一種計算油氣上竄速度的新方法及應用

劉 鵬

（大慶鉆探工程公司地質錄井二公司錄井分公司，黑龍江 大慶 138000）

1 概述

目前現場采用的方法是根據經驗來獲取遲到時間的大小，然后通過遲到時間法來計算油氣上竄速度，這種經驗法缺乏理論依據，而且每個人對于這種經驗的理解不同，直接導致計算結果偏差很大，最重要的是無法保證后續施工的安全，尤其是在短程提下鉆后計算油氣上竄時，因為靜止時間短，導致計算結果偏大，從而開始懷疑計算結果的正確性。

對此，本文提出了累計泵沖差值法，這種方法不必考慮泥漿泵的排量，也不必考慮遲到時間的大小，能夠準確計算油氣上竄的速度。

2 傳統計算油氣上竄速度的方法

目前已知的兩種計算油氣上竄速度的方法分別是遲到時間法和和容積法。

2.1 遲到時間法

遲到時間法計算公式為：

式中：v——油氣上竄速度，m/h；

H油——推測油氣層頂界深度，m；

H鉆——鉆頭位置所在深度，m；

t見——見到油氣顯示的時間，min；

t開——開始循環的時間，min；

t遲——鉆頭所在位置的遲到時間，min；

t靜——從上次起鉆停止循環到本次開泵之間的靜止時間，h。

這個公式使用的前提是在理想狀態下，以前鉆井技術不夠發達，井一般比較淺，井下環境沒有現在復雜，泥漿泵能夠快速提升到指定的排量，這樣根據見到顯示花費的時間和遲到時間相比對就可以計算出油氣所在的深度，然后根據已知油氣層的深度即可算出油氣上竄的速度。這種方法要求泥漿泵排量一定，鉆頭所在位置的遲到時間一定，顯然不適用于現在的井下環境。

2.2 容積法

容積法的計算公式：

式中：v——油氣上竄速度，m/h；

H油——推測油氣層頂界深度，m；

t見——見到油氣顯示的時間，min；

t開——開始循環的時間，min；

t靜——從上次起鉆停止循環到本次開泵之間的靜止時間，h；

Q排——泥漿泵排量，m3/min；

V環——單位長度環空體積，m3/m。

這個公式應用的前提一樣是在理想化條件下，泥漿泵以一定的排量循環，然后代入公式即可，但是顯然在當前的施工作業中，泥漿泵的排量首先就是不能固定的，所以這個公式也不適用于現在的井下環境。

不管哪種方法，都需要泥漿泵的排量一定，尤其是遲到時間法，如果以小排量循環持續很長時間，那么必然使計算結果偏大，所以無論采用傳統的哪種方法都不能準確計算出油氣上竄速度。

3 累計泵沖差值法計算油氣上竄速度

3.1 累計泵沖差值法的原理和應用條件

3.1.1 原理

累計泵沖差值法的原理是：根據泥漿泵單沖排量不受循環總排量大小的影響，環空容積大小與泥漿泵單沖排量、循環累計泵沖數有一一對應的關系，通過累計泵沖來計算出相對應的環空體積，再根據單位長度環空體積計算出油氣上竄的高度（受污染的環空長度），進而得出油氣上竄的速度。當前的錄井條件已經有了很大改善，基本上所有的綜合錄井儀都能隨時準確計算出累計泵沖數，然后用累計泵沖數乘以泥漿泵的單沖排量就可以得出對應的環空體積。

3.1.2 應用條件

應用該方法的第一個前提是我們清楚井下的情況，也就是裸眼段井眼的擴大系數，這個擴大系數是可以實測出來的，每次實測遲到時間時把實測結果與理論結果相比對就可以計算出井眼擴大系數。

第二個前提是我們要確定泥漿泵上水效率的大小，因為泵效直接決定泥漿泵的單沖排量大小，并且這個參數可能會發生變化，不過我們只要在測油氣上竄之前確定其準確性即可。

3.2 累計泵沖差值法的計算方法和好處

3.2.1 計算方法

累計泵沖差值法公式：

式中：v——油氣上竄速度，m/h；

S油——油氣層頂界循環到井口所需要的累計泵沖數，沖；

S見——見到油氣顯示時的累計泵沖數，沖；

Q單——泥漿泵的單沖排量，m3/沖；

V環——單位長度環空體積，m3/m；

t靜——從上次起鉆停止循環到本次開泵之間的靜止時間，h；

D裸——裸眼直徑（經過擴大系數校正后的直徑）；

d具——鉆具外徑。

具體的方法是：首先我們確定油氣層頂界的深度，然后根據油氣層頂界深度計算出該深度循環到井口所需要的總泵沖數S油；

之后在循環時觀察見到油氣顯示時的累計泵沖數S見，二者之差即為受油氣上竄污染的環空在循環時所需要的總沖數；

然后用這個總沖數乘以泥漿泵的單沖排量Q單即可得出受油氣上竄污染的環空體積；

再除以單位長度環空體積V環計算出油氣上竄的高度；

最后除以靜止時間t靜得出油氣上竄速度。

3.3 累計泵沖差值法的關鍵參數及注意事項

3.3.1 計算單位長度環空體積

首先是單位長度環空體積的計算：公式（3）中V環的計算在不同的情況下需要具體分析，但都是可以實際計算出來的，一般情況下只需要根據裸眼直徑（使用準確的井徑擴大率校正后的直徑）和鉆桿外徑計算即可，只有在特殊情況下需要考慮鉆鋌直徑和上層套管的內徑，比如油層離鉆頭位置較近或者油氣上竄到上層套管內部。如果油氣層頂界距離鉆頭位置小于鉆鋌的長度，則計算時可以先計算從油氣層頂界到鉆鋌頂界之間的環空對應的泵沖數，然后將這部分泵沖數減去之后在按照鉆桿的外徑來計算V環，最后再把油氣層頂界到鉆鋌頂界之間的長度加到油氣上竄高度中即可。

3.3.2 讀準“見到油氣顯示時刻”

其次是要注意“見到油氣顯示時刻”的讀取，筆者查閱了有關論文，大家對于“見到油氣顯示時刻”并沒有明確的定義，有的說在全烴曲線偏離基值的拐點處，有的說在基值的2～3 倍處，有的說在高峰處，說法不一，這直接造成計算結果出現嚴重偏差，對于全烴峰窄的情況下影響稍小一些，但是對于起峰慢、甚至出現平峰與多峰的情況就會出現混亂狀態，因為這個時間的讀取對于計算結果有著非常大的影響。

3.3.3 嚴格執行實測遲到時間的要求

使用該方法的最重要的一個前提就是要清楚井下的情況，所以在鉆進過程中嚴格按照要求實測遲到時間非常重要，不僅要實測，還要在每次實測時對比理論遲到時間，以此來確定井眼的狀況，最終確定下來井眼的擴大系數。

4 累計泵沖差值法的實際應用

XX1 井是一口風險探井，二開完鉆后需要進行下套管作業，由于下套管作業時間較長，為了保證施工安全，需要預留足夠的安全時間，所以在通井后進行短起下鉆測油氣上竄速度。本節分別講述應用傳統方法和累計泵沖差值法的計算過程和結果，來檢驗累計泵沖差值法的適用性。

4.1 基本數據

XX1 井二開完鉆井深4910m，短提下鉆到底，鉆頭位置：4905m，12:37 開始循環，泥漿泵單沖排量Q單為0.013522m3/沖，初始泵沖為23沖/min，之后緩慢提升泵沖，在16:45達到300沖/min，全烴基值為750ppm，16:40全烴值達到1300ppm，有明顯提升，17:08全烴達到峰值1899ppm，此時累計泵沖為51634 沖，17:52 后效結束。由于緩慢提升泵沖導致遲到時間無法確定，所以根據經驗法——后效峰值與后效結束點之間取半幅點位置（C 點位置，對應時間為17:26）距離開泵的時間為遲到時間，確定遲到時間為289min，自從提鉆到本次循環之間的靜止時間為7.4h，預測油氣層深度為4734m。

4.2 根據遲到時間法計算油氣上竄速度

計算過程：由基本數據可知油氣層頂界深度H油為4734m，鉆頭位置H鉆為4905m，開泵時間t開為12:37，見到油氣顯示時間t見為16:40，所以t見-t開=243min，遲到時間t遲為289min，靜止時間t靜為7.4h。

將上述參數代入公式（1）中：

從計算結果上看82.4m/h 的上竄速度顯然是不合理的，完全錯誤。全烴最高值為0.1899%（1899ppm），由全烴峰值可以看出地層中沒有什么能量，氣值很低，不可能有如此之高的油氣上竄速度，這種計算結果會給施工帶來嚴重的錯誤指導。

4.3 根據累計泵沖差值法計算油氣上竄

4.3.1 計算過程

由基本數據可知油氣層頂界深度H油為4734m，根據井身結構和鉆具組合，結合正常鉆進過程中實測遲到時間的結果，確定在當前鉆具組合下4734m 處泥漿循環至井口所需要的總泵沖數S油為54150 沖，泥漿泵單沖排量Q單為0.013522m3/沖，靜止時間t靜為7.4h，經過對比鉆進時實測遲到時間和理論遲到時間得出本井井眼擴大系數為5，根據裸眼直徑和鉆具外徑計算出單位長度環空V環為0.154m3/m，最后剩下一個最關鍵的參數S見，根據之前所述，應該將見顯示時刻選在全烴曲線峰值的拐點位置，也就是B點位置（時間為17:08），所以S見應為51643沖，將S油、S見、Q單、V環、t靜代入到公式中：

4.3.2 效果

本井通過累計泵沖差值法完美地解決了這種氣值特別低、油氣上竄計算結果還特別高的問題，29.7m/h的油氣上竄是符合后續工況的要求的，避免了二次短提測后效的麻煩，節省了施工時間，為后續下套管提供了理論保障。

5 結論

（1）隨著勘探程度的提高，對深井、超深井的需求越來越大，裸眼段越來越長，井下的情況也越來越復雜，這勢必會出現頻繁的起下鉆工序，為了后續施工的安全，要求油氣上竄的計算必須準確，傳統的遲到時間法和容積法已經無法適應當前的井下環境。

（2）累計泵沖差值法計算油氣上竄速度需要的關鍵參數少，并且可以有依據地確定下來，現場人員在運用這個方法的時候不容易受到人為因素的干擾，出現差錯的幾率小，計算結果的誤差也較小，完全能勝任當前鉆井技術下的復雜井況，具有在全國油氣田推廣的價值。