油气上窜是指钻开油气层后，由于油气层压力大于钻井液液柱压力，油气在压差作用下进入钻井液并沿井筒向上流动的现象。油气上窜速度是指单位时间内油气上窜的距离。

在油气勘探过程中，钻开油气层后，每次下钻后都要测量后效计算油气上窜速度。油气上窜速度是定性反映油气活跃的一个重要数据。同时也是钻井施工现场一项重要的工作，它的准确与否直接影响施工现场的井控安全，如果油气上窜速度计算不准确，很容易导致井涌、井喷等井控事故。同时油气上窜速度对钻井过程中钻井液密度的调整也具有非常重要的指导意义。一旦循环过程中出现溢流、井涌等情况，就立即盲目提高钻井液密度，很容易对油气层造成损害^[1]。要保护油气层，必须使油气上窜速度保持一定的数值。

所以，在录井过程中，要密切注意对上窜速度的跟踪分析，指导钻井液密度的合理调整^[2]，保护油气层。

1 油气上窜速度的基本计算方法及

存在的误差因素分析

1.1 基本计算方法：

迟到时间法计算式：

$V\text{ }=\text{ }\{H\text{ }-\left( \text{ }h\text{ }/\text{ }t\text{ } \right)\text{ }(~{{t}_{1}}~-{{t}_{2}}~)\text{ }\}\text{ }/~{{t}_{0}}$

(1)

容积法计算式：

$V\text{ }=\text{ }\{\text{ }H\text{ }-(\text{ }Q\text{ }/~{{V}_{c}}~)\text{ }(~{{t}_{1}}~-{{t}_{2}}~)\}\text{ }/~{{t}_{0}}$

(2)

式中：V为油气上窜速度，m/h；H为油、气层深度，m ；h为循环钻井液钻头所在井深，m ；t为钻头所在井深的迟到时间，min；t₁ 为见到油气显示的时间，min ；t₂ 为下钻至井深h的开泵时间，min ；t₀ 为井内钻井液静止时间，h ；Q为钻井液泵量，L/min ；V_c 为井眼环形空间每米理论容积，L。

1.2 误差因素分析

油气上窜速度为油气上窜高度与井内钻井液静止时间的比值。影响油气上窜速度计算结果的主要参数包括迟到时间、见油气显示时间和油气层顶界深度，这3 个参数在现场比较难以确定，是无法精确计算油气上窜速度的重要因素。短起下过程中，钻具下至油气层气侵界面以下，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、钻具的外径以及侵入的长度决定。

除上述因素以外，在开泵循环后至见到油气显示的这一段时间内，油气相对于钻井液仍然是一直向上运动的。因此，在井比较深的情况下，这一影响因素对计算上窜速度影响较大。

2 计算方法

新计算方法可以排除短起下钻对气侵段顶替 ^[3] 的影响因素。同时，在井较深的情况下也需考虑在开泵循环至见油气显示之间时间内油气仍然上窜的影响，即油气上窜的时间应为钻井液静止时间与开泵至见油气显示时间（t₁ -t₂）之和^[4]。在运用此计算方法之前，需要考虑井身结构^[5] 运用容积法计算确定气侵界面在套管内和裸眼内这个前提。新算法能较好地解决油气上窜速度计算结果偏大的问题。

2.1 在裸眼内容积法反算气侵界面

首先通过容积法计算反推开泵循环时气侵界面依然在裸眼内以及计算气侵界面到井底的高度。

图 1中，h₁ 为气侵界面到井底的高度（把开泵循环到见油气显示之间时间内油气仍然上窜换算进开泵循环时气侵高度里），则

${{h}_{1}}~=\left( {{H}_{1}}-{{H}_{3}} \right)-\left[ Q\left( {{t}_{1}}-{{t}_{2}} \right)-{{H}_{3}}~{{V}_{t}} \right]\text{ }/{{V}_{l}}~$

(3)

式中 ：H₁ -H₃ 为裸眼的长度 ；Q（ t₁ -t₂）为开泵到见油气显示所循环的体积；H₃ V_t 为套管与钻杆的环空体积；开泵到见油气显示所循环的体积减去套管与钻杆的环空体积除以V_l 等于套管底与气侵界面之间的长度；裸眼的长度再减去该长度则为气侵界面到井底的高度。

h₂ 为油气上窜的高度，则

${{h}_{2}}~=~{{h}_{1}}~-\left( {{H}_{1}}~-{{H}_{2}} \right)$

(4)

气侵界面高度再扣除油气层到井底的长度则为油气上窜高度。

扣除下钻排替气侵段和考虑循环时上窜高度所建立的公式：

$V=\{~{{h}_{2}}~-[{{h}_{1}}~-V\left( ~{{t}_{1}}~-{{t}_{2}} \right)]~{{V}_{z}}/~\left( ~{{V}_{l}}~+~{{V}_{z}} \right)\text{ }\}/\left( ~{{t}_{1}}~-{{t}_{2}}~+~{{t}_{0}} \right)$

(5)

假设开泵到见油气显示之间的上窜速度与计算的平均上窜速度一致，则 [h₁ -V（ t₁ -t₂）] V_z （ / V_l + V_z）的计算结果为下钻排替气侵段而升高的高度；h₂-[h₁ -V（ t₁ -t₂）] V_z /（ V_l + V_z）的计算结果为扣除下钻排替气侵段的上窜高度；上述计算结果再除以t₀ +（ t₁ -t₂）就是平均上窜速度。

通过上述公式得出最终计算公式：

$V\text{ }=\text{ }[{{h}_{2}}~-{{h}_{1}}{{V}_{z}}/\left( {{V}_{l}}~+~{{V}_{z}} \right)]\text{ }/\{\left( ~{{t}_{1}}~-{{t}_{2}} \right){{V}_{l}}/\left( {{V}_{l}}~+~{{V}_{z}} \right)+~{{t}_{0}}~\}$

(6)

2.2 在套管内容积法反算气侵界面

图 2中，h₁ 为气侵界面到井底的高度（把开泵循环到见油气显示之间时间内油气仍然上窜换算进开泵循环时气侵高度里），则

${{h}_{1}}~=~{{H}_{1}}~-Q\left( {{t}_{1}}~-{{t}_{2}} \right)/~{{V}_{t}}~$

(7)

式中：Q （t₁ -t₂）为开泵到见油气显示所循环的体积；该体积除以V_t等于井口到气侵界面的长度；H₁再减去该长度则为气侵界面到井底的高度。

h₂ 为油气上窜的高度，则

${{h}_{2}}~=~{{h}_{1}}~-\left( {{H}_{1}}~-{{H}_{2}} \right)$

(8)

气侵界面高度再扣除油气层到井底的长度则为油气上窜高度。

扣除下钻排替气侵段和考虑循环时上窜高度所建立的公式：

$\begin{align} & V\left( {{t}_{1}}~-{{t}^{2+}}~{{t}_{0}} \right)=~{{h}_{2}}~-\{\text{ }[{{h}_{1}}~-V\left( {{t}_{1}}-{{t}_{2}} \right) \\ & -\left( {{H}_{1}}~-{{H}_{3}} \right)]{{V}_{t}}~+\left( {{H}_{1}}-{{H}_{3}} \right)~{{V}_{l}}~\}\text{ }/\left( {{V}_{t}}~+~{{V}_{z}} \right) \\ \end{align}$

(9)

假设开泵到见油气显示之间的上窜速度与计算的平均上窜速度一致，则 h₁ -V（ t₁-t₂） -（ H₁ -H₃）的计算结果为扣除开泵见油气显示之间的上窜高度之后气侵界面到套管鞋的高度；h₁ -V（ t₁ -t₂） -（ H₁ -H₃）]V_t +（ H₁ -H₃） V_l 的计算结果为下钻排替气侵段的体积；该计算结果再除以V_t+ V_z 为下钻排替气侵段的高度；后续的计算方式同上。

通过上述公式得出以下计算公式，假设的前提是下至井底循环时气侵界面在套管内。

$\begin{align} & V=\text{ }[{{h}_{2}}\left( {{V}_{t}}~+~{{V}_{z}} \right)-{{h}_{1}}~{{V}_{t}}~+ \\ & \left( {{H}_{1}}~-{{H}_{3}} \right)\left( {{V}_{t}}~-{{V}_{l}} \right)\left] \text{ }/\text{ } \right[{{t}_{0}}\left( {{V}_{t}}~+~{{V}_{z}} \right)+\left( {{t}_{1}}~-{{t}_{2}} \right){{V}_{z}}]~ \\ \end{align}$

(10)

式中：V为油气上窜速度，m/h ；H₁ 为井底深度，m；H₂ 为油、气层深度，m；H₃ 为套管鞋深度，m；V_t 为套管与钻杆环形空间每米理论容积，L ；V_l 为裸眼与钻杆环形空间每米理论容积，L ；V_z 为钻杆闭端空间每米理论容积，L ；t₁ 为见到油气显示的时间（扣除管线时间），min ；t₂ 为下钻至井底的开泵时间，min ；t₀ 为井内钻井液静止时间，h ；Q为钻井液泵量（考虑泵效），L/min。

3 应用实例

从2009 年开始东海进入勘探开发高峰期，经过多口井的现场实际应用，效果明显，特别是对于深井，其迟到时间往往能达到40 min，分别用修改前后公式计算油气上窜速度，对比其结果差别明显。东海凹陷斜坡带，进入始新统地层压力系数高，如某8-3/8" 井眼井深4 540 m，油气显示层深度4 506 m，上层9-5/8" 套管深度3 958.69 m，短起下钻至井底循环，钻井液静止时间3.3 h，现场开泵至见油气显示时间42 min，气测录井实测后效全烃最大值为68%，以传统泵冲容积方法计算出的上窜速度132 m/h，而新算法得出上窜速度86.7 m/h，误差率52.2%。通过实例表明新算法可以提高上窜速度的准确率，传统迟到时间法因为受到泵排量变化和测量迟到时间精度的影响，计算结果误差较大；容积法排除了泵排量变化的影响，但是未考虑钻具的排替作用的影响，计算精度还存在一定的不足。

4 结论与建议

（1）新算法可以排除短起下钻对气侵段顶替的影响因素，同时考虑常忽视的开泵循环至见油气显示时间段内油气上窜误差，运用油气上窜时间代替钻井液静止时间。

（2）公式推导建立在油气静止一段时间后油气已经上窜所达到的高度，未考虑油气的滑脱上升、气体膨胀等因素。

（3）合理地运用油气相关资料，详细分析各类影响因素，发挥综合录井优势，提前预报工程异常，指导安全钻井。