ZQ2井实测迟到时间异常原因分析及修正措施

魏保卫，周鹏遥，王景辰，马腾飞，魏建华

中国石油塔里木油田分公司安全环保与工程监督中心（新疆 库尔勒841000）

在油气井钻探过程中，有一项常用的工程参数叫做迟到时间，是指岩屑或地层中的流体从井底随钻井液上返至地面所需的时间。迟到时间在钻井过程中的作用十分重要：①可以准确地捞取岩屑，对地层岩屑进行准确的归位，恢复井下地层的剖面情况；②可以准确地落实油气层显示井段；③可以准确计算出油气上窜速度[1-6]，调整钻井液性能，优化钻井方案，有效降低钻井井控风险。如何获取准确的迟到时间，从而保证录井质量、保障井下安全是现场录井的一项重要工作。

1 录井中常用的获取迟到时间的方法

录井迟到时间可以分为理论迟到时间和实测迟到时间。理论迟到时间有两种计算方法：

1）排量法（排量稳定）：

2）累计泵冲法（排量不稳定）：

式中：T为岩屑迟到时间，min；Q为钻井液泵排量，L/min；D为井眼直径，m；d为钻杆外径，m；V为井筒环形容积，m3；H为钻头深度，m；P为泵效率；S0为正循环时自钻头位置返上至井口的累计泵冲数，冲；V1为每冲泵排量，L/冲。

受井眼不规则、钻井液泵效等因素影响，理论迟到时间与实际迟到时间往往存在偏差。因此在实际生产中必须定期实测迟到时间，通常采用接单根或立柱时投掷标识物的方法测得实际迟到时间，常用标识物有硅胶颗粒、黑塑料条或电石等[7-9]。

除使用标识物进行实测迟到时间外，通常还采用钻遇特殊岩性（如煤层、灰岩或砂岩等）的不同钻时特征，记录钻进该地层至岩屑返出时间；或者利用接单根或立柱时产生的单根峰返出时间对理论和实测迟到时间进行校正[10]。

在岩屑录井过程中，迟到时间以实测迟到时间为准进行岩屑捞取，理论迟到时间作为实测迟到时间的辅助验证与参考。一般情况下，实测迟到时间与根据实际进行参数修正后计算出的理论迟到时间偏差值较小。

2 实测迟到时间异常发生及原因分析

ZQ2井是一口部署于塔里木盆地库车坳陷秋里塔格构造带ZQ段ZQ2号背斜构造的预探井，设计井深6 650 m，目的层为白垩系巴什基奇克组，钻探主要目的为探索ZQ2号构造的含油气性，为ZQ段勘探和整体评价寻找突破。

2.1 实测迟到时间异常发生经过

ZQ2井井身结构为五开五完，其中二开井眼尺寸为444.5 mm（17½″），钻具尺寸为139.7 mm（5½″），环空相对较大。在二开钻进过程中，录井队按照录井规范要求进行实测迟到时间。其中井深大于3 000 m，需每100 m实测一次迟到时间。由于采用斯伦贝谢垂钻工具Power-V，使放置仪器的钻具内间隙变小，故采用电石作为标识物进行实测。二开上部地层井段实测迟到时间均与理论迟到时间偏差小，实测值正常。但于井深3 809 m再次实测迟到时间时，实测较理论提前约50 min，其他工程参数无异常，起初怀疑为钻具刺漏导致，但起钻检查钻具完好无刺漏。

二开自该井深3 809 m之后至本开次中完井深4 545 m，实测迟到时间均较理论大幅提前约50～60 min，三开钻进后电石实测迟到时间恢复正常（图1），与异常迟到时间伴随出现的现象是返出岩屑也相对杂乱。与邻井ZQ102井相比较，在两口井岩屑代表性都较好的情况下，ZQ2井在相同岩性组合层段捞取的整米岩屑较ZQ102井更加杂乱。

图1 ZQ2井实测与理论迟到时间对比

2.2 异常原因分析

ZQ2井二开上部井段实测迟到时间正常，而自井深3 809 m后实测迟到时间却异常提前。要查找异常发生的原因就必须找出在该井深附近出现的可能导致该现象产生的变量。

经过实钻各项参数分析，发现该井深上下井段钻进过程中存在两项重要变量：①泵排量降低。正常工况下，随着井深及钻井液密度的增加，要求钻井液泵排量需维持在一定值以上才能保证岩屑正常返出，以确保井下安全，但这会使泵压不断升高。该井二开井段由于采用Power-V垂钻工具钻进，工具本身对钻具内水眼通畅性有一定影响，加之井队钻井液泵设备陈旧，泵性能老化，自井深 3 720 m以后无法再次提升泵排量（几次尝试增加泵排量，但总导致泥浆泵无法正常工作），于是将泵排量由53 L/s降至45 L/s，低于设计要求的最小携岩排量（表1、表2），导致一定程度的返砂困难。②钻井液黏切升高。为保证岩屑返出量，降低钻井井下风险，在无法提升钻井液泵排量的情况下，工程上采取了提高钻井液黏切的技术措施以提高钻井液携砂性能,自井深3 783 m起将钻井液漏斗黏度61 s提升至80 s、动切力11 Pa提升至19 Pa（表3、表4）。

表1 二开钻进排量参数设计

表2 二开实钻排量参数统计

表3 二开钻进钻井液性能设计

表4 二开实钻钻井液黏切性能

以上重要变量相互作用叠加，产生了在正常钻进过程中较罕见的现象，钻井工程上称之为“穿心流”或“窜流”，即井筒内在近钻杆（非贴钻杆）处钻井液上返速度快，远离钻杆往井壁方向钻井液上返速度变慢。在用电石实测迟到时间时投掷电石产生的乙炔气体沿近钻杆钻井液上返快的通道返出井口，造成实测迟到时间异常提前。

3 迟到时间修正措施

3.1 迟到时间新公式推导

在井段3 728～4 545 m钻进过程中，由于实测迟到时间异常提前，已基本失去可参考性，理论迟到时间的计算公式也不再适用，工程上虽有对此现象的定性叫法，但并无流体模型及计算方程等相关的定量研究。如何根据实钻情况推算出符合现场实际的迟到时间，以准确捞取对应井深岩屑成为现场录井工作的重点。

首先尝试建立钻井液上返快慢通道的简易理论模型（图2、图3），理想状态下环空快、慢通道内的钻井液各自以类似匀速（V快、V慢）上行，r快为快通道模拟圆半径（m）。

图2 井眼横截面示意图

图3 井眼剖面示意图

1）V快等于用电石实测迟到时间时乙炔气的上行速度，m/min。

2）Q快+Q慢=Q；其中：Q快为快通道排量，L/min；Q慢为慢通道排量，L/min；Q为泵排量，L/min。

3）r快的快通道窄，环空绝大部分为慢通道，岩屑主要沿慢通道上返至井口，故岩屑迟到时间即为定名岩屑沿慢通道上返至井口的时间。

根据公式Q快+Q慢=Q可建立以下方程式：

式中：R为井眼半径，m；ro为钻杆半径，m。

根据岩屑主要沿慢通道上返至井口，可列式：

式中：M为定名岩屑占当米捞取岩屑百分比；W慢为定名岩屑量，dm3；W总为当米捞取总岩屑量，dm3。

式中：T为定名岩屑迟到时间，min；H为井深，m。

其中：①V快可以通过用电石实测的迟到时间和对应的井深数据求得，V快等于井深除以实测时间，计算得到的V快均为26 m/min左右；②M值可以通过捞取钻时差异特征明显且相对孤立的夹层特殊岩性，观察定名岩屑占总岩屑（排除掉块）的百分比来获得。实测迟到时间异常井段的地层主要岩性组合特征为褐色泥岩，与砂岩呈不等厚互层，且砂岩泥岩钻时慢、砂岩钻时较快，故选取相对孤立的砂岩体（上、下泥岩厚度2 m左右砂岩夹层）作为特殊岩性选取点。为保证数据可靠，捞取15组样本观察变化范围（图4），取中间值得到M为88%。

图4 15组选取点M值展布图

将已知量及计算获得量代入公式（3）、（4），可以求出V慢为17 m/min。再利用公式（5）得出岩屑迟到时间。

3.2 新迟到时间的校正

用地层特殊岩性作为标记物去实测岩屑迟到时间。在钻进过程中，泥岩钻时慢（15～20 min/m），粉砂岩、细砂岩钻时较快（10 min左右）。针对砂岩钻时快的特征，先记录钻时变快的时间，等到振动筛返出以砂岩为主岩屑的时间，二者的差值作为该处的岩屑实测迟到时间，共选取了12个点。通过岩屑实测迟到时间与公式推导新迟到时间进行对照（表5），可以看出二者吻合度高。

表5 岩屑实测与公式推导迟到时间对照表

4 应用效果

运用推导出的迟到时间修正公式，通过不断采用特殊岩性岩屑实测迟到时间进行校正后，获得了符合现场实际的岩屑迟到时间，现场岩屑录取工作得以正常开展。

二开中完电测后，现场利用电测曲线特征对该段地层岩性进行了归位。通过岩屑录井的录井剖面与电测岩性归位剖面对比（图5），录井岩性剖面符合率较高，运用此种修正措施得到的迟到时间与现场实际匹配性好，岩屑录井应用效果良好。

图5 录井与测井归位岩性剖面对照图

5 结束语

随着钻井技术及工艺的突飞猛进，新的钻井工具不断被引入到油气井钻探过程中来。钻井机械钻速越来越快，钻井周期也越来越短，综合录井质量受到的冲击却越来越大，这也给录井工作人员现场解决问题的能力提出了更高的挑战。当钻进过程中遇到类似情况时，要综合各种影响因素，充分结合地层实钻岩性特征及工程参数变化情况，找出适合的解决方法，测准迟到时间，准确捞取岩屑，以保证现场录井质量。