短起下測油氣上竄速度關(guān)鍵影響參數(shù)探討及應(yīng)用

熊文學(xué)，惠 濤，袁 旭，龍安杰

(陜西延長石油國際勘探開發(fā)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(dòng)稱為油氣上竄。單位時(shí)間內(nèi)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(fā)生井涌溢流乃至井噴事故[2]。在作業(yè)現(xiàn)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(huán)一周以上。通過后效顯示觀察鉆井液是否油氣侵，并計(jì)算油氣上竄速度來確定是否符合安全作業(yè)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(yīng)用[4]：①電測及下套管前；②進(jìn)入油氣層后第一次起鉆；③發(fā)生溢流壓井成功后起鉆；④進(jìn)入油氣層發(fā)生井漏堵漏成功后起鉆。

關(guān)于上竄速度的計(jì)算，李基偉、武慶河、應(yīng)維民等[1,5-7]學(xué)者分別提出了考慮鉆具的排替作用、井身結(jié)構(gòu)和開泵后油氣自身運(yùn)移等因素的計(jì)算方法，全烴曲線法，遲到時(shí)間法，以及累計(jì)泵充數(shù)法，但現(xiàn)場應(yīng)用最廣泛的是遲到時(shí)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(qū)塊已發(fā)現(xiàn)氣顯示的2口井中，常因油氣上竄速度計(jì)算有誤差，不利于合理調(diào)整鉆井液密度及儲(chǔ)層保護(hù)[9-10]。本文對遲到時(shí)間法計(jì)算油氣上竄速度所需的參數(shù)進(jìn)行探討分析。

1 計(jì)算油氣上竄速度的關(guān)鍵參數(shù)分析

遲到時(shí)間法[11-12]計(jì)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(huán)時(shí)鉆頭深度，m；

T靜——鉆井液靜止時(shí)間，min；

T1——從開泵到氣測異常時(shí)間，h:min；

T2——開泵時(shí)間，h:min；

T遲——鉆頭所在位置的遲到時(shí)間，min。

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

1.1 遲到時(shí)間

遲到時(shí)間的理論計(jì)算公式[13-14]：

(2)

式中V環(huán)——井內(nèi)環(huán)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(jù)公式(2)可知，遲到時(shí)間的理論計(jì)算是在理想狀態(tài)下進(jìn)行的，井眼不規(guī)則、泵排量誤差以及忽略對鉆具接箍尺寸的考慮等，均對計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響，而且公式(2)計(jì)算的是鉆井液的遲到時(shí)間。實(shí)際鉆井作業(yè)中，鉆井液是攜帶巖屑及氣體從井底沿著井筒運(yùn)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(kuò)散。由此分析，氣體遲到時(shí)間小于巖屑遲到時(shí)間。

1.2 后效氣測異常時(shí)間

本文中后效氣測異常時(shí)間即開泵后見油氣顯示的時(shí)間。關(guān)于氣測異常的解釋，并未有明確的規(guī)定。文獻(xiàn)中提到關(guān)于氣測異常的解釋為[6,15]：氣測值在基值背景基礎(chǔ)上明顯升高的現(xiàn)象。由于氣測異常時(shí)間沒有統(tǒng)一的規(guī)定，因此現(xiàn)場往往采用經(jīng)驗(yàn)做法，有些以后效全烴曲線的峰值為準(zhǔn)，有些以后效全烴曲線偏離基值為準(zhǔn)，有些以后效全烴曲線拐點(diǎn)值為準(zhǔn)，等等。這就是計(jì)算油氣上竄速度時(shí)經(jīng)常會(huì)有多種結(jié)果出現(xiàn)的原因之一。

1.3 油氣層深度

在油氣勘探作業(yè)中，在同一裸眼段經(jīng)常會(huì)遇到多層油氣顯示同時(shí)出現(xiàn)的情況，有時(shí)候出現(xiàn)顯示的層段非常接近，給錄井后效檢測油氣顯示情況并計(jì)算油氣上竄速度帶來困擾。如果油氣層頂界深度確定不準(zhǔn)確，則計(jì)算的上竄速度必然存在誤差。

2 關(guān)鍵參數(shù)求取的實(shí)踐及認(rèn)識

在分析計(jì)算油氣上竄速度關(guān)鍵參數(shù)的基礎(chǔ)上，本節(jié)參考了前人的研究成果，結(jié)合泰國呵叻盆地L31/50區(qū)塊YPT7井短起下的后效氣測情況，以及實(shí)際過程中對各關(guān)鍵參數(shù)的求取應(yīng)用，對各關(guān)鍵參數(shù)求取的具體方法形成了新的認(rèn)識。

2.1 實(shí)測遲到時(shí)間

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

實(shí)測遲到時(shí)間常用指示物為在鉆井液中會(huì)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(shí)間與巖屑遲到時(shí)間較為吻合。電石作為氣體指示劑，對實(shí)測氣體的遲到時(shí)間測得的精確度高，具體方法是：接單根或立柱時(shí)，將電石指示劑投入鉆具內(nèi)，開泵循環(huán)，記錄開泵時(shí)間，監(jiān)測氣測異常出現(xiàn)的時(shí)間，通過鉆具內(nèi)容積及泵排量，計(jì)算實(shí)際遲到時(shí)間。為準(zhǔn)確起見，在測量遲到時(shí)間過程中保持鉆井液泵排量的穩(wěn)定及中途不要停泵。

(3)

式中T實(shí)遲——實(shí)測油氣遲到時(shí)間，min；

T周——循環(huán)周時(shí)間，min；

T下——指示物由井口至鉆頭下行時(shí)間，min；

T異——?dú)鉁y異常時(shí)間，h:min；

T開——開泵時(shí)間，h:min；

V鉆——鉆具內(nèi)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(shí)，為準(zhǔn)確測量氣體遲到時(shí)間，錄井操作員往鉆具內(nèi)投放電石，19:32開泵循環(huán)，排量為1.676 4 m3/min，見指示物的時(shí)間是20:48，鉆具內(nèi)容積為28.956 m3，則根據(jù)公式(3)可求得：T實(shí)遲=20:48-19:32-(28.956/1.676 4)≈59(min)。

2.2 準(zhǔn)確讀取氣測異常時(shí)間

對YPT7井后效氣測原始記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并將后效氣測全烴曲線進(jìn)行總結(jié)歸類，關(guān)于開泵后氣測異常時(shí)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(diǎn)。如圖1a所示，全烴曲線從穩(wěn)定狀態(tài)突然上升，突變處即為曲線拐點(diǎn)，說明儀器檢測到氣測值變化，認(rèn)為拐點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)間為開泵后的氣測異常時(shí)間。同理，根據(jù)后效氣測原始數(shù)據(jù)，全烴值變化明顯的數(shù)據(jù)所對應(yīng)的時(shí)間即為氣測異常時(shí)間。圖1a中后效氣測曲線拐點(diǎn)明顯，結(jié)合氣測原始數(shù)據(jù)，拐點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)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(diǎn)。此種情況下，全烴值緩慢變化，全烴曲線無突變點(diǎn)(圖1b)，無法在曲線上準(zhǔn)確定位氣測異常，必須參考錄井儀器所記錄的數(shù)據(jù)庫里全烴值的數(shù)據(jù)變化，并與全烴基值進(jìn)行對比讀取[18]。具體讀取方法是：全烴值數(shù)據(jù)變化達(dá)到全烴基值的2～3倍所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)為氣測異常時(shí)間。全烴基值一般為氣測顯示前較為平穩(wěn)的值[19-20]。圖1b中僅根據(jù)曲線無法確定氣測異常時(shí)間，根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，求取氣測異常時(shí)間為16:15。

表1 后效全烴值和時(shí)間對應(yīng)統(tǒng)計(jì)表

(3)第三種情況：當(dāng)有多組油氣層共存時(shí)，后效全烴曲線存在多個(gè)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(xiàn)峰值所對應(yīng)的那部分曲線讀取氣測異常時(shí)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(shí)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(jìn)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(zhǔn)。如果鉆開的是多套油氣層，后效全烴曲線就可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)高峰，如圖1c所示，以對本次后效有主要影響且最先出現(xiàn)氣測異常的油氣層深度為準(zhǔn)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況分析

YPT7井二開完鉆后需進(jìn)行電測作業(yè)，此工序時(shí)間較長，通過短起下鉆測算油氣上竄速度以確定安全作業(yè)時(shí)間。本節(jié)應(yīng)用上文中所形成的成果認(rèn)識對遲到時(shí)間法所需的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了求取，并對計(jì)算過程及結(jié)果進(jìn)行了分析。

3.1 短起下氣測后效錄井基本數(shù)據(jù)

YPT7井在測井作業(yè)前，在井深3 490 m循環(huán)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(huán)測后效，鉆頭位置為3 488 m，開泵時(shí)間為13:37，靜止時(shí)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(nèi)容積為29.738 4 m3，環(huán)空容積為86.060 4 m3。

3.2 關(guān)鍵參數(shù)求取及油氣上竄速度計(jì)算

3.2.1 遲到時(shí)間

3.2.2 氣測異常時(shí)間

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

3.2.3 油氣層深度

根據(jù)圖1d所示的氣測全烴曲線可以判斷曲線有一個(gè)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(jì)算

3.3 計(jì)算準(zhǔn)確性分析

3.3.1 實(shí)測遲到時(shí)間

3.3.2 氣測異常時(shí)間

通過后效全烴曲線判斷，氣測異常時(shí)間為14:38。同時(shí)，通過全烴值原始記錄數(shù)據(jù)，將14:38拐點(diǎn)處前后3 min的全烴值進(jìn)行對比(表2)，在14:38時(shí)全烴值變化明顯，驗(yàn)證了氣測異常時(shí)間的讀取是準(zhǔn)確的。

表2 14:38前后3 min后效全烴值與時(shí)間對應(yīng)統(tǒng)計(jì)

3.3.3 油氣層深度

二疊系Pha Nok Khao組及以上地層出現(xiàn)多層油氣顯示，在高壓層段(3 404.56～3 405.1 m)處發(fā)生溢流，調(diào)整鉆井液密度至1.86 g/cm3后結(jié)束壓井。顯然，調(diào)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(yè)時(shí)間

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

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

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

表3 理論遲到時(shí)間、實(shí)測巖屑遲到時(shí)間及實(shí)測氣體遲到時(shí)間計(jì)算油氣上竄速度對比

4 結(jié)論

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

(2)在氣井中，采用電石作為氣體指示劑，能實(shí)現(xiàn)對氣體遲到時(shí)間的精確測量。

(3)氣測異常時(shí)間需根據(jù)具體氣測情況求取，后效曲線拐點(diǎn)明顯時(shí)，氣測異常時(shí)間即為拐點(diǎn)處時(shí)間；后效曲線拐點(diǎn)不明顯時(shí)，全烴值數(shù)據(jù)變化達(dá)到全烴基值的2～3倍所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)為氣測異常時(shí)間。

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