ICS 75.020 SY E 13 备案号：58675—2017 中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T5431—2017 代替SY/T5431—2008 井身结构设计方法 The design method of casing program 2017-03—28发布 2017－08－01实施 国家能源局 发布 SY/T5431—2017 目 次 前言 II 1 范围 规范性引用文件 2 3 术语和定义 4 设计原则 5 设计依据 6 设计参数取值范围 设计约束条件 7.1 防止井涌和井壁塌的约束条件 7.2 防止压裂地层的约束条件 7.3 防止压差卡钻或卡套管的约束条件 7.4 必封点应考虑的因素 8 设计方法 8.1 方法选择 8.2 设计步骤 8.3 注意事项 8.4 方法示例 套管与井眼（钻头尺寸）间隙的选择 9 9.1 选择原则 9.2 套管与井眼（钻头尺寸）间隙的选择 6 10套管柱设计要求· 11 水泥返高设计 12设计结果输出格式 附录A（资料性附录）自下而上设计方法设计步骤示例 附录B（资料性附录）自上而下设计方法设计步骤示例 SY/T5431—2017 前言 本标准按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则 起草。 本标准代替SY/T5431—2008《井身结构设计方法》，与SY/T5431—2008相比，主要技术变化 如下： 修改了标准的适用范围（见第1章）； 更新了规范性引用文件（见第2章）； 修改了部分术语的定义（见3.1，3.2，3.5，3.6）； 补充了设计依据的内容，删除了与之不相关的内容（见5.1，2008年版的5.3、5.5）； 删除了固井回压值（见2008年版的6.2.6）； 将设计约束条件进行了重新编排（见第7章）； 修改了设计约束条件中部分变量的定义（见7.2.2，7.3）； 增加了必封点应考虑的因素（见7.4.5，7.4.7）； 将章标题“设计方法、步骤”修改为“设计方法”（见第8章）； 增加了对设计步骤的说明和注意事项（见8.2，8.3）； 补充了套管与井眼（钻头尺寸）间隙的选择原则（见9.1.2）； 修改了套管与并眼（钻头尺寸）间隙选择图（见图1）： 将章标题“套管设计要求”修改为“套管柱设计要求”，删除了关于套管柱强度和选材方面 的内容（见第10章，2008年版的10.2至10.6）； 调整了水泥返高设计的条款顺序，修改了油并技术套管、生产套管的管外水泥返高，增加了 注水井水泥返高要求，修改了热采井、气井管外水泥返高要求（见第11章）； 修改了设计结果输出格式要求（见第12章）； 将规范性附录修改为资料性附录（见附录A、附录B）； 增加了塌压力曲线、钻井液密度曲线，修改了尾管设计中尾管最大下人深度点的确定原 则、溢流压井条件校核套管下入深度的方法（见A.5，A.7，B.6）。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 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：中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院、中石油川庆钻探工程有限公司 钻采工程技术研究院、中国石油大学（华东）。 本标准主要起草人：陈明、窦玉玲、曲晓红、王爱国、管志川、张治发、施亚楠、张慧、黄志 远、张璐。 本标准代替了SY/T5431—2008。 SY/T5431—2008的历次版本发布情况为： SY5431—1991，SY/T5431—1996。 II SY/T54312017 井身结构设计方法 1范围 本标准规定了石油天然气井井身结构设计原则、参数取值、方法与步骤、输出格式等方面的技术 要求。 本标准适用于陆上石油天然气钻井井身结构设计，海上钻井可参照执行。 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T31033石油天然气钻井井控技术规范 SY/T5333钻井工程设计格式 SY/T5724套管柱结构与强度设计 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 正常压力地层压差卡钻临界值criticalvalueofdifferentialpressurestickinginnormalpressure formation pn 裸眼井段中，正常地层压力井段不发生压差卡钻所允许的钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的 最大压差值。 3.2 异常压力地层压差卡钻临界值criticalvalueofdifferentialpressurestickinginabnormalpressure formation △pa 裸眼井段中，异常地层压力井段不发生压差卡钻所允许的钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的 最大压差值。 3.3 地层破裂压力当量密度安全允许值allowablesafevalueofequivalentdensityoffracturepressure in formation 's 考虑地层破裂压力当量密度检测的精度，地层破裂压力当量密度允许存在的最大误差值。 3.4 安全地层破裂压力当量密度 safeequivalentdensityoffracturepressureinformation Pff 1 SY/T5431—2017 考虑地层破裂压力当量密度安全允许值后的地层破裂压力当量密度最小值。 3.5 溢流充许值 直kicktolerance Sk 钻遇裸眼井段最大地层孔隙压力处所允许的井内压力当量密度的增加值， 3.6 自下而上设计方法bottom-updesign 根据裸眼井段安全钻进应满足的压力平衡、压差卡钻约束条件，自井底开始，自下而上逐层设计 各层套管下人深度的井身结构设计方法。 3.7 自上而下设计方法 top-downdesign 根据裸眼井段安全钻进应满足的压力平衡、压差卡钻约束条件，在已确定了表层套管下入深度的 基础上，从表层套管鞋处开始自上而下逐层设计各层套管下入深度的井身结构设计方法。 4设计原则 4.1符合当地法律、法规，满足健康、安全、环境管理体系的要求。 4.2有利于发现、认识和保护油气层，满足开发要求。 4.3有利于实现安全、优质、高效钻井。 5设计依据 5.1依据钻井地质设计中（包括但不限于）以下内容： a）地层孔隙压力、地层破裂压力及塌压力剖面。 b）地层岩性剖面。 c）完井方式和生产套管尺寸要求。 d）地面环境（地形、地势）。 e）浅层地质情况（浅层气、浅层水流、沙漠地区的流沙层、山体滑坡等）。 f）储层特征（储层物性、流体特征、预计产能等）。 5.2同区块邻井、相邻区块参考井的实钻资料。 5.3井位附近河流河床底部深度、生产生活用水水源的地下水底部深度、附近水源分布情况、地下 矿产采掘区开采层深度、开发调整井的注水（汽）层位深度、回注层位深度。 6设计参数取值范围 6.1 抽汲压力当量密度S，和激动压力当量密度S，一般取0.015g/cm3～0.040g/cm3。 6.2地层破裂压力当量密度安全允许值Sr一般取0.03g/cm²。 6.3溢流压井允许值Sk一般取0.05g/cm3～0.10g/cm3。 6.4正常压力地层压差卡钻临界值△p.一般取12MPa～15MPa，异常压力地层压差卡钻临界值△p 一般取15MPa～20MPa。 6.5钻井液密度附加值△p执行GB/T31033的规定。 6.6以上参数宜根据设计井所在区域的统计数据确定其具体数值。 2 SY/T5431—2017 7设计约束条件 7.1防止井涌和井壁塌的约束条件 7.1.1为防止发生井涌，钻井液密度应大于或等于裸眼井段的最大地层孔隙压力当量密度加上钻井液 密度附加值，见公式（1）： Pml ≥ Ppmax+△p (1) 式中： Pml 防止发生井涌的钻井液密度，单位为克每立方厘米（g/cm²）； 裸眼井段最大地层孔隙压力当量密度，单位为克每立方厘米（g/cm）； P pmax △p一—钻井液密度附加值，单位为克每立方厘米（g/cm²）。 7.1.2为防止发生井壁塌，钻井液密度应大于或等于裸眼井段的最大地层塌压力当量密度，见公 式(2)： Pm2≥Pemax (2) 式中： 防止发生井壁塌的钻井液密度，单位为克每立方厘米（g/cm）； Pm2 塌压力当量密度，单位为克每立方厘米（g/cm²）。 P cmax 7.1.3钻井液密度需同时满足防止井涌和井壁塌的需要，见公式（3）： Pm=max（pml,Pm2) (3) 式中： 钻井液密度，单位为克每立方厘米（g/cm²）； Pm 防止发生井涌的钻井液密度，单位为克每立方厘米（g/cm²）； Pml 防止发生井壁塌的钻井液密度，单位为克每立方厘米（g/cm）。 Pm2 7.2防止压裂地层的约束条件 7.2.1F 防止正常作业压裂地层的约束条件 正常作业时最大井内压力当量密度应小于或等于裸眼井段最小安全地层破裂压力当量密度，见公 式（4）至公式（6）： P bmmax ≤ Pfimin (4) P bmmax= Pmmax+Sg (5) Pr= pr-Sr (6) 式中： 正常作业时最大井内压力当量密度，单位为克每立方厘米（g/cm²）； 裸眼井段最小安全地层破裂压力当量密度，单位为克每立方厘米（g/cm）； P ffmin 裸眼井段最大钻井液密度，单位为克每立方厘米（g/cm²）； P mmax 激动压力当量密度，单位为克每立方厘米（g/cm3）； 安全地层破裂压力当量密度，单位为克每立方厘米（g/cm"）； Pff 3