【石油天然气行业标准(SY)】 固井设计规范

ICS75.020
备案号：22029—2007
中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5480—2007
代替SY/T5480—1992
固井设计规范
Specification for cementing design2007-10-08发布
国家发展和改革委员会
2008-03—01实施
规范性引用文件
3术语和定义
固井设计要求
5固井设计技术要求
作业评价.
附录A（规范性附录）
附录B（资料性附录）
注水泥流变性设计
固井施工记录表格式
SY/T5480—2007
SY/T5480—2007
本标准是对SY/T5480—1992《注水泥流变性设计》的修订，增加了第5章固井设计的内容。本标准的附录A为规范性附录，附录B为资料性附录。本标准由石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口。本标准起草单位：新疆石油管理局、新疆油田分公司、西南石油大学。本标准主要起草人：巴春寿、郑永生、郭小阳、李宝贵、柳建、张燕红。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：SY/T5480-1992。
1范围
固井设计规范
本标准规定了石油及天然气钻井固井设计的技术要求本标准适用于石油及天然气钻井固并设计，其他行业固井设计也可参考执行。2规范性引用文件
SY/T5480—2007
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T19139油井水泥浆试验方法
GB/T19831.1石油天然气工业套管扶正器第1部分：弓形弹簧套管扶正器SY/T5083尾管悬挂器及尾管回接装置SY/T5150
分级注水泥器
套管柱强度设计方法
SY/T5322
SY/T5374.1固井作业规程第1部分：常规固井SY/T5374.2固井作业规程第2部分：特殊固井SY/T5394
SY/T5396
SY/T5412
SY/T5467
SY/T5476
SY/T5618
SY/T5724
SY/T5956
SY/T5964
SY/T6276
SY/T6426
SY/T6466
SY/T6544
SY/T6592
SY/T6606
3术语和定义
固井水泥头及常规固井胶塞
石油套管现场检验与运输
下套管作业规程免费标准bzxz.net
套管柱试压规范
内管法注水泥器
套管用浮箍、浮鞋
套管串结构设计
钻具报废技术条件
钻井井控装置组合配套安装调试与维护石油天然气工业健康、安全与环境管理体系钻井井控技术规程
油井水泥石抗高温性能评价方法油井水泥浆性能要求
固并质量评价方法
石油工业工程技术服务承包商健康安全环境管理基本要求下列术语和定义适用于本标准。3.1
注水泥插入管柱stab-in cementingstring内管法注水泥时用的管柱。
SY/T5480--2007
旋流器swirlingcollar
带有螺旋橡胶翼形成螺旋通道的套管附件3.3
超高密度水泥浆ultra-weightedcementslurry密度值大于或等于2.40g/cm的水泥浆。4固井设计要求
4.1设计原则
满足勘探、开发和钻开施工工程的要求。4.2设计依据
钻井地质设计、钻井工程设计、技术规范、作业目的及井筒实钻资料。4.3设计所需的基本资料
a）钻井地质、工程设计书。
b）实际井身结构。
c）上层套管的套管串结构及钢级、壁厚、机械性能、套管损伤情况。d）实钻资料：实钻地质分层及岩性、地层孔隙压力、地层破裂压力、地层漏失压力、测（录）井资料、油气水层位置及流体特性、井眼复杂情况及事故、完钻时的排量和泵压、钻并液性能、钻具结构、温度和所在开发区块注采井分布情况及压力数据等。5固井设计技术要求
5.1管柱结构设计
5.1.1套管柱包括：
a）特殊固井管柱结构设计应符合SY/T5374.2的要求。b）其他套管柱结构设计应按SY/T5724中的有关规定执行。5.1.2非套管柱结构包括：
a）内管法内管柱结构：插人头+注水泥插人管柱（应在插入头上部安装扶正器）+方钻杆（或顶驱）。
b）尾管送入管柱结构：尾管送入工具+送入管柱+调长短节+方钻杆（短方钻杆或顶驱）。c）注水泥塞管柱结构：钻杆（油管）+安全接头+钻杆（油管）+方钻杆（或顶驱）。d）承转器挤水泥管柱结构：插人头+插人管柱+方钻杆（或顶驱）。5.1.3作业管柱要求
a）尾管送入管柱抗拉强度校核应按SY/T5374.2中的有关规定执行。b）按SY/T5956中的规定对作业管柱（钻杆、油管、套管）进行检查、更换，必要时可进行探伤检查。
c）送人管柱（非套管柱）井下称重（记录悬重），定向井进行转动管柱称重。d）用标准通径规对送人管柱通径并编号。5.2套管柱和非套管柱附件
套管柱和非套管柱附件应符合以下规定：a）弓形弹簧套管扶正器应符合GB/T19831.1的规定。b）尾管悬挂器及尾管回接装置应符合SY/T5083的规定。c）分级注水泥器应符合SY/T5150的规定。d）内管法注水泥器插入座应符合SY/T5476的规定。2
e）套管用浮箍、浮鞋应符合SY/T5618的规定。f）套管外封隔器等满足井下条件和工艺要求。g）附件还应符合下列规定：
1）密封性能应不低于管柱密封性能；2）机械、物理、化学性能应不低于管柱结构要求；3）通径不小于管柱的最小通径。5.3套管柱附件安装
5.3.1套管柱附件安装设计要求应按SY/T5724中的规定执行。5.3.2分级注水泥器安放位置应按SY/T5374.2中的规定执行。5.3.3套管承托环距离浮鞋的距离应根据井深和套管直径确定，应不小于10m。5.3.4旋流器宜使用在井径扩大严重并段，安装时应定位并固定牢固。5.3.5磁子扶正器宜安装在井斜大于60°的地层坚硬和井眼规则的井段。SY/T5480-2007
5.3.6大位移井套管柱设计时，若使用漂浮接箍，根据计算套管下人摩阻和套管浮重确定漂浮接箍的安装位置。
5.4套管柱附件类型选择设计
5.4.1尾管悬挂器类型选择：
a）尾管悬挂器类型选择应按SY/T5374.2中的规定执行。b）尾管有关计算应按SY/T5374.2中的有关条款计算。5.4.2分级注水泥器类型选择：应按SY/T5374.2中的规定执行。5.4.3浮箍、浮鞋类型选择：
a）井斜大于45的并段，宜选用自动复位式浮箍、浮鞋。b）井深小于或等于1500m，浮箍正向承压试验压力不小于30MPa，反向承压试验压力不小于20MPa，浮鞋反向承压试验压力不小于20MPa；并深大于1500m，浮箍正向承压试验压力不小于35MPa，反向承压试验压力不小于25MPa，浮鞋反向承压试验压力不小于25MPa。5.5套管设计
5.5.1选用套管的强度应不低于钻井工程设计规定。5.5.2套管柱强度校核应按SY/T5322的规定执行。5.5.3套管运输过程和现场检验应按SY/T5396中的有关规定执行。5.6设备工具设计
5.6.1下套管作业中最大负荷应小于钻机井架的承载能力。5.6.2井控设备，防喷器半封闸板芯子应与管柱尺寸配套，按SY/T6426中的规定试压。5.6.3对地面设备进行检查，不合格项应及时进行整改，重点检查下列部位：a）并架及底座。
b）提升系统：绞车、天车、游动滑车、大钩、吊环、钢丝绳及死绳固定器等。c）动力系统：柴油机、空气压缩机、发电机及传动系统。d）循环系统：钻井泵、高压管汇、钻井液净化设备、钻井液罐等。e）仪表：指重表、泵冲数表、泵压表及扭矩表等。5.6.4下套管工具应配备齐全，应有质量检验合格证，易损件应有备用。5.6.5对所用工具进行规格、尺寸、承载能力、工作表面磨损程度、液压套管钳扭矩表的精度及套管钳灵活性、安全可靠性等的质量检查。5.6.6与人井管柱连接的内防喷工具及配合接头应在作业前准备好，放在钻台上离并口较近的位置，内防喷工具应符合SY/T5964的规定。5.6.7直径大于或等于244.50mm的套管，下套管时宜采用套管卡盘下套管。3
SY/T5480—2007
5.6.8固井水泥头及常规固并胶塞的参数、技术要求和试验方法应按SY/T5394中的有关规定执行。
5.6.9注水泥装备的选用，应满足施工设计要求的压力、排量、密度要求。5.7水泥浆设计
5.7.1设计依据：
a）地层孔隙压力、地层破裂压力、地层漏失压力、地层承压能力试验值。b）地层流体性质。
c）井底静止温度和循环温度。
d）水泥封固段长度。
e）井型和固井施工工艺。
5.7.2设计内容：
a）密度：水泥浆密度确定应参考地层孔隙压力、地层破裂压力、地层漏失压力、地层承压能力试验值。
b）稠化时间：水泥浆稠化时间不小于施工时间与附加安全时间之和。c）水泥浆配方：依据地层流体性质、地层岩性、井底温度、井底压力等确定外加剂、外掺料的类型和加量。
d）抗压强度：常规密度水泥浆抗压强度见SY/T6544中的规定，超低密度水泥浆用于封固产层时24h抗压强度不低于7MPa，72h抗压强度应大于或等于14MPa。e）沉降稳定性：低密度和常规井水泥浆上下密度不大于0.03g/cm2，定向井、水平井和大斜度井上下密度差小于或等于0.01g/cm，超高密度水泥浆不大于0.05g/cm2，其余的水泥浆不大于0.03g/cm。
f）滤失量：不同作业滤失量见SY/T5374.2中的要求。g）游离液：不同作业游离液见SY/T6544中的要求。h）胶凝强度：按水泥浆性能要求配制实验所需的水泥浆，用水泥浆胶凝强度仪器和方法测量并计算胶凝强度，依据胶凝强度时间来确定环空加回压值。利用气窜潜在系数GFP选择水泥浆体系。
i）高温井、稠油热采井水泥石抗高温性能测定按照SY/T6466中的规定执行。i）流体相容性：
1）试验方法：流体相容性试验方法应按GB/T19139中的规定执行；2）性能要求：各种比例混合物的流变性满足作业要求，稠化时间不应低于施工时间与附加安全时间之和。
k）水泥石的渗透率：小于或等于0.01×10-3um2。5.7.3试验条件：
a）试验压力和温度根据GB/T19139的方法确定。b）稠化时间的试验温度其他确定方法：1）用循环温度测量仪确定循环温度作为稠化时间的试验温度；2）根据电测井底静止温度按经验公式计算井底循环温度。并底循环温度经验计算见式（1）：BHCT=T。·K
式中：
BHCT井底循环温度，℃；
T电测并底静止温度，℃；
K——经验系数0.7~0.9。
注：井底循环温度经验公式中系数K应按各地区的经验数据来计算。3）升温时间为水泥浆从井口到达井底的时间。5.7.4试验项目要求：
固井作业水泥浆试验项目要求包括：a）常规固井作业水泥浆试验项目见表1。b）特殊固井作业水泥浆试验项目按照SY/T5374.2中的规定执行。表1
滤失量
流变性
抗压强度
顶部强度
稠化时间
游离液
相容性
渗透率
沉降稳定性
应做；O
宜做；※
水泥浆流变性设计见附录A。
5.8前置液设计
5.8.1前置液设计依据及条件：
常规固井作业水泥浆试验项目
可不做；*
a）油气井钻井液类型、性能指标及流变参数。长封固段
第一次使用时应做。
b）注水泥设计中水泥浆类型、性能指标及流变参数。c）确定项替流型。
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大斜度水平井
特殊地层
d）井深、井温（井口、井底循环温度、井底静止温度）、地层孔隙压力、地层破裂压力、地层漏失压力、地层承压能力试验值。e）注水泥设计确定的平衡压力计算条件。5.8.2使用量：
a）依据流变参数及并眼平均几何尺寸确定紊流临界流速。b）冲洗液用量按紊流接触时间大于或等于7min计算。c）隔离液用量大于或等于冲洗液的1.5倍。5.8.3流变学计算应符合附录A设计要求5.8.4冲洗液性能要求应考虑的因素：a）流变性接近牛顿流体。
b）热稳定性。
c）降低钻井液粘度、切力，稀释性能。d）对钻井液中油基成分具有润湿反转作用。e）与钻井液、隔离液及水泥浆有良好的相容性，对水泥浆稠化时间的影响。5
SY/T5480—2007
f）不腐蚀套管。
g）冲洗液应选择影响水泥胶结强度较小的组分。5.8.5隔离液性能要求应考虑的因素：a）不影响工程设计对水泥浆滤失量和稠化时间的要求。b）悬浮性能，热稳定性。
c）塞流隔离液的触变力强、动塑比较高，悬浮顶替效果。d）对油基钻井液的润湿性能，有利于提高水泥界面胶结力。e）控制滤失量，不腐蚀套管。
5.8.6冲洗液性能指标：
a）密度：1.00g/cm2~1.08g/cm2。b）流态要求：按照附录A计算冲洗液达到紊流，c）热稳定性：在循环温度条件下，经过10h老化试验，性能变化不应超过10%。d）冲洗率：对钻井液的冲洗率为95%以上。5.8.7隔离液性能指标：
a）密度：1.08g/cm2~2.60g/cm2。b）在循环温度下，动塑比为0.05～0.12。c）27℃～103℃，小于250mL/30min×7MPa；人于103℃，小于150mlL/30min×7MPa。d）高温热稳定性好。
5.9压塞液设计
a）性能指标符合5.8.7的规定。b）使用量通常为2m，也可根据管内外压力平衡计算确定使用量。5.10作业量设计
5.10.1水泥返深设计包括：
a）表层或海洋导管固井水泥返至地面（泥面）。b）尾管固井水泥返至尾管悬挂器顶部50m以上。c）产层固井水泥返深应符合地质要求。d）含盐膏层的并返至盐膏层顶部以上或底部以下200m。e）双级固井应按油气层位置、地质要求、地层破裂压力、地层漏失压力、地层承压能力试验值，确定“、二级水泥返深，技术套管水泥返深达到钻井工程设计要求。f）稠油热采井应返至地面。
g）产层固井裸眼段水泥一次封固长度不宜超过800m。5.10.2水泥浆量设计。
5.10.2.1常规固井作业水泥浆量设计：下水泥塞、封固段套管外环空容积及附加量之和。5.10.2.2特殊固井作业水泥浆量设计：a）各种内管法固井的水泥浆量设计：1）表层固井水泥浆量设计应根据本地区经验和返出井口的水泥浆密度与实际人井水泥浆密度差不超过0.2g/cm确定附加量；
2）非表层固井为下水泥塞、封固段套管外环空容积及附加量之和。b）双级固井中各级水泥浆量设计：1）第一级为下水泥塞、封固段套管外环空容积及附加量之和；2）第二级为套管外环空容积及附加量之和。c）尾管固井的水泥浆量为套管外环空容积、上水泥塞（长度为50m～100m）、下水泥塞及附加量之和。
d）挤水泥作业水泥浆量设计应按SY/T5374.2中的规定执行e）注水泥塞作业的水泥浆量为设计注水泥塞段的井简容积及附加量之和。f）水泥浆的附加量可根据本地区作业经验确定。5.10.3顶替液量设计。
5.10.3.1常规固井作业顶替液量设计：套管承托环以上管柱内容积之和。5.10.3.2特殊固井作业项替液量设计：a）内管法固井的顶替液量应比内管柱的内容积少0.5m。b）双级固井的顶替液量设计：
SY/T5480—2007
1）非连续式注水泥的第一级为承托环以上管柱的内容积及附加量；第二级为分级注水器以上管柱的内容积及附加量；
2）连续打开式注水泥的第一级顶替液应包括两段，第一段为承托环至分级注水器段的管柱的内容积减去100m套管内容积，第二段为分级注水器以上管柱内容积及附加量；第二级同非连续式注水泥；
3）连续式注水泥的第一级为承托环至分级注水器段的套管柱的内容积减去100m套管内容积；第二级同非连续式注水泥。c）尾管固井顶替液量为坐落接箍以上管柱的内容积。d）井口挤水泥、注水泥塞的顶替液量为作业管柱在设计水泥浆面以上部分的内容积。e）承转器挤水泥的顶替液量设计：1）注水泥插头插人承转器前的顶替量为作业管柱的内容积减去前置液及水泥浆的体积；2）注水泥插头插人承转器后的顶替量为挤入位置以上的管柱内容积减去插入头插入前的替量。
）管柱（钻杆、油管）内容积不应设计附加量；套管内容积可适当设计附加量：但不应超过下水泥塞体积。
g）定向井、水平井顶替量为承托环以上管柱的内容积之和。水平井水平段按套管内容积先顶替较轻的平衡液，宜增大套管的浮力，使扶正器的恢复力产生更好的效果。h）压塞液量应按管内外压力平衡确定使用量。注：设计上要控制项替后的最大管内静液柱压力，应低于管外静液柱压力，其压力值应小于或等于6.MPa。5.11施工参数设计
5.11.1施T压力设计：
a）环空静液柱压力与环空流动阻力之和应小于地层破裂压力、地层漏失压力、地层承压能力试验值。
b）设计的项替压力不应超过设备泵入能力。5.11.2注替排量设计：
a）水泥浆流态宜按紊流设计。
b）如果水泥浆不能达到紊流，前置液应达到紊流。c）设计的注替排量应小于漏失临界排量。d）目的层并段扩径严重，地层破裂压力和固井施工设备能力不允许紊流顶替时宜采用塞流顶替。5.12施工作业程序设计
5.12.1常规固并施工作业程序设计应按SY/T5374.1中的规定执行。5.12.2特殊固井施工作业程序设计应按SY/T5374.2中的规定执行。5.12.3固井施工作业过程资料记录见附录B。5.13主要技术措施设计
5.13.1井眼准备技术措施：
SY/T5480—2007
a）应按SY/T5412中的规定执行。b）套管与井眼环空间隙不宜小于19mm，小于19mm时宜采用扩眼等相应措施。c）通过短起下钻检查并底沉砂高度及并壁稳定情况。5.13.2下套管技术措施：应按SY/T5412中的规定执行。5.13.3套管柱附件及工具要求：a）送井套管附件应符合产品质量标准，并有质量检验单；与套管柱相连的螺纹应进行合扣检查。b）下井套管附件应记录其主要尺寸、钢级和扣型，并将其长度和下并次序编人套管记录。c）固井管汇的额定工作压力应大于最高T.作压力的2倍，清水试压，稳压不小于3min，无泄漏5.14固井施工作业设计
根据设计要求的施工参数，制定详细的施工作业设计。5.15应急预案设计
应急预案包括以下几个方面：
a）下套管发生井漏、井涌、遇阻、遇卡、尾管提前坐挂、井下落物等复杂情况的预防与处理措施b）开泵循环发生井漏、井涌、循环通道堵塞等复杂情况的处理措施。c）固井工具失效的处理措施。
d）注替水泥发生整泵、井漏、井涌或注替设备、工具、管线不能正常工作等复杂情况的处理措施5.16IISE预案设计
a）施工单位应遵守国家、当地政府有关健康、安全与环境保护法律、法规等相关文件的规定。b）应按SY/T6276中的有关规定执行。c）应按SY/T6606中的有关规定执行。6作业评价
6.1固并质量的评价
固井质量评价方法见SY/T6592。6.2套管试压
套管试压按SY/T5467中的规定执行。8
A.1符号
附录A
（规范性附录）
注水泥流变性设计
符号解释见表A.1，常数K值见表A.2。表A.1
RepLi和RepL2
Renr和Rewp2
套管内径
环空内径和外径
摩阻系数
重力常数
幂律流体的稠度系数
幕律流体的幂律指数
套管和环空的长度
靠律流体的雷诺数
RepL的临界值
宾汉流体的雷诺数
Rep的临界值
体积流量
Q的临界值
流体的平均流速
察流临界值
塞流临界值
摩阻压力
宾汉塑性流体的塑性粘度
宾汉塑性流体的届服应力
流体密度
赫兹数
临界核隙比
核隙比
环空流动压降
管内流动压降
总泵压
管内静液压力
管外静液压力
符号解释
SI单位
Pa·s\
SY/T5480--2007
英制单位
Ib-ft.Ibf-1s-2
lbf·s\·ft-2
bbl/min
bbl/min
ft/min
1bf/ft
1b/gal
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