后效氣測異常時間

本文中后效氣測異常時間即開泵后見油氣顯示的時間。關于氣測異常的解釋，并未有明確的規定。文獻中提到關于氣測異常的解釋為[6,15]：氣測值在基值背景基礎上明顯升高的現象。由于氣測異常時間沒有統一的規定，因此現場往往采用經驗做法，有些以后效全烴曲線的峰值為準，有些以后效全烴曲線偏離基值為準，有些以后效全烴曲線拐點值為準，等等。這就是計算油氣上竄速度時經常會有多種結果出現的原因之一。

1.3 油氣層深度

在油氣勘探作業中，在同一裸眼段經常會遇到多層油氣顯示同時出現的情況，有時候出現顯示的層段非常接近，給錄井后效檢測油氣顯示情況并計算油氣上竄速度帶來困擾。如果油氣層頂界深度確定不準確，則計算的上竄速度必然存在誤差。

2 關鍵參數求取的實踐及認識

在分析計算油氣上竄速度關鍵參數的基礎上，本節參考了前人的研究成果，結合泰國呵叻盆地L31/50區塊YPT7井短起下的后效氣測情況，以及實際過程中對各關鍵參數的求取應用，對各關鍵參數求取的具體方法形成了新的認識。

2.1 實測遲到時間

理論計算遲到時間忽略了鉆具接箍尺寸、排量、井眼規則程度等因素的影響，存在較大誤差。大量研究及現場應用表明：采用實物測量遲到時間計算的油氣上竄速度與實際情況吻合度較高。

實測遲到時間常用指示物為在鉆井液中會輕微上浮的塑料片、大米、方便面袋，陶瓷片等[16-17]，上述指示物所測遲到時間與巖屑遲到時間較為吻合。電石作為氣體指示劑，對實測氣體的遲到時間測得的精確度高，具體方法是：接單根或立柱時，將電石指示劑投入鉆具內，開泵循環，記錄開泵時間，監測氣測異常出現的時間，通過鉆具內容積及泵排量，計算實際遲到時間。為準確起見，在測量遲到時間過程中保持鉆井液泵排量的穩定及中途不要停泵。

(3)

式中T實遲——實測油氣遲到時間，min；

T周——循環周時間，min；

T下——指示物由井口至鉆頭下行時間，min；

T異——氣測異常時間，h:min；

T開——開泵時間，h:min；

V鉆——鉆具內容積，m3。

此處的T異和T開分別為公式(1)中的T1和T2。

YPT7井在鉆至井深3 469.7 m時，為準確測量氣體遲到時間，錄井操作員往鉆具內投放電石，19:32開泵循環，排量為1.676 4 m3/min，見指示物的時間是20:48，鉆具內容積為28.956 m3，則根據公式(3)可求得：T實遲=20:48-19:32-(28.956/1.676 4)≈59(min)。

2.2 準確讀取氣測異常時間

對YPT7井后效氣測原始記錄數據進行統計分析，并將后效氣測全烴曲線進行總結歸類，關于開泵后氣測異常時間的讀取主要分為以下幾種情況。

(1)第一種情況：后效全烴曲線有明顯的拐點。如圖1a所示，全烴曲線從穩定狀態突然上升，突變處即為曲線拐點，說明儀器檢測到氣測值變化，認為拐點所對應的時間為開泵后的氣測異常時間。同理，根據后效氣測原始數據，全烴值變化明顯的數據所對應的時間即為氣測異常時間。圖1a中后效氣測曲線拐點明顯，結合氣測原始數據，拐點對應的時間為04:29(h:min)。

圖1 YPT7井短起下后效曲線圖

(2)第二種情況：后效氣全烴曲線平滑上升至峰值，無明顯拐點。此種情況下，全烴值緩慢變化，全烴曲線無突變點(圖1b)，無法在曲線上準確定位氣測異常，必須參考錄井儀器所記錄的數據庫里全烴值的數據變化，并與全烴基值進行對比讀取[18]。具體讀取方法是：全烴值數據變化達到全烴基值的2～3倍所對應的時間點為氣測異常時間。全烴基值一般為氣測顯示前較為平穩的值[19-20]。圖1b中僅根據曲線無法確定氣測異常時間，根據表1中的數據，求取氣測異常時間為16:15。

表1 后效全烴值和時間對應統計表

(3)第三種情況：當有多組油氣層共存時，后效全烴曲線存在多個高峰值，參考后效全烴基值并以對本次后效有主要影響且最早出現峰值所對應的那部分曲線讀取氣測異常時間，讀取方法參考第一種情況和第二種情況所敘述的方法。如圖1c所示，讀取的氣測異常時間為05:40(h:min)。

2.3 確定油氣層深度

油氣層深度即油氣層頂界深度，以對本次后效有主要影響的油氣層為原則進行確定[21]。如果鉆開的是單一的油氣層，就以歸位后的油氣層頂界深度為準。如果鉆開的是多套油氣層，后效全烴曲線就可能會出現多個高峰，如圖1c所示，以對本次后效有主要影響且最先出現氣測異常的油氣層深度為準。

3 現場應用情況分析

YPT7井二開完鉆后需進行電測作業，此工序時間較長，通過短起下鉆測算油氣上竄速度以確定安全作業時間。本節應用上文中所形成的成果認識對遲到時間法所需的關鍵參數進行了求取，并對計算過程及結果進行了分析。

3.1 短起下氣測后效錄井基本數據

YPT7井在測井作業前，在井深3 490 m循環加重鉆井液密度至1.86 g/cm3后，于10:30停泵后短起下15柱循環測后效，鉆頭位置為3 488 m，開泵時間為13:37，靜止時間為189 min，排量為1.524 m3/min，氣測全烴由0.076 8%至44.789 5%，如圖1d所示。鉆井液密度由1.86 g/cm3至1.82 g/cm3，黏度由81 s至85 s。鉆具內容積為29.738 4 m3，環空容積為86.060 4 m3。

3.2 關鍵參數求取及油氣上竄速度計算

3.2.1 遲到時間

3.2.2 氣測異常時間

如圖1d所示，后效曲線拐點明顯，拐點值所對應的時間即為氣測異常時間，讀取時間為14:38(h:min)。

3.2.3 油氣層深度

根據圖1d所示的氣測全烴曲線可以判斷曲線有一個峰值，此氣測全烴曲線為高壓層段(3 404.56～3 405.18 m)的后效顯示情況，即判斷油氣層頂界深度為3 404.56 m。

3.2.4 上竄速度計算

3.3 計算準確性分析

3.3.1 實測遲到時間

3.3.2 氣測異常時間

通過后效全烴曲線判斷，氣測異常時間為14:38。同時，通過全烴值原始記錄數據，將14:38拐點處前后3 min的全烴值進行對比(表2)，在14:38時全烴值變化明顯，驗證了氣測異常時間的讀取是準確的。

表2 14:38前后3 min后效全烴值與時間對應統計

3.3.3 油氣層深度

二疊系Pha Nok Khao組及以上地層出現多層油氣顯示，在高壓層段(3 404.56～3 405.1 m)處發生溢流，調整鉆井液密度至1.86 g/cm3后結束壓井。顯然，調高后的鉆井液液柱壓力平衡了其他低壓油氣層的壓力，即判斷油氣層頂界深度為3 404.56 m。

3.3.4 安全作業時間

安全起下鉆需要18 h，測井作業需要20 h，按照安全作業工時=(起下鉆工時+測井作業工時)×1.5計算，累計需要安全作業時間為57 h。通過測算油氣上竄至井口的時間為59.31 h，符合安全作業條件，順利安全完成測井作業。與所需安全作業時間相比，誤差時間控制在3 h以內，誤差控制在5%以內。

在油氣層深度及氣測異常時間確定的前提下，將理論遲到時間、實測巖屑遲到時間與實測氣體遲到時間計算的油氣上竄速度進行了對比分析，見表3。

由表3可見，通過理論遲到時間計算的油氣上竄速度無法確定是否符合作業條件，通過實測巖屑遲到時間計算的油氣上竄速度不符合安全作業條件，而通過實測遲到時間計算的油氣上竄速度是完全符合安全作業要求的，避免了循環排氣及提高鉆井液密度。因此，現場采用實測氣體遲到時間計算油氣上竄速度不僅簡單有效，而且能提高計算精度。

表3 理論遲到時間、實測巖屑遲到時間及實測氣體遲到時間計算油氣上竄速度對比

4 結論

(1)鉆入油氣層起鉆前，通過短程起下鉆測后效能準確地檢查油氣侵和溢流，應用遲到時間法計算油氣上竄速度可精確地判斷油氣上竄時間，遲到時間、氣測異常時間、油氣層深度是影響計算精確性的關鍵參數。

(2)在氣井中，采用電石作為氣體指示劑，能實現對氣體遲到時間的精確測量。

(3)氣測異常時間需根據具體氣測情況求取，后效曲線拐點明顯時，氣測異常時間即為拐點處時間；后效曲線拐點不明顯時，全烴值數據變化達到全烴基值的2～3倍所對應的時間點為氣測異常時間。

(4)鉆開多套油氣層時，油氣層深度的確定以對本次后效有主要影響且最先出現氣測異常的油氣層為準。