CN110485992B - 一种钻完井用油气上窜速度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钻完井用油气上窜速度计算方法，属于石油钻井录井技术领域。该方法根据钻具替排作用，将闭排下钻后气顶下方的环空钻井液体积在空井筒中自下而上进行体积还原，获得替排前的油气顶界位置，然后利用所述油气顶界位置计算得到油气上窜速度。相对于常规方法，本发明方法的计算结果更加接近实际值，特别是大幅提高了深井短起工况下的油气上窜速度的计算精度，为现场的下一步施工提供了更为科学准确的参考依据，保证了后续施工的井下安全。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井录井技术领域，具体涉及一种钻完井用油气上窜速度计算方法。
背景技术
在油气勘探开发过程中，油气上窜速度不仅是油气储层活跃程度的反应，也是钻完井井控关键指标之一，现场气窜速度计算方法的科学选用对于钻完井施工效率和井控安全具有重要意义。目前油气上窜速度计算方法主要包括迟到时间法和容积法，此外还有在该两种方法基础上进行优化和改进的计算方法，迟到时间法和容积法在井身结构简单的浅井中具有一定指导性，但在复杂结构的深井中，受泵排量不稳定、钻具替排作用、全烃起始点的选择和录井管线等因素影响，计算出的结果与实际情况往往差别较大。
具体来说，现有技术中，专利CN106339549A采用受气侵钻井液在井筒内的长度来反推气窜速度，由于井底储层中的气体在排后效过程中仍不断的侵入井筒，所以该方法在现场操作性不强；专利CN107066768A考虑了全烃起始点、归位井深、静止时间和钻具替排的因素影响，但该方法仍基于迟到时间法，对于起始点的具体选择、迟到时间受排量不稳定影响，录井管线延迟等均未考虑，计算结果与实际值仍存在一定误差；文献“离散滑脱滞后时间法深井气窜速度计算”考虑了油相与气相滑脱作用，采用离散滑脱滞后时间法计算油气上窜速度，但该方法未考虑钻具替排、迟到时间、全烃起始点选择等影响，最终还会影响计算结果；文献“油气上窜速度实用计算方法”考虑了泵上水效率和钻具替排对气窜速度的影响，对现用迟到时间法进行修正，计算结果更加合理。但该技术未考虑全烃起始点的选择、录井管线延迟、排后效时间和归位井深等影响，计算结果仍然存在一定误差；文献“油气上窜速度实用计算方法”为相对时间法，是利用钻井液循环中受污染和未受污染的井段进行对比，反推出气窜速度，适用于气侵量较少的情况下使用。但该方法未考虑全烃起始点的选择、录井管线延迟、静置时间和归位井深等影响，特别是在气侵严重的地层，污染井段的判断存在一定问题，现场可操作性不强；文献“实测迟到时间法计算油气上窜速度的探讨”为实测迟到时间法，采用电石对迟到时间进行较为准确的测量，同时对后效起始点的选择做了规定，在吐哈多口井应用显示比理论迟到时间法计算更准确。但该方法未考虑钻具替排、录井管线延迟、归位井深、和迟到时间等因素的影响，计算值仍存在一定误差；文献“油气上窜速度的精确计算方法”考虑了钻具替排、静止时间对气窜速度的影响，现场应用效果较好。但该技术未考虑泵上水效率、录井管线延迟和归位井深等因素影响，计算结果仍存在一定误差；文献“油气上窜速度计算方法的修改”对迟到时间法中的静止时间进行了修正，消除了一部分气体相对钻井液的滑脱作用影响，计算结果更合理。但该方法未考虑钻具替排、泵上水效率、录井管线延迟、后效起始点选择和归位井深等因素影响，最终计算结果仍存在一定误差。
综上所述，现有技术虽然考虑了个别影响因素，但仍然不全面，计算出的结果仍存在一定误差，不能很好的指导现场钻井施工。所以需要综合考虑各个气窜速度影响因素，建立一套合理的气窜速度计算方法，科学合理的指导现场施工和井控工作。
天然气作为一种重要的绿色清洁能源，未来的需求前景非常广阔。随着油气开发技术的不断发展，深部的油气和页岩气资源成为新的开发热点，但在钻完井施工过程中，当钻进含天然气的储层后，在起钻前按照井控管理规定必须进行油气上窜速度测试，如果油气上窜速度计算不准确，一方面可能导致井涌、井喷等严重的井控事故，另一方面可能因盲目提高钻井液密度而发生漏失造成储层污染，还会因不满足井控油气上窜速度要求而采取循环排后效、长期静止测试油气上窜速度等措施进行验证，浪费了大量的宝贵时间。因此，选择合适的气窜速度计算方法对于提高钻井施工安全和效率具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种钻完井用油气上窜速度计算方法，准确合理地对井筒内的油气上窜速度进行计算，为钻井施工措施的制定提供科学依据，强化井控安全。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种钻完井用油气上窜速度计算方法，所述方法根据钻具替排作用，将闭排下钻后气顶下方的环空钻井液体积在空井筒中自下而上进行体积还原，获得替排前的油气顶界位置，然后利用所述油气顶界位置计算得到油气上窜速度。
所述方法包括：
(1)采集井身结构及钻具结构参数；
(2)获取各个泥浆泵的上水效率；测试录井仪器的后效延迟时间；
(3)确定排后效过程中的后效全烃起始点；
(4)确定气体上窜时间；
(5)确定归位井深；
(6)将闭排下钻后气顶下方的环空钻井液体积在空井筒中自下而上进行体积还原，获得替排前的油气顶界位置；
(7)利用所述油气顶界位置计算得到油气上窜速度。
所述步骤(1)采集的参数包括：套管内径、钻杆外径。
所述步骤(3)的操作包括：
选择基准值的2倍为排后效过程中的后效全烃起始点；
所述基准值为录井仪器显示的全烃值。
所述步骤(4)的操作包括：
统计停泵后的静止时间t静、开泵到见后效的时间t排，将两者相加即为气体上窜时间。
所述步骤(5)的操作包括：
现场钻进过程中，如果在第一个油气层有明显的单根峰显示，或者钻进其它油气层中发现第一个油气层的多峰显示，则将第一个油气层的顶部位置作为归位井深H归；如果第一个油气层在钻穿后，没有单根峰显示，或者长期静止后，循环排后效也没有明显的单根峰显示时，则将其它更为活跃的油气层的顶部位置作为归位井深H归。
所述步骤(6)的操作包括：
利用公式(1)将闭排下钻后气顶下方的环空钻井液体积在空井筒中自下而上进行体积还原，获得替排前的油气顶界位置，所述油气顶界位置即气顶距离井底的高度Hg：
其中，i表示下钻前气顶位于第i段套管内，i≥1；
n表示计算过程中需要分段计算环空体积的次数，n≥1；
H1、H2到Hi为下钻前井内各同类型段的长度，单位为m；
S1、S2到Si为下钻前井内各同类型段的环空截面积，单位为m2；
V环为下钻后钻井液环空体积，单位为m3；
S1、S2到Si、V环是利用步骤(1)采集到的套管内径、钻杆外径计算得到的；
N为循环见后效时总泵冲数，单位为冲；将对应步骤(3)确定的后效全烃起始点的时间减去步骤(2)获得的录井仪器的后效延迟时间得到倒退后的时间，所述倒退后的时间对应的泵的冲数的总和即为N；
Q为每冲体积，单位为m3/冲；将每个泥浆泵的上水理论值乘以步骤(2)得到的该泥浆泵的上水效率即得到Q。
所述步骤(7)的操作包括：
利用公式(2)计算油气上窜速度V气窜：
HB为井底深度，单位为m。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用该发明在多口气侵严重的井中进行应用，相对于常规方法，本发明方法的计算结果更加接近实际值，特别是大幅提高了深井短起工况下的油气上窜速度的计算精度，为现场的下一步施工提供了更为科学准确的参考依据，保证了后续施工的井下安全。
附图说明
图1下钻前钻头位于气顶上方
图2下钻前钻头位于气顶下方
图3下钻气体被替排后的状态。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
本发明首先确定了影响气窜速度计算的因素：影响现场油气上窜速度计算的主要因素包括：泵上水效率、后效起始点的选择、归位井深、油气上窜时间、录井仪器管线延迟和钻具替排因素。
本发明在考虑各影响因素后，建立了替排液面复位气窜速度计算方法，现场操作性强，计算结果更加接近实际值。
本发明的替排液面复位气窜速度计算方法包括以下步骤：
(1)收集井身结构及钻具结构具体参数，如内外径及长度等，具体采集的参数包括：套管内径、钻杆外径，用于下面公式中有钻具和无钻具时的环空容积计算，如公式中的V环和Si。
(2)施工前利用电石或双罐替浆来计算各个泥浆泵的上水效率，得出各泵上水效率，利用电石或双罐替浆来计算各个泥浆泵的上水效率是石油钻井领域通用的方法，上水效率体现在Q排量中，Q值为泥浆泵上水理论值乘以上水效率；
测试录井仪器后效延迟时间：通过现场录井技术人员在检测装置处加入甲烷样品，然后观察仪器检测输出端何时显示检测到甲烷，这段时间称为录井仪器管线延迟时间。
(3)排后效过程中后效全烃起始点选择为基准值的2倍左右。
该基准值指录井仪器显示的全烃值，该值是钻井录井领域公知的，该起始点主要用于公式中确定累计泵冲数N的选择时间和t排时间的确定，即在确定该起始点后，将对应的时间减去管线延迟时间，将倒退后的时间对应的累积泵冲N和t静时间参数带入公式进行计算。
(4)气体上窜时间为停泵后的静止时间与开泵到见后效期间的时间总和，即下面公式中的“t静+t排”。
(5)归位井深的确定，对于多油气层后效多峰显示不明显的情况，建议根据实际情况确定是否将第一个油气层顶部位置作为归位井深。
对于多峰显示明显的情况，按照目前中国石油天然气行业标准《SY/T5788.2-2008油气探井气测录井规范》中3.4气测异常的解释为气测值在基值背景基础上明显升高的现象定义来看，是合适的，而且如果选择其它层位作为归位井深，那么造成的误差会较大，影响气窜速度计算结果，无法指导现场施工。
如果现场钻进过程中，在第一个油气层有明显的单根峰显示，或者钻进其它油气层中也能发现第一油气层的多峰显示，即便第一个油气层的峰值小于其它油气层的显示，在长期静止聚集后，第一个油气层的油气返出井口时，测量到的全烃数值很容易超过循环全烃基准值的2倍，所以这种情况下就应该将第一个油气层作为归位井深来处理。如果第一个油气层在钻穿后，没有单根峰，或者长期静止后，循环排后效也没有明显显示时，可选择其它更为活跃的油气层作为归位井深。
(6)确定下钻前钻头与上窜后气顶的位置，除了长起钻时钻头位于气顶上方外，可采用下钻后气顶之下环空钻井液体积与下钻前钻头以下空井眼体积进行相比，如果前者体积小于后者，那么可判断为下钻前钻头位于气顶之上，反之位于气顶下方。图1、图2和图3分别表示下钻前钻头位于气顶上方、下钻前钻头位于气顶下方、下钻气体被替排后的状态，图1、图2和图3中的Hg表示下钻前气顶距井底高度，单位为m；H归表示归位井深，单位为m；HB表示井底深度，单位为m；H1、H2…Hi分别为下钻前井内各同类型段长度，单位为m。
不管钻头和气顶的位置如何，都是用公式(1)来确定Hg。确定下钻前判定钻头和上窜后气顶的位置，是为了计算时明确气体的一个位置，对计算需要参数进行一个预判，对真正公式的计算没有影响，只是如果判定钻头在气顶上方时，计算时将不会使用到钻杆与套管的环空体积，如果在下方，则需要使用到钻杆与套管的环空体积。
(7)根据钻具替排作用，将替排后的含气液面进行下钻前的状态还原(状态还原的目的是使计算更为简便，原理更容易被理解)：当钻头位于气顶上方时，可认为钻具进入气顶至下钻到底后，被替排作用后的气顶位置之下的环空体积等于未被替排前气顶之下的井眼体积，即将闭排下钻后气顶之下环空钻井液体积在空井筒中自下而上进行体积还原(“体积还原”是利用公式(1)来实现的)，以此来计算出替排前的油气顶界位置,同时结合其它计算参数，利用本发明替排液面复位气窜速度计算方法计算，公式见(2)。
下钻前气顶位于第i段套管内，气顶距离井底的高度为：
利用公式(2)计算气窜速度：
式中：i≥1，n≥1，n代表计算过程中需要分段计算环空体积的次数，例如在图2中，就需要计算4个不同环空的体积；V气窜：气体平均上窜速度，m/h；Hg:下钻前气顶距井底高度，m；H归：归位井深，m；HB：井底深度，m；H1、H2…Hi为下钻前井内各同类型段长度，m；S1、S2…Si为下钻前井内各同类型段环空截面积，m2；V环：下钻后钻井液环空体积，m3；N：循环见后效时总泵冲数(去除管线延迟时间(即在确定该起始点后，将对应的时间减去管线延迟时间，将倒退后的时间对应的累积泵冲数即是所需要的参数N))，冲；Q：每冲体积，m3/冲；t静：停泵起钻至下钻排后效时的总时间，即停泵后的静止时间，h；t排：循环到见后效的时间，即开泵到见后效的时间，h。
下面结合具体实施例，进一步说明本发明。
实施例1：(下钻前钻头位于气层上方)：
某井在四开直井眼取心作业后长起，后下钻至7752.50m开泵排后效，井深7765m，开泵时间04:58，中途停泵34min，后效起始时间08:16，静止49.05h，全烃初始值1.324，最高至99％。各参数如表1所示：
表1
迟到时间法计算参数：钻头位置迟到时间225min，静止时间49.05h，归位井深7661m(最后一层油气显示)，开泵见显示时间164min，计算结果为41.05m/h。
利用本发明替排液面复位气窜速度计算方法计算参数：静止时间52.35h(其中3.3h为开泵至见后效时间)，归位井深7376m(第一层油气显示)，去除管线延迟时间后开泵至出后效总泵冲数为5732冲(按上水效率95％计算每冲体积19.72L))，计算结果为25.65m/h。
实施例2：(下钻前钻头位于气层下方)：
某井在四开直井眼中短起至套管内7353m静止测后效，后下钻至7753m循环排后效，静止时间7.78h，开泵时间10:53，后效起始时间13:31，全烃初始值2.112％，最高值为99％。各参数如表2所示：
表2
迟到时间法计算参数：钻头处迟到时间189min，静止时间7.78h，归位井深7661m(最后一层油气显示)，开泵见显示时间158min，计算结果为153.28m/h。
利用本发明替排液面复位气窜速度计算方法计算参数：静止时间10.41h(其中2.63h为开泵至见后效时间)，归位井深7376m(第一层油气显示)，去除管线延迟时间后开泵至出后效总泵冲数为6737冲(按上水效率95％计算每冲体积19.72L)，计算结果为89.24m/h。
由以上两种实例可以看出，与本发明方法相比，目前现场常用的迟到时间法计算出的气窜速度偏大，特别是在深井短时间静置后的计算中尤为明显，给井控安全的判断和下步施工方案的制定带来较大困扰，而采用本发明方法的后续施工未出现任何井下安全问题。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (7)
1.一种钻完井用油气上窜速度计算方法，其特征在于：所述方法根据钻具替排作用，将闭排下钻后气顶下方的环空钻井液体积在空井筒中自下而上进行体积还原，获得替排前的油气顶界位置，然后利用所述油气顶界位置计算得到油气上窜速度；
所述方法包括：
(1)采集井身结构及钻具结构参数；
(2)获取各个泥浆泵的上水效率；测试录井仪器的后效延迟时间；
(3)确定排后效过程中的后效全烃起始点；
(4)确定气体上窜时间；
(5)确定归位井深；
(6)将闭排下钻后气顶下方的环空钻井液体积在空井筒中自下而上进行体积还原，获得替排前的油气顶界位置；
(7)利用所述油气顶界位置计算得到油气上窜速度；
所述油气顶界位置是利用下式计算获得的：
其中，Hg为油气顶界位置；
i表示下钻前气顶位于第i段套管内，i≥1；
n表示计算过程中需要分段计算环空体积的次数，n≥1；
H1、H2到Hi为下钻前井内各同类型段的长度，单位为m；
S1、S2到Si为下钻前井内各同类型段的环空截面积，单位为m2；
V环为下钻后钻井液环空体积，单位为m3；
N为循环见后效时总泵冲数，单位为冲；将对应步骤(3)确定的后效全烃起始点的时间减去步骤(2)获得的录井仪器的后效延迟时间得到倒退后的时间，所述倒退后的时间对应的泵的冲数的总和即为N；
Q为每冲体积，单位为m3/冲。
2.根据权利要求1所述的钻完井用油气上窜速度计算方法，其特征在于：所述步骤(1)采集的参数包括：套管内径、钻杆外径。
3.根据权利要求1所述的钻完井用油气上窜速度计算方法，其特征在于：所述步骤(3)的操作包括：
选择基准值的2倍为排后效过程中的后效全烃起始点；
所述基准值为录井仪器显示的全烃值。
4.根据权利要求3所述的钻完井用油气上窜速度计算方法，其特征在于：所述步骤(4)的操作包括：
统计停泵后的静止时间t静、开泵到见后效的时间t排，将两者相加即为气体上窜时间。
5.根据权利要求4所述的钻完井用油气上窜速度计算方法，其特征在于：所述步骤(5)的操作包括：
现场钻进过程中，如果在第一个油气层有明显的单根峰显示，或者钻进其它油气层中发现第一个油气层的多峰显示，则将第一个油气层的顶部位置作为归位井深H归；如果第一个油气层在钻穿后，没有单根峰显示，或者长期静止后，循环排后效也没有明显的单根峰显示时，则将其它更为活跃的油气层的顶部位置作为归位井深H归。
6.根据权利要求5所述的钻完井用油气上窜速度计算方法，其特征在于：所述步骤(6)的操作包括：
S1、S2到Si、V环是利用步骤(1)采集到的套管内径、钻杆外径计算得到的；
将每个泥浆泵的上水理论值乘以步骤(2)得到的该泥浆泵的上水效率即得到Q。
7.根据权利要求6所述的钻完井用油气上窜速度计算方法，其特征在于：所述步骤(7)的操作包括：
利用公式(2)计算油气上窜速度V气窜：
HB为井底深度，单位为m。
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