钻井液脱气效率现场试验研究

钻井液脱气效率现场试验研究 杨明清 【摘 要】钻井液脱气效率是影响气测录井准确性的一项重要参数,对发现、解释、评价油气层具有重要意义。由于过去多是定性的解释评价,脱气效率的数值很少有人进行现场测量。为了准确获取该参数,并探讨其影响因素和规律,从不同思路、不同原理设计了2种测量脱气效率的试验方案,即全脱值-气测值法和全脱值-全脱值法,选取了5口钻井液性能差别不大的井,采用2种方法分别进行试验,得出了不同烃组分的脱气效率值。对其试验结果进行对比分析表明,对于同一烃组分,不同井别、不同方法所测得的钻井液脱气效率值基本相同;随着烃类气体碳原子数的增加,脱气效率逐渐降低。在录井工程中,可利用该值对气测值进行实时校正,提高录井资料的准确性,为后期的解释评价奠定基础。%Degassing efficiency of drilling fluid is one of the important parameters in gas logging,which has great significance for discovering,interpreting and evaluating oil and gas reservoir.Previous qualitative evaluation allows few operators to make field measurement of this parameter.In order to collect the right parameters and analyze their influence factors and laws,this paper presents two testing programs called ＂VMS（vacuum mud still） value-GL（gas logging） value＂ and ＂VMS value-VMS value＂ in accordance with different ways and theories.After application of these methods respectively in five wellbores which have similar drilling fluids,they produced different degassing efficiencies of different hydrocarbon components.The results,by contrast,indicate that different wells or measuring methods of the same hydrocarbon components have the same degassing efficiency.As the increasing of carbon atoms,the degassing efficiency is reduced.Therefore,the real-time correction can be used in mud logging in order to improve the accuracy of logging data and lay a foundation for further interpretation and evaluation.

【期刊名称】《新疆石油地质》 【年(卷),期】2012(033)002 【总页数】3页(P230-232) 【关键词】钻井液;烃组分;脱气效率;试验;分析 【作 者】杨明清 【作者单位】中国石化石油工程技术研究院,北京100101 【正文语种】中 文 【中图分类】TE254.1

在综合录井中，可在线测量钻井液内烃类气体的含量，将该参数进行钻头直径、钻速、钻井液排量、色谱仪样气泵排量、脱气器脱气量、脱气效率等校正，即可计算出在地面条件下单位时间从钻井液中释放出的气体体积与单位时间破碎的岩石体积之比，即储集层中的地面含气量，将地面含气量进行压力、温度、气体压缩系数等校正，可得到地层条件下每立方米岩石含烃类气体的体积，即地层含气量[1]。地层含气量对于油气层的发现、解释、评价，估算储量，计算油层产能，具有重要的意义。脱气器脱气时，并不能将钻井液内的气体全部脱出，很大一部分残留在钻井液内，脱出的气体量占钻井液内总气体含量的比值，称之为“脱气效率”[2]，在上述计算过程中，除脱气效率外，其他参数可通过理论计算、查阅专用图版、综合录井仪实时采集等方式获取，而脱气效率参数，由于操作繁琐，很少有人对其进行系统的测量。 1 试验设备 试验设备主要有烃类气体检测仪器、电动马达脱气器、热真空定量全脱分析仪、钻井液性能测理仪器等。 （1）色谱仪 本试验采用Baker Hughes生产的Advantage综合录井仪，该录井仪配有Agilent6890GC色谱仪，该色谱仪具备国际领先水平，具有分析周期短、精度高等优点，完全能够满足试验需要。 （2）脱气器 录井现场常用的脱气器一般有浮子式脱气器、气动马达脱气器、电动马达脱气器、热真空定量全脱分析仪[3-6]。其中浮子式脱气器、气动马达脱气器现场应用较少；电动脱气器应用最多，故试验采用最常用的电动脱气器；热真空定量全脱分析仪是目前脱气效率最高的脱气器，脱气效率在98%以上，本试验近似认为脱出了钻井液内所有的气体，脱气效率为100%，由于其很难实现在线测量，所以一般只用于试验室。本试验采用上海神开科技有限公司生产的SK-7R02型热真空定量全脱分析仪。 （3）钻井液性能测量仪器 包括钻井液密度测量仪、钻井液漏斗黏度测量仪、钻井液范式黏度计，用于测量钻井液的密度、漏斗黏度、塑性黏度等参数。 2 试验方法 （1）全脱值-气测值法 在钻井液进入脱气器之前取钻井液样品，进行热真空定量全脱分析，用以检测钻井液内烃类气体（包括甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷）的真实含量；同时利用综合录井色谱仪对气测值进行实时采集，该气测值反映的是脱气器脱出的气体的含量。脱气效率可由（1）式求得： 式中 η1——脱气效率，无量纲； Ci——气测仪测的某种烃组分的含量，%； S——色谱仪样气泵排量，L/min； i——所检测气体的种类； Vib——在脱气器前取钻井液样作全脱分析所脱 出的气体体积，mL； Cib——在脱气器前取钻井液样作全脱分析所脱出的气体浓度，%； Q——流经脱气器的钻井液流量，L/min； q——热真空定量全脱分析的钻井液体积，L. CiS表示单位时间综合录井仪采集到的烃类气体的摩尔数；Vib Cib表示在脱气器前取钻井液样进行热真空定量全脱分析所收集的烃类气体的摩尔数；Q/q表示为消除由于脱气器单位时间脱钻井液量与每次热真空定量全脱分析的钻井液量差别所使用的校正系数，Q的值可以实测，q的值为固定值，本试验所采用的热真空定量全脱分析仪，其体积为250mL. （2）全脱值-全脱值法 在钻井液进入脱气器之前取钻井液样品，进行热真空定量全脱分析，用以检测钻井液内烃类气体的真实含量；同时在钻井液脱气器出口取钻井液样品，进行热真空定量全脱分析，用以检测经脱气器脱气后钻井液内烃类气体的含量。脱气效率可由（2）式求得：

式中 η2——脱气效率，无量纲； Via——在脱气器后取钻井液样作全脱分析所脱出的气体体积，mL； Cia——在脱气器后取钻井液样作全脱分析所脱出的气体浓度，%； Via Cia——在脱气器钻井液出口取钻井液样进行热真空定量全脱分析所收集的烃类气体的摩尔数； Via Cia/Vib Cib——经脱气器脱气后残留在钻井液内的烃类气体的比例。 3 试验参数的选择及控制 钻井液的脱气效率受众多因素的影响，主要包括钻井液黏度、脱气器脱钻井液量、综合录井仪样气泵排量等。 （1）钻井液黏度的选择 钻井液黏度对脱气效率的影响较大，一般来说，钻井液黏度越大，脱气效率越低。为了避免钻井液黏度对脱气效率的影响，本试验采用约60 s的钻井液进行试验[7,8]，不同钻井液黏度对脱气效率的影响，将单独进行试验研究。 （2）综合录井仪样气泵排量的控制 一般来说，综合录井仪样气泵排量增加，能促进脱气器补充空气对脱出气体的携带，造成脱气效率增加，为了避免样气泵排量给脱气效率带来影响，本试验中，将其控制在600mL/min左右。在本试验的5口井中，测得其样气泵排量分别为560、480、825、745、520mL/min.从实验结果来看，综合录井仪样气泵排量的变化会引起气测值的变化，样气泵排量增加，则气测值降低，反之亦反，但在一定范围内，样气泵排量对脱气效率的影响并不十分明显。 （3）脱气器脱钻井液量的控制 一般来说，即使是同一台脱气器，浸入钻井液越深，其脱气效率越低，为了避免脱气器脱钻井液量给脱气效率带来的影响，本试验将其控制在80 L/min左右。在试验的5口井中，测得其脱钻井液量分别为 76.5、95.5、51.6、87、66 L/min，从实验结果来看，在一定范围内，脱钻井液量对脱气效率的影响并不十分明显。 4 试验结果分析 本试验在胜利油田Y224、L97、LS102、H89、B26等5口井，分别采用全脱值-气测值法和全脱值-全脱值法进行了试验，试验结果如图1、图2所示。 图1 全脱值-气测值法各组分脱气效率曲线 图2 全脱值-全脱值法各组分脱气效率曲线 由图1和图2可以看出，虽然2种脱气效率的测量原理、计算方法不尽相同，但在不同的井中，采用2种不同试验方法测得的结果差别不大，这也印证了2种测量方法的正确性。在今后的类似实验中，采取其中的一种方法即可。 由图1和图2还可看出，在不同的井采用2种不同试验方法进行试验，所得出的脱气效率有一个共同的规律，即随着碳原子数的增加，脱气效率逐渐降低，甲烷的脱气效率一般在20%左右，而异丁烷的脱气效率只有7%左右。由此说明，烃类气体的碳原子数越大，被钻井液吸附的力越强，从钻井液中脱出越困难，脱气效率越低。进行油气层的定量评价解释时，要充分考虑各组分脱气效率的差别所带来的影响，尽可能降低误差，增强资料评价的准确性。 5 结论与建议 （1）在钻井液性能差别不大的情况下，可利用本试验所测得的数据计算地面含气量、地层含气量；也可对气测值进行实时校正，增强气测值的准确性和可比性。 （2）钻井液黏度对脱气效率的影响很大，应加大试验力度，开展不同影响因素对脱气效率的影响校正试验，形成校正公式和图版。 （3）脱气效率相同，脱气器脱钻井液量不同也会使气测值有所变化，脱气器脱钻井液量与脱气效率的综合作用，使气测值受到很大的影响，建议采用定量脱气器来解决这一问题，即在常规机械搅拌脱气器的基础上增加引流装置和恒流泵，使进入脱气器的钻井液为恒定量，消除钻井液排量的影响，取得稳定的脱气效率。 （4）气测值与综合录井仪样气泵排量几乎成反比，样气量排量的变化，虽然在发现油气显示方面影响不是很大，但不利于气测值的横向对比。建议不同型号的综合录井仪中，其样气泵采用相同的排量，增强气测值的可对比性。 （5）近几年，国外一些公司设计了一种直接插入钻井液内的基于半透膜气体分离原理的脱气器，可直接浸入钻井液进行脱气，响应时间快，分辨率高，脱气效率稳