《录井工程》 2018 , 29 (1): 34-37 https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-9803.2018.01.008

工艺技术

油气上窜速度计算方法的改进与现场应用

郇志鹏^①^,, 邱斌^①, 胡剑风^①, 郇志程^②, 高颂^③, 曾杰^④

①中国石油塔里木油田分公司勘探事业部
②中国铁路济南局集团有限公司济南电务段
③西南石油大学地球科学与技术学院
④中国石油西部钻探克拉玛依录井工程公司

中图分类号: TE132.1

文献标识码: A

收稿日期: 2018-01-23

网络出版日期: 2018-03-25

作者简介:

作者简介：郇志鹏工程师,1987年生,2009年毕业于中国石油大学(华东)资源勘查工程专业,现在塔里木油田勘探事业部主要从事现场地质、录井生产管理及技术工作。通信地址:841000 新疆库尔勒市塔指小区勘探事业部B307室。电话:(0996)2173458。E-mail: xzhp-tlm@petrochina.com.cn

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摘要

油气上窜速度是现场油气层评价和井控安全评估的关键参数,其准确与否直接关系到现场钻井施工的井控安全。通过对油气上窜速度影响因素的分析得知,地质因素和非地质因素是影响油气上窜速度的两类主要原因,而非地质因素中的钻具排替作用则是现场油气上窜速度计算存在误差的主要影响因素。通过对钻具排替作用影响的分析,得出不同工况下油气上窜速度传统理论计算方法的改进公式。现场应用表明,改进后的计算方法能有效消除钻具排替作用的影响,为保障钻井施工的井控安全、随钻压力监测以及油气层评价提供准确依据。

关键词： 后效 ; 油气上窜速度 ; 计算方法 ; 钻具排替 ; 影响因素

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郇志鹏, 邱斌, 胡剑风, 郇志程, 高颂, 曾杰. 油气上窜速度计算方法的改进与现场应用[J]. 《录井工程》, 2018, 29(1): 34-37 https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-9803.2018.01.008

0 引言

油气上窜速度是指钻开油气层后,单位时间内油气上窜的距离,在油气井的钻探过程中,往往利用录取的后效资料,经过理论计算获得油气上窜速度^[1]。油气上窜速度是现场油气层评价和井控安全评估的关键资料,准确计算油气上窜速度,对于评价油气水层、保证钻井现场井控安全以及提高勘探的整体效益具有十分重要的意义^[2,3,4]。在实际工作中,油气上窜速度受多种因素影响,而传统的计算方法未能有效排除影响因素,导致与实际的油气上窜速度存在较大误差。这使得依据传统计算方法所得的油气上窜速度不能有效、合理地评价油气层和评估井控安全,甚至形成对井筒压差的误判,造成工程事故。为此,分析油气上窜速度计算影响因素,并有针对性地改进计算方法十分必要。

1 油气上窜速度的影响因素

通过对钻探现场后效测定的多次试验与数据分析,对后效油气上窜速度的影响主要可以分为地质因素与非地质因素两大类。地质因素主要包括储集层的流体(油气)性质及其饱和度、孔隙度、渗透性、地层压力,地质因素是后效显示形成的根本原因,后效油气上窜速度的快慢则是对地质因素的客观反映,油气上窜速度的计算误差不受地质因素的影响;非地质因素主要包括钻井液性能(密度、粘度等)、起钻速度、下钻过程中钻具的排替作用。油气上窜速度反映的是在现有钻井液性能下油气的特性,在不大幅度改变钻井液性能的前提下油气上窜速度的计算是不受钻井液性能影响的。钻井现场为保障井控安全,严格控制起钻速度,而实践证明现场严控起钻速度后对后效油气上窜速度的影响可忽略不计。本文主要针对下钻过程中钻具排替作用对油气上窜速度的影响进行分析。

2 钻具排替对油气上窜速度计算的影响

钻具排替作用是指起下钻或短起下钻测后效期间,钻具下入后替换部分钻井液而导致油气侵(后效)液面上升的作用。钻具排替作用按照排替方式不同可分为开排和闭排。开排是指钻具组合未使用浮阀等内防喷工具,钻具水眼双向畅通,排替的体积等于钻具组合本体的体积;闭排是指钻具组合使用浮阀等内防喷工具,钻具水眼只能单向畅通,排替的体积等于钻具组合外径的体积。

在钻井施工中,现场计算油气上窜速度公式有“迟到时间法”和“容积法”,现场最常用的为“迟到时间法”^[1](计算公式v_后=H_后/t_o)。但是,通过现场实践和验证发现该计算方法存在较大误差。原因在于当井眼空井时,地层内流体(油气) 进入井眼, 实际后效上窜高度为H_后,而当钻具下入后由于排替作用使后效上窜高度上升为 H_测。很明显, 如果不考虑钻具下入的影响, 即按传统的“迟到时间法”计算油气上窜速度, 就会错将H_测作为后效上窜高度H_后, 从而计算出的油气上窜速度v_后比实际偏大。而钻具开排和闭排两种方式所排替的体积不同,后效上窜高度不同,也就造成对油气上窜速度计算结果的影响不同。

3 油气上窜速度计算方法的改进

油气上窜速度的计算中不仅要考虑到钻具排替的影响^[5,6],还要根据钻井现场实际情况,按照闭排与开排两种排替情况分别推导计算(推导过程从略)。

3.1 闭排方式

参见图1、图2,闭排下钻过程中,钻具的排替作用把井筒内的部分钻井液挤入环空,使后效上窜速度升高。测定的后效上窜高度H_测由实际后效上窜高度H_后和下钻排替作用使后效上升的高度H₁两部分组成,即公式(2)。而下钻排替作用使后效上升的高度H₁与钻具穿过原后效位置的下钻距离H₂有关。

H_测=D₂-(t₁/t)D₁(1)

H_测=H_后+H₁(2)

H₂=D₁-D₂+H_后(3)

H₁= ${ϕ_{2}}^{2}$ H₂/( ${ϕ_{1}}^{2}$ - ${ϕ_{2}}^{2}$ )(4)

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图1 闭排下钻过程对后效的影响示意图

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图2 闭排短下钻过程对后效的影响示意图

在短起下钻的情况下,满足以下条件,钻具需从后效上部开始下钻,即(D₁-D₂+H_后)≤短起下钻的高度H,则由以上公式,推导出公式(5):

v_后=H_后/t_o

=[(tD₂-t₁D₁)( ${ϕ_{1}}^{2}$ - ${ϕ_{2}}^{2}$ )-t ${ϕ_{2}}^{2}$ (D₁-D₂)]/[(t ${ϕ_{1}}^{2}$ )t_o] (5)

不满足此条件的,公式(4)转变为H₁= ${ϕ_{2}}^{2}$ H/( ${ϕ_{1}}^{2}$ - ${ϕ_{2}}^{2}$ ),则可推导出公式(6):

v_后=H_后/t_o

=[(tD₂-t₁D₁)( ${ϕ_{1}}^{2}$ - ${ϕ_{2}}^{2}$ )-t ${ϕ_{2}}^{2}$ H]/[(t ${ϕ_{1}}^{2} - t {ϕ_{2}}^{2}$ )t_o] (6)

式中:H_后为实际后效上窜高度,m;v_后为油气上窜速度,m/h;t为迟到时间,h;t₁为见后效时间,h;t_o为静止时间,h;ϕ₁为钻头直径,mm;ϕ₂为钻具直径,mm; D₁为钻头位置,m;D₂为油气层顶部深度,m;H为短下钻的井段距离,m;H₁为下钻排替作用使后效上升的高度,m;H₂为钻具穿过原后效位置的下钻距离,m。

以YM区块的一口生产井YM 5-5井为例(表1),井眼241.3 mm,钻具外径139.7 mm,内径121.4 mm。

表1 YM 5-5井油气上窜速度校正前后对比

序号	井深 m	钻头位置 m	钻井液相对密度	静止时间 h	油气层井段 m	迟到时间 min	见显示时间 min	钻具排替情况	校正前		校正后		备注
序号	井深 m	钻头位置 m	钻井液相对密度	静止时间 h	油气层井段 m	迟到时间 min	见显示时间 min	钻具排替情况	上窜高度 m	上窜速度 m·h^-1	上窜高度 m	上窜速度 m·h^-1	备注
1	7 057.0	6 989.0	1.27	68.5	6 462.0~6 481.0	186	128	闭排	1652.37	24.1	921.89	13.5
2	7 190.0	7 189.5	1.27	5.6	6 462.0~6 481.0	197	163	闭排	513.33	91.7	97.43	17.4	短下
3	7 190.0	7 163.1	1.27	51.6	6 462.0~6 481.0	200	142	闭排	1 376.21	26.7	679.95	13.2
4	7 190.0	7 189.5	1.26	7.1	6 462.0~6 481.0	188	155	闭排	534.49	75.3	111.49	15.7	短下
5	7 190.0	6 581.8	1.26	51.0	6 462.0~6 481.0	175	133	闭排	1 459.83	28.6	930.37	18.2
6	7 190.0	6 689.0	1.26	58.5	6 462.0~6 481.0	204	149	闭排	1 576.41	26.9	971.94	16.6

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(1)闭排下钻

井深7 190.00 m,闭排方式下钻,钻头位置为6 689.00 m,井筒静止时间58.5 h,迟到时间为204 min,见显示时间为149 min,油气层归位井段6 462.0~6 481.0 m。校正前求出:油气上窜高度1 576.41 m,上窜速度26.9 m/h,井控安全时间为203 h;由校正公式(5)求出:油气上窜高度971.94 m,上窜速度16.6 m/h,井控安全时间为323 h。

(2)闭排短下钻

井深7 190.00 m,闭排方式短下钻,钻头位置为7 189.50 m,井筒静止时间7.1 h,迟到时间为188 min,见显示时间为155 min,短下钻井段6 150.0~7 189.5 m;油气层归位井段6 462.0~6 481.0 m。校正前求出:油气上窜高度543.49 m,上窜速度75.3 m/h,井控安全时间为73 h;由校正公式(5)求出:油气上窜高度111.49 m(满足该式条件D₁-D₂+H_后=838.99<H=1 039.5 m),上窜速度15.7 m/h,井控安全时间为348 h。

通过油气上窜速度校正前后对比(表1)发现,闭排下钻过程对后效上窜高度、速度的影响大,尤其是在闭排短起下钻,井筒静止时间短的情况下,其影响特别明显,井控安全时间也相差很大。

3.2 开排方式

参见图3、图4,开排下钻过程中,钻具把井筒内的少部分钻井液挤入环空及钻具内,使后效上窜高度升高,但因钻井液除了挤入环空,一部分还进入钻具内,所以升高高度明显比闭排小。后效实测的上窜高度H_测由实际的后效上窜高度H_后和下钻使后效上升的高度H₁两部分组成,即公式(2)。而下钻使后效升高的高度H₁与钻具穿过原后效位置的下入距离H₂相关,即公式(7):

H₁=( ${ϕ_{2}}^{2}$ - ${ϕ_{3}}^{2}$ )H₂/( ${ϕ_{1}}^{2}$ - ${ϕ_{2}}^{2}$ + ${ϕ_{3}}^{2}$ )(7)

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图3 开排下钻过程对后效的影响示意图

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图4 开排短下钻过程对后效的影响示意图

在短起下钻的情况下,同样需要满足以下条件,钻具需从后效上部开始下钻,即(D₁-D₂+H_后)≤短起下钻的高度H,由公式(1)、(2)、(3)、(7)推出公式(8):

v_后=H_后/t_o

=[(tD₂-t₁D₁)( ${ϕ_{1}}^{2}$ - ${ϕ_{2}}^{2}$ + ${ϕ_{3}}^{2}$ )-t( ${ϕ_{2}}^{2}$ - ${ϕ_{3}}^{2}$ )(D₁-D₂)]/[(t ${ϕ_{1}}^{2}$ )t_o ] (8)

不满足此条件的,则公式(7)转变为H₁=( ${ϕ_{2}}^{2}$ - ${ϕ_{3}}^{2}$ )H/( ${ϕ_{1}}^{2}$ - ${ϕ_{2}}^{2}$ + ${ϕ_{3}}^{2}$ ),则可推出公式(9):

v_后=H_后/t_o

=[(tD₂-t₁D₁)( ${ϕ_{1}}^{2}$ - ${ϕ_{2}}^{2}$ + ${ϕ_{3}}^{2}$ )-t( ${ϕ_{2}}^{2}$ - ${ϕ_{3}}^{2}$ )H]/[(t ${ϕ_{1}}^{2}$ -t ${ϕ_{2}}^{2}$ +t ${ϕ_{3}}^{2}$ )t_o] (9)

式中:ϕ₃为钻具内径,mm。

以JY 3-1井为例(表2),井眼241.3 mm,钻具外径139.7 mm,内径121.4 mm。

表2 JY 3-1井油气上窜速度校正前后对比

序号	井深 m	钻头位置 m	钻井液相对密度	静止时间 h	油气层井段 m	迟到时间 min	见显示时间 min	钻具排替情况	校正前		校正后		备注
序号	井深 m	钻头位置 m	钻井液相对密度	静止时间 h	油气层井段 m	迟到时间 min	见显示时间 min	钻具排替情况	上窜高度 m	上窜速度 m·h^-1	上窜高度 m	上窜速度 m·h^-1	备注
1	6 756.0	6 736.0	1.26	52.1	6 382.0~6 386.0	143	113	开排	1 059.13	20.3	943.16	18.1
2	6 933.0	6 932.2	1.26	43.2	6 382.0~6 386.0	136	112	开排	673.17	15.6	572.78	13.3
3	7 000.0	6999.2	1.26	6.6	6 462.0~6 481.0	180	162	开排	162.72	24.7	105.28	16.0	短下
4	7 022.0	7 021.0	1.26	47.3	6 462.0~6 481.0	197	159	开排	759.31	16.1	684.17	14.5
5	7 236.0	7 235.3	1.26	21.2	6 382.0~6 386.0	136	106	开排	742.72	35.0	611.75	28.9	短下
6	7 236.0	7 234.0	1.26	62.2	6 382.0~6 386.0	226	163	开排	1 164.56	18.7	999.07	16.1
7	7 236.0	7234.0	1.26	64.0	6 382.0~6 386.0	230	170	开排	1 035.13	16.2	880.27	13.8

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(1)开排下钻

井深7 022.00 m,开排方式下钻,钻头位置为7 021.00 m,井筒静止时间47.3 h,迟到时间为197 min,见后效时间为159 min,油气层归位井段6 462.0~6 481.0 m。校正前求出:油气上窜高度759.31 m,上窜速度16.1 m/h,井控安全时间为339 h;由校正公式(8)求出:油气上窜高度684.17 m,上窜速度14.5 m/h,井控安全时间为377 h。

(2)开排短下钻

井深7 000.00 m,开排方式短下钻,钻头位置为6 999.20 m,井筒静止时间为6.6 h,迟到时间为180 min,见后效时间为162 min,油气层归位井段6 462.0~6 481.0 m。校正前求出:油气上窜高度162.72 m,上窜速度24.7 m/h,井控安全时间为221 h;由校正公式(8)求出:油气上窜高度105.28 m,上窜速度16.0 m/h,井控安全时间为341 h。

通过油气上窜速度校正前后对比(表2)发现,开排下钻过程对后效上窜高度、速度有一定的影响,其中在开排短起下钻,井筒静止时间短的情况下开排下钻的影响比较明显。

综上所述,通过油气上窜速度数据的校正前后对比,可以看出闭排下钻过程对后效上窜高度、速度的影响大;尤其是在闭排短下钻过程中,井筒静止时间短的情况下对油气上窜速度计算值影响很大。如果按照传统计算方法而不考虑钻具排替作用,油气上窜速度将被夸大,进一步影响钻井施工及井控安全所采取的措施;采用校正公式则可以有效地消除钻具排替作用的影响。

4 结论

(1)影响油气上窜速度的因素可归纳为地质因素和非地质因素两大类,经实际计算与验证,非地质因素中的钻具排替作用是现场油气上窜速度计算存在误差的主要因素。因此计算油气上窜速度是否考虑钻具排替作用十分关键。

(2)钻井施工中,往往使用内防喷工具,在考虑钻具排替作用对上窜速度的影响时,就需要分为开排和闭排两种情况。通过对钻具排替作用影响的分析,得出开排和闭排不同工况下油气上窜速度计算方法的改进公式,实践证明可以有效消除钻具排替作用带来的影响,有效减小资料误差。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]	张瑞强. 后效气录井油气上窜速度的准确计算 [J]. 录井工程,2010,21(4):14-16. [本文引用: 2]
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[4]	岳志鹏,梁文云. 在钻井施工中如何深入利用后效录井资料 [J]. 南方油气,2006,19(1):24-28. [本文引用: 1]
[5]	孙先长,肖宗林,刘雁婷,等. 钻具下入对后效录井的影响分析 [J]. 西部探矿工程,2010,11(7):51-53. [本文引用: 1]
[6]	成萍,周文君,胥仁强,等. 气测后效油气上窜高度计算方法完善 [J]. 录井工程,2010,21(1):26-28. [本文引用: 1]

后效气录井油气上窜速度的准确计算

2010

... 油气上窜速度是指钻开油气层后,单位时间内油气上窜的距离,在油气井的钻探过程中,往往利用录取的后效资料,经过理论计算获得油气上窜速度^[1].油气上窜速度是现场油气层评价和井控安全评估的关键资料,准确计算油气上窜速度,对于评价油气水层、保证钻井现场井控安全以及提高勘探的整体效益具有十分重要的意义^[2,3,4].在实际工作中,油气上窜速度受多种因素影响,而传统的计算方法未能有效排除影响因素,导致与实际的油气上窜速度存在较大误差.这使得依据传统计算方法所得的油气上窜速度不能有效、合理地评价油气层和评估井控安全,甚至形成对井筒压差的误判,造成工程事故.为此,分析油气上窜速度计算影响因素,并有针对性地改进计算方法十分必要. ...

... 在钻井施工中,现场计算油气上窜速度公式有“迟到时间法”和“容积法”,现场最常用的为“迟到时间法”^[1](计算公式v_后=H_后/t_o).但是,通过现场实践和验证发现该计算方法存在较大误差.原因在于当井眼空井时,地层内流体(油气) 进入井眼, 实际后效上窜高度为H_后,而当钻具下入后由于排替作用使后效上窜高度上升为 H_测.很明显, 如果不考虑钻具下入的影响, 即按传统的“迟到时间法”计算油气上窜速度, 就会错将H_测作为后效上窜高度H_后, 从而计算出的油气上窜速度v_后比实际偏大.而钻具开排和闭排两种方式所排替的体积不同,后效上窜高度不同,也就造成对油气上窜速度计算结果的影响不同. ...

依据后效资料判断K 81 井水层

1999

2005

在钻井施工中如何深入利用后效录井资料

2006

钻具下入对后效录井的影响分析

2010

... 油气上窜速度的计算中不仅要考虑到钻具排替的影响^[5,6],还要根据钻井现场实际情况,按照闭排与开排两种排替情况分别推导计算(推导过程从略). ...

气测后效油气上窜高度计算方法完善

2010

... 油气上窜速度的计算中不仅要考虑到钻具排替的影响^[5,6],还要根据钻井现场实际情况,按照闭排与开排两种排替情况分别推导计算(推导过程从略). ...

〈

〉

油气上窜速度计算方法的改进与现场应用

0 引 言

1 油气上窜速度的影响因素

2 钻具排替对油气上窜速度计算的影响

3 油气上窜速度计算方法的改进

3.1 闭排方式

3.2 开排方式

4 结 论

参考文献 文献选项 原文顺序 文献年度倒序 文中引用次数倒序 被引期刊影响因子

0 引言

4 结论

参考文献

原文顺序

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文中引用次数倒序

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