狄多林

中国石油玉门油田分公司生产运行处 （甘肃 酒泉 735019）

近平衡或欠平衡钻井过程中，如果井底压力控制不当，将会引起井漏或井喷等事故发生，失去保护油气层的意义，严重影响整体勘探开发效果。掌握地层压力情况至关重要，而油气上窜速度直观反映了井筒压力平衡程度和地层流体运移状态。通过对油气上窜速度进行跟踪分析，合理调整钻井液密度，可以更好地指导近平衡或欠平衡钻井，实现保护储层和井控安全[1-2]。

1 检测油气上窜速度

1.1 油气上窜速度

油气上窜是指钻开油气层后，在油气层压力与钻井液液柱压力的压差作用下，油气进入钻井液并沿井筒向上移动的现象。单位时间内油气上窜的距离称为油气上窜速度。

1.2 检测油气上窜速度的作用

油气上窜速度是反映油气活跃程度的一个非常重要的参数。

1）检测油气上窜速度对后续作业的井控安全具有指导作用。通过检测油气上窜速度，判断在消除循环压耗且增加抽吸压力情况下，检查地层流体侵入井筒的程度，由此可为下一步的起下钻、裸眼电测、下套管、中途测试等作业的井控安全工作提供依据。

2）检测油气上窜速度对钻井液密度的调整具有指导作用。油层钻进过程中全烃过高或有油气显示，若盲目提高钻井液密度，可能导致井漏，对油气层也会造成损害。而通过对油气上窜速度检测分析，可以科学合理地调整钻井液密度。

2 油气上窜速度的主要影响因素

钻井现场通常采用短程起下钻检测油气上窜，使用迟到时间法来计算油气上窜速度，计算公式为：

其中：V为油气上窜速度，m/h；H为油气顶部高度，m；T为钻头所在井深的迟到时间，min；T1为初峰时间，即从开泵到油气显示的时间，min；T0为井内钻井液静止时间，指从停泵起钻到本次开泵的静止时间，h；h为循环钻井液时钻头所在井深，m。

因此，用迟到时间法计算油气上窜速度，主要影响因素是初峰时间、迟到时间、油气顶部高度以及油气上窜时间。

2.1 初峰时间

初峰时间是指从开泵到见到油气显示的时间。人为因素影响初峰时间选取是否准确。

1）现场测量钻井液密度不连续，时间间隔可能导致错过初峰，录取到的初峰时间可能有误。

2）初峰值选取不准，对油气上窜速度的检测结果影响较大，见表1。

表1 XX井选取不同初峰值计算的油气上窜速度对比表

2.2 迟到时间

迟到时间是指井底钻屑返出到地面的时间。迟到时间的影响因素主要为环空容积不确定和在倒换凡尔提升排量过程中时间记录不准确。

2.2.1 环空容积

钻井过程中，钻遇破碎带、易塌地层或起钻困难时进行倒划眼作业，容易形成“大肚子”井眼。钻遇泥岩地层，由于钻井液的长期浸泡，泥岩水化膨胀，会形成缩径井眼。

不规则井径，造成环空容积不确定，而环空容积的取值，对油气上窜速度计算结果影响较为明显。XX井钻至井深5 062 m，按照不同的井径扩大率，计算出的油气上窜速度差别较大，见表2。

表2 选取不同环空容积计算的油气上窜速度对比表

2.2.2 数据记录不准确

开泵循环时为防止憋压，一般先开单凡尔循环，然后倒换双凡尔、三凡尔。在倒换凡尔过程中，等停时间和每个排量的运行时间记录不准确，计算出的迟到时间误差较大。

2.2.3 油气顶部高度（油顶）

下钻过程中，钻具下到油气界面以下，油气界面会在钻具排替作用下上升，忽略井径不规则对环空体积造成的影响，其上升的高度由井眼直径、钻具的外径以及钻具下入的长度决定[3]。

油气顶部上升高度对油气上窜速度影响较大。XX井原始油气顶部高度为4 205 m，油层顶部界面上升不同高度，计算出的油气上窜速度差别很大，见表3。

表3 油气顶部上升高度对油气上窜速度的影响

2.2 .4油气上窜时间

通常迟到时间法认为油气只是在停泵之后和开泵之前的钻井液静止时间内向上运移，而实际上开泵循环后至见到油气显示的这一段时间内，油气的密度小于钻井液的密度，油气所受的浮力大于自身重力，油气相对钻井液也在不停地向上运移。

油气上窜高度与油气上窜时间的比值为油气上窜速度。油气上窜时间实际上是由钻井液静止时间和开泵到见到油气显示的时间这两部分组成。因此，油气上窜若只发生在静止时间，会导致计算得到的油气上窜速度结果偏大[4]。

3 计算公式参数优选及修正

针对油气上窜速度的影响因素（初峰时间、迟到时间、油层顶部深度、油气上窜时间），分别对相关参数进行优选及修正。

3.1 选取初峰值

1）依据全烃曲线选取初峰值。对于揭开多个油气层的井，若后效全烃曲线表现为1个峰，则初峰值在全烃上升时读取，如图1。后效全烃曲线表现为多个峰，则读取初峰值时还需要结合正常钻进循环时的全烃基值，略高于全烃基值则为初峰值，如图2。

图2 多个峰的后效全烃曲线

2）初峰值的选取还要和出口密度相结合。读取初峰值时还需要结合正常钻进循环时的出口钻井液密度，略低于正常钻进时出口钻井液密度则为初峰值。

3.2 迟到时间的实际测量

若要保证迟到时间的准确性，可采用投球法计算迟到时间。从投入塑料小球开始计时，直到小球返出高架槽计时结束。这段时间为一个循环周，因钻具内容积固定，可以计算出钻具内小球下行时间，用一个循环周减去下行时间，则得出准确迟到时间。

3.3 对油气上窜速度计算公式参数的修正

3.3.1 油气顶部高度的修正

进入原始油气界面以下的钻具体积等于原始油气界面到新油气界面之间的环空体积[4]。如图3所示，设原始油气界面到新油气界面之间的高度为Δh,钻具下入油层的深度为 h1，m；井筒底部裸眼环空的横截面积为S，mm2；底部钻具的横截面积为S钻，mm2。 则 S钻×h1=S×Δh，可以求出原始油气界面上升的高度Δh=S钻×h1/S，则修正后的油气顶部高度为：H修订=H-Δh。

图3 钻具排替量对油顶的影响示意图

3.3.2 油气上窜时间的修正

把油气上窜时间由钻井液的静止时间修正为钻井液的静止时间和开泵后见到油气显示时间之和。

对油气上窜时间进行修正后，得到油气上窜速度的计算公式为：

结合对油气顶部高度的修正，得到最终的油气上窜速度计算公式为：

3.3.3 现场应用

1）应用情况。XX井当前井深5 128 m，原始油气顶部高度（H）为5 001 m，下钻至5 062 m开始测后效，原始油气界面上升的高度（Δh）为85 m，静止时间（T0）为 5.4 h，钻头所在井深迟到时间（T）为142.31 min，从开泵到见到显示的时间（T1）为113.21 min。

修正后的油气顶部高度为：

H-Δh=5 001-85=4 916（m）；

修正后的油气上窜时间为：

T0+T1=5.4+113.21/60=7.29（h）；

修正前计算油气上窜速度为：

V=（5 001-113.21×5 062÷142.31）÷5.4=180.38（m/h）；

修正后计算油气上窜速度为：

V=（4 916-113.21×5 062÷142.31）÷7.29=121.96（m/h）。

由修正前的计算公式得到的油气上窜速度180.38 m/h不满足起钻要求，若盲目提高钻井液密度，则有可能造成井漏，损害储层。

采用修正后的计算公式得出油气上窜速度为121.96 m/h，满足起钻井控安全要求，可以起钻。

2）结果验证。按修正前的计算公式得到的油气上窜速度，则表示该井在一趟起下钻和裸眼电测作业时间33 h内油气会上升至井口（180.38×33=5 952 m＞5 128 m），但整个施工过程未发现异常，说明修正前的计算公式计算出的结果偏大。

电测后下钻到底循环，根据返出密度低点的时间，推算出实际油气上窜速度为96.35 m/h，说明修正后的结果更贴近实际。

4 结论

1）修正后的计算公式更能准确反映油气侵入程度。通过现场应用效果分析，修正后的计算公式计算出的油气上窜速度更加准确。

2）修正后的计算公式为调整钻井液密度、保护油气层提供更可靠依据。修正后的计算公式检测的油气上窜速度更加符合实际，能较好地调整钻井液密度，为后续井控工作提供准确依据。它既保护了油气层，又可以满足井控安全要求。