目前，中石化對(duì)進(jìn)入氣層后起鉆前的油氣上竄速度要求十分嚴(yán)格，比如中石化安全技術(shù)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)并無如此規(guī)定，比如鉆井井控技術(shù)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(jì)結(jié)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(fù)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(fēng)險(xiǎn)，也加重了對(duì)油氣層的污染程度，并嚴(yán)重影響開發(fā)進(jìn)度。下面就起鉆前油氣上竄速度控制什么范圍內(nèi)合理進(jìn)行探討：
一、天然氣在井筒中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
天然氣在儲(chǔ)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(chǔ)層壓力很高，氣體被高度壓縮，相對(duì)密度較大。當(dāng)儲(chǔ)層被揭開后，儲(chǔ)層巖屑?xì)?、交換氣（儲(chǔ)層壓力低于鉆井液液柱壓力）、溢流氣（儲(chǔ)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(shí)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?jiǎng)恿?nbsp; F上竄=（F浮-G）-N界面 （1）
其中 F浮應(yīng)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(jié)構(gòu)強(qiáng)度及氣泡表面積有關(guān) N界面=k..S=k .4/3п r2 （4）
由上面的關(guān)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(dòng)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(chǎng)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(jié)構(gòu)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(jìn)入鉆井液中后會(huì)自動(dòng)上升。
當(dāng)液柱壓力已經(jīng)高于地層壓力時(shí)，儲(chǔ)層氣體不會(huì)大量自動(dòng)進(jìn)入井筒（即無溢流氣），但在一段時(shí)間內(nèi)還存在少量交換氣和滲透氣進(jìn)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(dǎo)致進(jìn)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(dāng)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(dāng)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(gè)是r2 ，一個(gè)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(jié)論：
（1）天然氣在從井底向井口的運(yùn)移過程中速度以非線性倍增的結(jié)論。
(2) 即使鉆井液密度很高，液柱壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于儲(chǔ)層地層壓力，只要儲(chǔ)層有氣體，深井的巖屑?xì)夂徒粨Q氣后效也有可能使全烴值達(dá)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(yīng)綜合短起后效強(qiáng)弱、持續(xù)時(shí)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(chǎng)采用遲到時(shí)間法測(cè)定的油氣上竄速度是從井底到井口的平均速度，針對(duì)川東北深井，井深一般都在5000~8000m，油氣層就按4000m計(jì)算，如果必須嚴(yán)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(shí)間t=4000/30=133.33h，而對(duì)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(shí)間為4000/27×5/60×2=24.7h。即使上竄速度不倍增，下鉆到底時(shí)，油氣才上竄到井深3200m左右，實(shí)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(shí)間，這樣就會(huì)影響純鉆進(jìn)效率。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督反映和跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)很多井在起鉆前油氣上竄速度根本就達(dá)不到小于30m/h的要求，這給現(xiàn)場(chǎng)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(fù)責(zé)，不準(zhǔn)起鉆，只得循環(huán)加重，且需要多次短起下鉆和循環(huán)來測(cè)定油氣上竄速度，使鉆井作業(yè)方的短起下、循環(huán)時(shí)間大大增加，嚴(yán)重耽誤生產(chǎn)失效，同時(shí)為了要達(dá)到這個(gè)要求，鉆井液液柱壓力要大大超過儲(chǔ)層地層壓力，這就增加了井漏風(fēng)險(xiǎn)并容易引起漏、噴同存的井控復(fù)雜事故。另外鉆井液密度過高也會(huì)加重鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的污染，降低機(jī)械鉆速。
三、井深/上竄速度=2～3倍作業(yè)時(shí)間的合理和安全性
按（一）中的結(jié)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(shí)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(shí)間，也就=井深/上竄速度，如果=2倍作業(yè)時(shí)間，下鉆到底后油氣上竄高度應(yīng)該還不到井深的1/3，完全能保證井控安全。
我們舉例來進(jìn)行實(shí)際核算，如果井深4000m，起下鉆一趟作業(yè)時(shí)間25h，我們?nèi)【?上竄速度=2倍作業(yè)時(shí)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(jìn)一步保證安全，還可以取井深/上竄速度=3倍作業(yè)時(shí)間，對(duì)應(yīng)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(shí)間40h，如果按2倍作業(yè)時(shí)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(shí)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(chǎng)調(diào)查，井隊(duì)起鉆時(shí)的油氣上竄速度一般都為50~80m/h范圍內(nèi)，有些時(shí)候100m/h以上也在起鉆，都沒有出什么問題，根據(jù)上面的計(jì)算，如果井深/上竄速度=2～3倍作業(yè)時(shí)間話，算出的最大允許油氣上竄速度與現(xiàn)場(chǎng)比較一致，說明這種方法是比較合理的。
2011.5.25
