油气上窜速度计算方法的改进

郭辉 李飞

摘 要： 现场录井中，准确计算油气上窜速度对安全钻井、油气层的保护和后期的测试、油气产能评价意义重大。根据油气上窜速度可以对储层的特性和产能进行定性评价、合理调整钻井液密度，既能确保油层不被压死，又能使钻井工程安全的施工。为此，提出了一种计算油气上窜速度的方法，该方法考虑了井深结构和钻具结构等影响环空体积的因素。现场作业表明，该方法是可行的。

关键词： 后效录井；油气上窜速度；新计算方法

【中图分类号】 TE242 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）11-0274-02

0 引言

后效录井（ 亦称循环钻井液气测录井） 是指工程停钻或起下钻作业过程中钻井液静止一段时间后，下钻到需要的深度进行钻井液循环时，测定通过扩散和渗透作用进入井筒钻井液中烃类气体的含量。取全取准后效显示资料，准确计算油气上窜速度， 对于评价油气水层，保证安全施工，保护油气层，提高勘探的整体效益均具有十分重要的意义。

长期以来关于油气上窜速度的计算方法很多（如迟到时间法[1]和累计泵冲数法[2]）， 各种计算方法各有特点，现在随着深井和超深井的出现，井身的结构越来越复杂，原来的计算方法没有考虑到这些因素的影响，计算出来的结果与实际的结果偏差较大，在很大程度上影响了钻井工程的正常开展。为此，笔者基于泥浆体积排代法得到了一种计算油气上窜速度的新方法。

1 目前油气上窜速度的影响因素

1.1 环形空间差别的影响。

由于井眼结构及钻具结构的上部和下部都不同，不同位置上返速度就会不同，按上述方法归为将出现很大的误差。

1.2 钻井液排量的影响。

钻井液排量的变化直接影响着迟到时间的变化，在刚开泵循环时，由于钻井液静止时间长，钻井液稠，需要先用小排量循环，人为降低泵速，循环一段时间后再提高泵速使排量增大。有时由于两个泵互相更换，排量也会不同。这样，用现有的方法无法准确计算出随时间变化的排量，也就影响了深度的准确归位，至使深度归位误差增大。

此外，还有其他一些因素也对循环钻井液深度归位造成影响，如起钻灌钻井液、下钻钻井液溢出和井径扩大率的影响等。

为了消除上述影响，准确计算出环空体积和累计排出的钻井液体积，为此采用钻井液排代法，计算出累计排出的钻井液体积，即可比较精确的计算油气上窜速度。

2 排代法计算油气上窜速度的原理

泥浆体积排代法的计算原理是在有效时间内，泵的实际泥浆排代体积与井内的实际环空排代体积一致，每次下钻开泵循环过程中，从开泵到出现最大值的时间t时，用泥浆泵泵入井内的泥浆体积VD与测量时油气层已上窜所至的井深到井口的环空体积VF相等。

VD=VF

在单位时t内用泥浆泵泵入井内钻井液的体积：

VD=Ax△V

式中，A为单位时间t内泥浆泵的总泵冲数；△V为泥浆泵每冲的排代体积，m3/冲。

将整个井身结构和钻具组合可近似看作一个圆柱体，由圆柱体体积计算公式可以得到：

V=HxS

式中，H为柱状长度，m；S为柱体的横街面积，m2。

实际录井过程中，由于受到井身结构和钻具外径等影响，各种钻具与井身间的环空体积均不一样，计算时应分别计算出各段的环空体积，即：

式中，Hi为各外径钻具的有效长度，m；Si为各外径钻具的横截面积，m2；Si=π（Di2-di2）4，Di为裸眼直径或套管内径，m；di为各种钻具的外径，m。

开泵时油气层已上窜至井深到井口的环空体积：

式中，i为从井口到油气上窜井深的各种钻具代号。

上式中各钻具的有效长度Hi是已知的， 所求的是油气上窜后高度所对应的钻具结构的有效长度。

在现场的录井中，钻具的相关参数是已知的，而对于已经钻开的上部的井深结构是已知的，下部钻具与井身间的所有横切面积是可以直接计算出来的。公式为

式中，HiSi为从井口开始第i种钻具与井身之间的环空体积。在实际生产中，每次下钻的钻具组合、各种钻具的长度、钻具的外径以及井深的结构都已知，这样可以求出H1s1+H2s2+…+Hn-1sn-1的值。计算重点是求出最下面的一种钻具的有效长度（即Hn），可采用数学比较法求解。我们可以采用数学比较方法从井口第一种外径钻具所对应的外环空体积V1开始逐级比较。

如果V>V1，则说明第一种钻具到井口环空体积小于油气上窜高度到井口的环空体积，则进行下一级比较

V>V1+V2

……

直到V>V1+V2+…+Vn-1，和V>V1+V2+…+Vn时此时说明油气上窜高度在n-1和i中钻具之间，我们可以通过钻具组合得到n-1前钻具对应的长度，可以求出第i中钻具的有效长度Hi，可以得到

由此可以计算出油气的上窜高度h=H1+H2+……+Hi。

因此可以得出

u+H-ht

式中，H为随钻工程中油气层出现显示深度，m；

h为开泵测量时油气层已上窜所至的深度

t为钻井液静止时间，h。

3應用实例

通过对伊朗雅达地区多口井的实际排量计算，对比传统的迟到时间计算方法，两者都与现场实际测量相符。

注：雅达地区油气显示多为灰岩，主要为孔隙含油，裂缝不发育，渗透性一般，且在钻进过程中，钻井液相对密度比较大，对油气释放有一定的影响。

结束语

（1）在实际运用中，利用该方法计算油气上窜速度必须考虑下列问题：由于数学模型建立在泵的单位排量上，在实际录井过程中，泵的排量受到泵的缸套直径、泵的上水效率等的影响，因而在录井之前必须效验每一个泵的实际排量，利用单位时间内实际泵入井内的体积来效验实际排量和上水效率。需要效验泵在单位时间的泵冲数，这样计算出来的总泵冲数比较准确， 最后计算的总排代体积就比较准确。泵的实际排量是影响计算结果的主要因素，工作中要效验准确的实际每泵冲排量。

（2） 等体积排量法计算油气上窜速度，用了单位时间的泵的总的排代体积相对量，涉及了循环排量，在现场录井过程之中。考虑具体的井眼与井深结构，公式中仅需要测量出现最大值时泵向井内的泵的实际体积，其它都为已知量，计算结果准确，适用于现场录井对于油气上窜速度的计算。

（3）公式推导建立在油气在静止一段时间后油气已经上窜所达到的高度，未考虑油气的滑脱上升、气体膨胀等因素，这有待今后进一步研究。

参考文献

[1] 孙士平，孙宝发·基于泥浆体积排代法计算油气上窜速度研究·长江大学学报，2010，7（3）：499～501

[2] 吕鹏福，对后效深度归位的改进·录井工程，2008，19（1）：70～71