目前，中石化對進入氣層后起鉆前的油氣上竄速度要求十分嚴格，比如中石化安全技術規(guī)范Q/SHS0003.1-2004中規(guī)定油氣上竄速度不得高于10m/h，川東北含硫天然氣井安全技術規(guī)范中規(guī)定起鉆前油氣上竄速度不得高于30m/h，而中石油或石油天然氣行業(yè)標準并無如此規(guī)定，比如鉆井井控技術規(guī)程SY/T6426-2005、石油天然氣安全規(guī)程AQ2012-2007中并未在起鉆前有如此規(guī)定。近幾年的生產(chǎn)管理統(tǒng)計結果表明，這些規(guī)定并未有效起到防止出現(xiàn)井涌溢流等復雜情況及事故，反而給生產(chǎn)管理帶來很大的難度，不但增加了井漏及井控風險，也加重了對油氣層的污染程度，并嚴重影響開發(fā)進度。下面就起鉆前油氣上竄速度控制什么范圍內(nèi)合理進行探討：
        一、天然氣在井筒中的運動規(guī)律
        天然氣在儲層中根據(jù)組分的不同一般以氣態(tài)或者氣液兩相存在，由于儲層壓力很高，氣體被高度壓縮，相對密度較大。當儲層被揭開后，儲層巖屑氣、交換氣（儲層壓力低于鉆井液液柱壓力）、溢流氣（儲層壓力高于鉆井液液柱壓力）變混入鉆井液中，天然氣氣泡此時的受力主要為浮力（F?。?、自身重力G和界面張力（N界面）。
        上竄的主要動力               F上竄=（F浮-G）-N界面             （1）
        其中  F浮應遵循阿基米德定律，             F浮=ｐ鉆井液gV =ｐg п r3     （2）
              自身重力                               G=ｐ天然氣Vg            （3）
        界面張力與鉆井液結構強度及氣泡表面積有關   N界面=k..S=k .4/3п r2      （4）
        由上面的關系式可以知道，如果密度差產(chǎn)生的上浮力（F浮-G）大于界面張力，氣泡就能自動加速上升，如果界面張力大于上浮力，氣泡就被包在鉆井液中不上升，但現(xiàn)場一般都要求鉆井液具有良好的脫氣性，鉆井液膠粒之間的結構力以及與氣泡間的界面張力一般都小于上浮力（遇到井塌后大幅提高粘切的鉆井液及高粘切的堵漏漿除外），因此，天然氣進入鉆井液中后會自動上升。
        當液柱壓力已經(jīng)高于地層壓力時，儲層氣體不會大量自動進入井筒（即無溢流氣），但在一段時間內(nèi)還存在少量交換氣和滲透氣進入井筒，如果為了降低后效全烴值而不斷提高鉆井液密度，這將導致進入井筒的氣泡受到的浮力增大，在流變性保持不變的情況下，這將使氣泡上升的速度加快。
        另外氣泡在上竄過程中也遵循PV=nRT定律， R為常數(shù)，當n值一定， 溫度T影響很小的情況下，氣泡體積V基本與液柱壓力P成反比，也就是說氣泡在上升過程中體積不段增加，密度不斷降低，與鉆井液的密度差越來越大，受到的浮力也越來越大，當然體積增加了，表面積也增加了，但是表面積的增加幅度是比體積增加的幅度小，一個是r2 ，一個是r3，由此分析得出氣泡在上竄過程中加速度越來越大，而v上竄=∫dv/dt（0，t），由此，可以得出以下結論：
        （1）天然氣在從井底向井口的運移過程中速度以非線性倍增的結論。
        (2) 即使鉆井液密度很高，液柱壓力遠遠大于儲層地層壓力，只要儲層有氣體，深井的巖屑氣和交換氣后效也有可能使全烴值達到很高，甚至引起池體積增加的現(xiàn)象。
        （3）提高鉆井液密度存在增加油氣上竄速度的可能，起鉆是否安全應綜合短起后效強弱、持續(xù)時間以及是否存在液面上漲等情況。
        二、上竄速度30m/h存在的問題
        前現(xiàn)場采用遲到時間法測定的油氣上竄速度是從井底到井口的平均速度，針對川東北深井，井深一般都在5000~8000m，油氣層就按4000m計算，如果必須嚴格執(zhí)行30m/h以內(nèi)的油氣上竄速度，天然氣從井底上竄到井口需要的時間t=4000/30=133.33h，而對于4000m的井，按5分鐘一根立柱的最慢速度，起下一趟鉆所需時間為4000/27×5/60×2=24.7h。即使上竄速度不倍增，下鉆到底時，油氣才上竄到井深3200m左右，實際根本就不到3200m。即使有其他特殊情況再耽誤30h，油氣上竄井深也不到2000m，循環(huán)排氣還需要很長時間，這樣就會影響純鉆進效率。
        根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)督反映和跟蹤調查，發(fā)現(xiàn)很多井在起鉆前油氣上竄速度根本就達不到小于30m/h的要求，這給現(xiàn)場監(jiān)督管理帶來很大難度，如果讓起鉆，說明監(jiān)督不作為，不負責，不準起鉆，只得循環(huán)加重，且需要多次短起下鉆和循環(huán)來測定油氣上竄速度，使鉆井作業(yè)方的短起下、循環(huán)時間大大增加，嚴重耽誤生產(chǎn)失效，同時為了要達到這個要求，鉆井液液柱壓力要大大超過儲層地層壓力，這就增加了井漏風險并容易引起漏、噴同存的井控復雜事故。另外鉆井液密度過高也會加重鉆井液對儲層的污染，降低機械鉆速。
       
        三、井深/上竄速度=2～3倍作業(yè)時間的合理和安全性
        按（一）中的結論，把井筒人為分為3段，這樣各段的平均上竄速度可能依次為上2v，中v，下段為1/2v，氣泡經(jīng)過各段的時間分別為1/7t（上段），2/7t（中段）4/7t（下段），這里的t是氣泡從井底竄到井口所需時間，也就=井深/上竄速度，如果=2倍作業(yè)時間，下鉆到底后油氣上竄高度應該還不到井深的1/3，完全能保證井控安全。
        我們舉例來進行實際核算，如果井深4000m，起下鉆一趟作業(yè)時間25h，我們?nèi)【?上竄速度=2倍作業(yè)時間，也就是50h，允許的最大油氣上竄速度為4000/50=80m/h，也就是說起下鉆到底后油氣上竄高度為1300m以內(nèi)，即使耽誤20h，下鉆到底后油氣也還沒有竄到井口。
        為了進一步保證安全，還可以取井深/上竄速度=3倍作業(yè)時間，對應的油氣上竄速度為4000/（25×3）=53m/h。
        如果井深6000m，起下鉆一趟作業(yè)時間40h，如果按2倍作業(yè)時間取，允許的最大油氣上竄速度為6000/（40×2）=75 m/h。按3倍作業(yè)時間取，允許的最大油氣上竄速度為6000/（40×3）=50 m/h。
        通過現(xiàn)場調查，井隊起鉆時的油氣上竄速度一般都為50~80m/h范圍內(nèi)，有些時候100m/h以上也在起鉆，都沒有出什么問題，根據(jù)上面的計算，如果井深/上竄速度=2～3倍作業(yè)時間話，算出的最大允許油氣上竄速度與現(xiàn)場比較一致，說明這種方法是比較合理的。
       
 

        2011.5.25