论史152井油气上窜速度

论史152井油气上窜速度

苏西宁 ,成树新 ,陈永生

渤海钻井总公司    257200

摘要：通过口井油气上窜速度的探讨，在油气上窜原理、油气上窜速度的计算方法、不同储层条件、不同的泥浆体系对油气上窜速度的影响方面，提出钻进目的层为油泥、油页岩类地层时，钻井如何认识油气上窜速度及其对井控安全的影响。

关键词：油气上窜速度；油气藏；井控安全

1油泥岩中油气上窜问题探讨

史152井钻探目的：向东扩大东营凹陷中央隆起带西段史146块沙四段含油气范围，目的层与完钻层位为沙四上纯下亚段，岩性描述为：深灰色泥岩、砂质泥岩、灰质泥岩、灰质油泥岩为主，底部夹灰色粉砂岩、灰质粉砂岩。

三开实钻过程中，采用复合盐钻井液泥浆体系，泥浆密度1.66g/cm3、粘度50S，气侵、后效严重。钻进中全烃基值50-60%，井深3812.5米下钻，中途1800m、2390m、3000m、3500m、3812.5m循环排后效，全烃值都在100%、全烃值高位集中时，现场往往会在井口间歇性出现钻井液溢散，随即钻井公司会采取降低排量、控制溢散；。

井深3869米完钻，完钻后短起下57立柱，泥浆静止11.1小时，开泵排量0.84L/S，1小时28分后见全烃20.48升至62.75%，1分钟后达到100%，高峰持续87分钟，显示持续105分钟，开始回落。用迟到法计算，显示井段3811-3812米；层位：沙四上纯下亚段；岩性：灰色油斑泥质粉砂岩；计算油气上窜速度106.6m/h。

按照井控管理规定，钻遇油气层起钻前短起下，验证油气上窜速度不得高于30m/h。实际本井106.6m/h的油气上窜速度远大于规定值，所以是不能满足规定的井控要求，不能大起。必须采取一定措施降低油气上窜速度，达到规定要求才能起钻。

2本井油气上窜速度的探讨

（1）天然气在井筒中的运动规律

储层中的天然气以气相，或者气液两相存在，这源于它本身组分的不同。压力很高的储层，气体就会被高度压缩，压缩后气体的密度就较大。当我们钻开储层后，储层中的岩屑气、置换气、溢流气就会渗透到钻井液中，天然气气泡颗粒此时的受力主要有界面张力（N界面）、自身重力G、浮力（F浮）。

上窜力                             F上窜=（F浮-G）-N界面    (1)

当中F浮是遵守阿基米德定律，       F浮=ρ钻井液gv=ρgnr3     (2)

自身重力                           G=ρ天然气vg               (3)

气泡表面积和流体的网架结构强度影响着界面张力                          N界面=k.s=k.4/3n r2       (4)

天然气气泡受力情况（图）

从上面的关系式我们看出，在密度差产生的上浮力（F浮-G）大于界面张力时，气泡就会自动慢慢加速上升；相反气泡不会在钻井液中缓慢上升，也就源于界面张力大于上浮力。当钻井液中液相、固相颗粒之间的结构力以及与气泡之间的界面张力小于上浮力的时候，钻井液就具有了一定的流动性，它的脱气能力也就体现出来了。如此，气体侵入钻井液后就会自动快速上升。

（2）油气上窜速度计算方法

现阶段油（气）上窜速度计算方法常规应用的有迟到时间法、容积法。

分别按式①和式②计算油、气上窜速度。

①

①式中：

——油、气上窜速度，单位为米每小时（m/h）；

——油、气层深度，单位为米（m）；

——开泵时钻头的位置，单位为（m）；

——钻头所在位置的迟到时间，单位为（min）；

——见油、气显示时间，单位为小时：分（hmin）；

——开泵时间，单位为小时：分（h：min）；

——井内钻井液静止时间，单位为小时（h）。

②

②式中：

——油、气上窜速度，单位为米每小时（m/h）；

——油、气层深度，单位为米（m）；

——泥浆泵摄排量，单位为升每分（L/min）；

——钻柱外与井眼环空容积，单位为升每米（L/m）；

——见油、气显示时间，单位为小时：分（h：min）；

——开泵时间，单位为小时：分（h：min）；

——井内钻井液静止时间，单位为小时（h）。

注：现场地质录井队一般用迟到时间法计算迟到时间。

得出的结论：两种方法实际都是气体的上移距离与时间的理论计算。

这当中，由于受到中途循环、排量高低变化、人工收集节点数据的误差等，很容易造成计算的结果的误差。这也对最终的油气上窜速度有一定的影响。（实际中在泥页岩类目的层的钻进中我们计算的油气上窜速度也有达到200-400m/h的情况）。

（3）基于储层条件不同，其中的油气所造成的油气上窜速度影响各不相同，井控风险亦不同

胜利油区大部分是在砂岩储层中钻井，其时采用的是聚合物封堵防塌泥浆体系，针对实际施工情况来说，砂岩失水大，渗透性强，藏于其中的油气，更容易侵入到井筒内，遇到油气能量大时，很容易发生溢流、井喷，这个时候通过采取短起下、测后效、计算油气上窜速度，非常具有实际井控指导意义。油气上窜速度达到设计要求、井控风险几乎没有；达不到要求，通过整体提升井筒内泥浆液柱压力，能达到有效控井目的。其次就是碳酸盐岩储层的压力特点：从地质特性来说裂缝、孔洞、缝洞、溶洞，这些构造使其中的油气藏形成了低压易漏的特点，相对来说井控风险小很多。但最近几年中，在泥页岩中钻井施工，钻开目的层后，短起下测后效，全烃值100%居高不下，持续时间长的情况几乎成为一种常态，这种油藏中的压力会持续不断释放，但不会聚集，所计算的油气上窜速度往往达到100-400m/h，从井控管理规定要求来说，无法达到井控安全要求。

（4）钻井液泥浆体系对于油气上窜速度的影响

我们现有聚合物、复合盐封堵防塌润滑钻井液体系。

聚合物体系主要是高分子作用，通过控制坂含，调基浆，配胶液，控制泥浆性能，抑制性不好时，容易糊井壁；而复合盐泥浆体系，主要是通过加入足量比例的盐来控制泥浆性能，有高抑制性，有更好的流动性。相对来说复合盐体系泥浆，更具备强抑制能力和流动性，对于岩屑及侵入物(如气体)的分离效果更好。

史152井中，打开目的层后，循环排后效过程中，入口密度1.66 g/cm³，出口密度1.64 g/cm³，通过自然流动分离，进入二号泥浆罐时，密度就会保持在1.66 g/cm³，达到入口密度值，确保入口密度值不降低。通过密度的变化我们也能清晰的看到，复合盐泥浆体系中，泥岩储层的油气，对油气上蹿速度的影响很小，基本在0.02 g/cm³之内。

3结论

通过以上四点分析，我们可以得出结论，在油泥、油页岩储层中钻进，基于影响气侵上窜速度的主要原因，抛去计算上窜速度时间的起始点后，我们完全可以制定相应的措施来控井。

（1）充分认识储层岩性

主要针对泥页岩储藏的油气侵，我们首先认识到气侵的特点：泥页岩中的微裂缝藏油气，它以岩屑气、置换气、溢流气形式侵入钻井液中，只要它们不聚集形成气柱、气团，即使全烃值持续高位，也不会形成大的井控风险。

（2）充分认识储层压力

即在泥页岩储层中，我们也要充分认识储层的压力性质，是高压低渗还是低压低渗。我们可以通过单根气峰值来充分判别认识，单根峰值持续时间长，我们基本可以判断为高压低渗，这样我们就需要提高井内液柱压力，确保井控安全；也可以通过出入口密度差来判断，比重差越大，说明地层能量越大，方法同上。相反，如果单根峰值短、出入口比重差小，我们就可判断为低压低渗地层。

（3）泥浆体系的选择

泥页岩中的气侵选择泥浆体系是基于气脱的能力，也就是说在设计密度范围内，我们的泥浆除满足一定的粘切携岩外，还得满足是否能降低气侵的气脱能力。只有降低（静止情况下）了气脱能力，确保储层岩屑气、置换气、溢流气形式侵入钻井液时，不聚集形成气柱、气团，就能降低我们的井控风险。这一点（泥浆长时间静止时）可以通过在油气活跃井段注入一定粘切能力的稠浆封井，来降低气脱能力，从而降低油气上窜速度。

通过讨论影响油气上窜速度的因素及一些控制方法，以期能有利于胜利油田在钻井井控安全生产方面问题的解决，促进钻井井控技术的发展，更好地为油田提速、提效、提质保驾护航。

参考文献：

[1]史152井地质、工程设计、实钻资料.

[2]水中气泡上升速度的实验研究，西安理工大学学报，2000.16（1）：57-60.

[3]地质录井技术，油气上窜速度的计算方法.