ICS 75.020 CCS E 13
中华人民共和国石油天然气行业标准
SY/T 5480—2025
代替SY/T 5480—2016
固井设计规范
Specification for cementing design
2025—09-28发布 2026—03-28实施
国家能源局 发布
SY/T 5480—2025
目 次
SY/T 5480—2025
前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规 定起草。
本文件代替SY/T 5480—2016《固井设计规范》,与SY/T 5480—2016相比，除结构调整和编辑性 改动外，主要技术变化如下：
a) 删除了“旋流器”“超高密度水泥浆”和“超低密度水泥浆”(见2016年版的3.1、3.2和
3.3);
b) 更改了设计原则内容(见4.1,2016年版的4.1);
c) 更改了设计依据内容(见4.2,2016年版的4.2);
d) 将“固井难点和主要技术措施”更改为“固井难点分析及方案”,更改了对应内容(见4.5, 2016年版的4.5);
e) 将“管柱、附件及设备工具设计”更改为“管柱设计”(见5.1,2016年版的5.1);
f) 更改了内管法内管柱结构内容(见5.1.3.1a),2016 年版的5.1.2.1a)];
g) 更改了注水泥塞管柱结构内容(见5.1.3.1c),2016 年版的5.1.2.1c)];
h) 删除了附件还应符合下列规定及其相关内容(见2016年版的5.1.3.1g)];
i) 增加了“固井管汇的额定工作压力应大于最高工作压力的1.5倍”(见5.1.4.1b)];
j) 增加了“尾管悬挂器卡瓦悬挂处的最小流道面积不小于重叠段最小环隙面积的60%”[见
5.1.4.2 a)1)];
k) 增加了“宜使用打捞式免钻分级注水泥器或下落免钻式分级注水泥器”(见5.1.4.2b);
1)更改了浮箍、浮鞋类型及压力级别选择要求(见5.1.4.2c),2016 年版的5.1.3.2c)];
m) 增加了“套管下入困难的定向井、大位移井、水平井，宜采用漂浮下套管技术或旋转下套管 技术”(见5.1.4.2d)];
n) 更改了滚轮扶正器安装条件(见5.1.4.3,2016年版的5.1.3.3);
o) 更改了设备及工具设计具体内容(见5.1.5,2016年版的5.1.4);
p) 更改了水泥浆密度设计要求(见5.2.2 a),2016 年版的5.2.2 a)];
q) 将“24h 抗压强度不低于7 MPa” 更改为“48h 抗压强度不低于7 MPa” ( 见5.2.2 d),2016 年版的5.2.2d)];
r) 更改了水泥浆沉降稳定性要求(见5.2.2e),2016 年版的5.2.2e)];
s) 更改了水泥浆静胶凝强度要求(见5.2.2h),2016 年版的5.2.2h];
t) 删除了“水泥石的渗透率技术要求”(见2016年版的5.2.2k)];
u) 增加了“储气库盖层及储层水泥石性能应符合SY/T 7648的规定”(见5.2.2j)];
v) 将“表层套管顶部强度试验”更改为“宜做”(见表1,2016年版的表1);
w) 增加了“采用油基、合成基钻井液或水基钻井液中混油时，应采用驱油型前置液”(见5.3.1f)];
x) 更改了隔离液密度指标要求(见5.3.5 a)1),2016 年版的5.3.7];
y) 将压塞液“使用量通常为2m³” 更改为“使用量通常为200m” ( 见5.4b),2016 年版的5.4b)];
z) 删除了隔离液失水指标要求(见2016年版的5.3.7c)];
aa) 删除了“尾管固井水泥返至尾管悬挂器顶部50m 以上”(见2016年版的5.5.1b)];
ab) 增加了高危及环境敏感地区油气水井、“三高”井、天然气井、储气库井、热采井各层次套
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管应返至地面(见5.5.1d)];
ac) 增加了“含CO² 等腐蚀介质井、注采井生产套管固井水泥浆应返至地面”(见5.5.1e)];
ad) 增加了“套管压裂改造井生产套管固井水泥浆应返至地面”(见5.5.1f)];
ae) 增加了“二氧化碳驱油，二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS), 以及二氧化碳捕集与封存 (CCS) 井各层套管固井水泥浆应返至地面”(见5.5.1g)];
af) 更改了要素“主要技术措施设计”内容，分为井眼准备、下套管、注水泥作业和候凝(见 5.8,2016年版的5.8);
ag) 将“作业评价”更改为“质量评价”(见第6章，2016年版的第6章);
ah) 将要素“候凝和测井要求”更改为“测井要求”(见6.1,2016年版的6.1)。
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专利的责任。
本文件由石油工业标准化技术委员会石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口。
本文件起草单位：中国石油集团西部钻探工程有限公司固井公司、西南石油大学、长江大学。
本文件主要起草人：杨吉祥、林建增、胡磊、顾龙辉、郑双进、张兴国等。
本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：
——1992年首次发布为SY/T 5480—1992,2007年第一次修订，2016年第二次修订;
——本次为第三次修订。
固井设计规范
1 范围
本文件规定了石油、天然气和储气库井固井设计的技术要求。
本文件适用于石油、天然气和储气库井固井设计，其他行业固井设计也可参考执行。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件;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/T 19139 油井水泥试验方法
GB/T 19831.1 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
GB/T 19831.3 石油天然气工业套管扶正器 第3部分：刚性和半刚性扶正器
GB/T 28911 石油天然气钻井工程术语
GB/T 31033 石油天然气钻井井控技术规范
GB/T 39421 水泥浆静胶凝强度测定方法
SY/T 5083 石油天然气钻采设备 尾管悬挂器及尾管回接装置
SY/T 5106 石油天然气钻采设备 封隔器规范
SY/T 5150 分级注水泥器
SY/T 5374.1 固井作业规程第1部分：常规固井
SY/T 5374.2 固井作业规程第2部分：特殊固井
SY/T 5396 石油套管现场检验、运输与贮存
SY/T5412 下套管作业规程
SY/T 5467 套管柱试压规范
SY/T 5618 套管用浮箍、浮鞋
SY/T 5724 套管柱结构与强度设计
SY/T 5956 钻具报废技术规范
SY/T6276 石油天然气工业健康、安全与环境管理体系
SY/T 6466 油井水泥石性能试验方法
SY/T6544 油井水泥浆性能要求
SY/T 6592 固井质量评价方法
SY/T 7084 固井水泥头及常规固井用胶塞
SY/T 7648 储气库井固井技术要求
3 术语和定义
GB/T 28911界定的术语和定义适用于本文件。
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4 基本要求
4.1 设计原则
满足钻井、完井安全作业和工程质量的要求。
4.2 设计依据
主要包括：
a) 钻井地质设计;
b) 钻井工程设计;
c) 实钻地质及钻井等资料;
d) 后续作业要求。
4.3 基本资料
需收集的基本资料包括但不限于：
a) 钻井地质设计、钻井工程设计;
b) 实际井身结构及上层套管的套管串结构及钢级、壁厚、机械性能、套管损伤情况等;
c) 测(录)井资料，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、油气水 层位置、流体特性、井径、地层温度和所在开发区块注采井分布情况及压力数据等;
d) 实钻钻具结构、排量、泵压、井眼轨迹、钻井液性能、井下故障和复杂情况等。
4.4 固井目的和方法
应说明固井目的和采用的固井工艺方法。
4.5 固井难点分析及方案
应结合地质特征、油气水显示特性、井身结构、管串组合和工艺特点等，阐述固井施工难点和 方案。
5 设计内容及要求
5.1 管柱设计
5.1.1 套管柱设计
5.1.1.1 套管柱结构应符合SY/T 5374.1和SY/T5374.2的要求。
5.1.1.2 套管的强度不应低于钻井工程设计规定。
5.1.1.3 套管柱强度校核应按SY/T 5724的规定执行。
5.1.2 套管运输设计
套管运输过程和现场检验应按SY/T 5396的有关规定执行。
5.1.3 送入管柱设计
5.1.3.1 送入管柱结构包括：
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a) 内管法内管柱结构：插入头(带扶正器)+钻杆+加重钻杆(或钻铤)+钻杆+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(或顶驱);
c) 注水泥塞管柱结构：钻杆(油管)+方钻杆(或顶驱);
d) 承转器挤水泥管柱结构：插入头+插入管柱+方钻杆(或顶驱)。
5.1.3.2 送入管柱要求：
a) 尾管送入管柱抗拉强度校核应按SY/T 5374.2的有关规定执行;
b) 按SY/T 5956的规定对送入管柱进行检查、更换，必要时可进行探伤检查;
c) 尾管送入管柱井下称重(记录悬重),记录上提及静止、下放及静止管柱悬重数据;
d) 尾管送入管柱应采用标准通径规进行通径并编号。
5.1.4 固井工具及附件设计
5.1.4.1 工具及附件应符合以下规定：
a) 固井工具及附件的强度、材质、螺纹、通径等性能应与同井段使用的套管相匹配;
b) 固井管汇的额定工作压力应大于最高工作压力的1.5倍;
c) 套管扶正器应符合GB/T 19831.1和 GB/T 19831.3的规定;
d) 尾管悬挂器及尾管回接装置应符合SY/T 5083的规定;
e) 内管法浮箍插入座应符合SY/T5618 的 规 定 ;
f) 分级注水泥器应符合SY/T 5150的规定;
g) 套管用浮箍、浮鞋应符合SY/T 5618的规定;
h) 固井水泥头和胶塞应符合SY/T 7084的规定;
i) 封隔器应符合SY/T 5106的规定。
5.1.4.2 工具及附件类型选择：
a) 尾管悬挂器类型选择：
1) 尾管悬挂器类型选择应按SY/T 5374.2的规定执行，尾管悬挂器卡瓦悬挂处的最小流道面 积不应小于重叠段最小环隙面积的60%;
2)尾管有关计算应按SY/T 5374.2的有关条款计算。
b) 分级注水泥器类型选择：应按SY/T 5374.2的规定执行，宜使用打捞式免钻分级注水泥器或 下落免钻式分级注水泥器。
c) 浮箍、浮鞋类型及压力级别选择：
1)井斜大于45°的井段，宜选用弹力复位式或舌板式浮箍、浮鞋，胶塞应具备自锁功能。
2)垂深小于或等于1500 m, 浮箍正向承压试验压力应不小于21 MPa, 浮箍浮鞋反向承压试 验压力应不小于28 MPa; 垂深大于1500m, 浮箍正向承压试验压力应不小于28 MPa, 浮 箍浮鞋反向承压试验压力应不小于35 MPa, 并同时满足应不小于静压差的1.2倍要求。对 于非常规井固井，浮箍、浮鞋的压力级别应不小于静压差的1.2倍。
3)浮箍、浮鞋应满足耐冲蚀的要求。
d) 套管下入困难的定向井、大位移井、水平井，宜采用漂浮下套管技术或旋转下套管技术。
5.1.4.3 附件的安装：
a) 套管柱附件安装设计要求应按SY/T 5724的规定执行;
b) 分级注水泥器安放位置应按SY/T 5374.2的规定执行;
c) 套管碰压座或浮箍与浮鞋的距离应根据井深、套管尺寸和钻井液性能等确定，应不小于20m;
d) 在井径扩大率大于30%的井段宜使用旋流器;
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e) 井斜大于35°的井宜安装滚轮扶正器，扶正器位置选在井眼稳定、规则的井段或套管重合段;
f) 大位移井套管柱设计使用漂浮接箍时，根据计算套管下入摩阻和套管浮重确定漂浮接箍的安 装位置。
5.1.5 设备及工具设计
5.1.5.1 下套管前对地面设备进行检查，井架及底座、提升系统、动力系统、循环系统和仪表等满足 固井施工及安全需求。
5.1.5.2 井控设备、防喷器组应满足井控要求，按GB/T 31033的规定试压。
5.1.5.3 作业前应准备好与入井管柱连接的内防喷工具，内防喷工具应符合GB/T 31033的规定。
5.1.5.4 下套管工具应配备齐全、安全可靠，应有质量检验合格证，易损件应有备用，下套管作业中 最大负荷应小于钻机井架的承载能力，下套管应按SY/T 5412的有关规定执行。
5.1.5.5 注水泥装备应满足施工设计的压力、排量、密度要求，水泥车(撬)宜具有水泥浆密度自动 控制功能。
5.1.5.6 自动化固井、尾管回接固井、高压风险井宜使用远程控制水泥头。
5.2 水泥浆设计
5.2.1 设计依据主要包括：
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;
f) 业主特殊要求。
5.2.2 设计内容：
a) 密度：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进行合理 设计，一般应比同井使用的钻井液密度高0.24g/cm³ 以上，裂缝性地层高密度水泥浆固井时 水泥浆密度不宜超过同井段钻井液密度0.12 g/cm³; 窄安全密度窗口及异常高压井应根据地层 破裂压力和平衡压力原则合理设计水泥浆密度。
b) 稠化时间：水泥浆稠化时间不小于施工时间与安全附加时间之和。
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/T 6544的规定，超低密度水泥浆用于封固产层时 48h抗压强度不低于7MPa,72h 抗压强度应不低于14 MPa。
e) 沉降稳定性：在循环温度下，水平井段和大斜度井段水泥浆小于或等于0.01 g/cm³, 其余的水 泥浆领浆小于或等于0.03 g/cm³, 尾浆小于0.02 g/cm³。
f) 滤失量：不同作业滤失量见SY/T 5374.2的要求。
g) 游离液：不同作业游离液见SY/T6544的要求。
h) 静胶凝强度：应按照GB/T 39421的规定测定，参照静胶凝强度时间确定环空加回压时间。
i) 高温井、稠油热采井水泥石抗高温性能按照SY/T6466 的规定执行。
j) 储气库盖层及储层水泥石性能应符合SY/T 7648的规定。
k) 流体相容性：相容性试验方法应按GB/T 19139的规定执行，各种比例混合物的流变性满足作 业要求，稠化时间应不低于施工时间与安全附加时间之和。
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5.2.3 试验条件：
a) 试验压力和温度根据GB/T 19139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。井底循环温度经验计算见公式(1)。
T.=T×K ………………………………………(1)
式中：
T.——井底循环温度，单位为摄氏度(℃);
T₅——电测井底静止温度，单位为摄氏度(℃);
K——经验系数，一般取0.7～0.95。
注 ：井底循环温度经验公式中，K 系数应按各地区的经验数据来计算。
5.2.4 固井作业水泥浆试验项目要求：
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的规定执行。
表1常规固井作业水泥浆试验项目
5.2.5 水泥浆流变性设计：见附录A。
5.3 前置液设计
5.3.1 前置液设计依据及条件：
a) 钻井液类型、性能及流变参数;
b) 注水泥设计中水泥浆类型、性能及流变参数;
c) 确定顶替流型;
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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;
f) 采用油基、合成基钻井液或水基钻井液中混油时，应采用驱油型前置液。
5.3.2 使用量：
a) 依据流变参数及井眼平均几何尺寸确定紊流临界流速;
b) 前置液用量在不造成油气侵及垮塌的原则下，一般占环空高度300 m 以上或按紊流接触时间 不小于10 min 计算;
c) 隔离液用量大于或等于冲洗液的1.5倍。
5.3.3 流变学计算：应符合附录A 的设计要求。
5.3.4 冲洗液性能及指标要求：
a) 流变性接近牛顿流体。
b) 降低钻井液黏度、切力，热稳定性、稀释性能应达到设计要求，并满足下述指标：
1)密度：1.00 g/cm³~1.08 g/cm³;
2)流态要求：按照附录A 计算冲洗液达到紊流。
c) 对含油界面具有润湿反转作用。
d) 与钻井液、隔离液及水泥浆有良好的相容性。
e) 不腐蚀套管，对水泥浆无促凝作用。
5.3.5 隔离液性能及指标要求：
a) 悬浮性能、热稳定性、动塑比、滤失量控制应达到设计要求，并满足下述指标：
1)密度：大于1.08 g/cm³, 一般情况下隔离液密度宜比钻井液高0.12 g/cm³~0.24 g/cm³, 比 水泥浆密度低0.12 g/cm³~0.24 g/cm³;对于低压易漏井、窄安全密度窗口或敏感性地层 井固井，可根据实际井况确定具体的隔离液密度。
2)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%。
3)在循环温度下，动塑比为0.05～0.12。
4)沉降稳定性：密度差±0.05 g/cm³。
b) 不腐蚀套管，对油基钻井液的润湿性能，有利于改善水泥界面胶结。
5.4 压塞液设计
压塞液设计包括：
a) 性能指标符合5.3.5;
b) 使用量通常为管内200m, 也可根据管内外压力平衡计算确定使用量。
5.5 作业量设计
5.5.1 水泥浆返深设计
水泥浆返深设计包括：
a) 表层固井水泥浆返至地面;
b) 含盐膏层的井返至盐膏层顶部以上200m;
c) 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， 确定一、二级水泥浆返深，技术套管水泥浆返深达到钻井工程设计要求;
d) 高危及环境敏感地区油气水井、“三高”井、天然气井、储气库井、热采井各层次套管应返至 地面;
e) 含CO₂ 等腐蚀介质井、注采井生产套管固井水泥浆应返至地面;
f) 套管压裂改造井生产套管固井水泥浆应返至地面;
g) 二氧化碳驱油，二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS), 以及二氧化碳捕集与封存( CCS) 井 各层套管固井水泥浆应返至地面。
5.5.2 水泥浆量设计
5.5.2.1 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。
5.5.2.2 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入井水泥浆密度 差不超过0.1 g/cm³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、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/T 5374.2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筒容积及附加量之和。
5.5.2.3 水泥浆的附加量可根据本地区作业经验确定。
5.5.3 顶替液量设计
5.5.3.1 常规固井作业顶替液量设计：套管碰压座以上管柱内容积及附加量之和(附加0.5%～2.0% 压缩系数),且附加值应不超过下水泥塞容积。
5.5.3.2 特殊固井作业顶替液量设计：
a) 内管法固井的顶替液量应比内管柱的内容积少0.5m³~1.0m³。
b) 双级固井的顶替液量设计：
1)非连续式注水泥的第一级为碰压座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，第一段为碰压座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碰压座至分级注水器段的套管柱的内容积减去100 m 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碰压座以上管柱的内容积。
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)注水泥插头插入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)注水泥插头插入承转器后的顶替量为承转器以上的管柱内容积减去插入头插入前的替量。
f) 管柱(钻杆、油管)内容积不应设计附加量，套管内容积设计附加量应不超过下水泥塞体积。
g) 定向井、水平井顶替量为碰压座以上管柱的内容积之和。
注 ：设计上应控制顶替后的最大管内静液柱压力低于管外静液柱压力，一般小于或等于6MPa。
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5.6 施工参数设计
5.6.1 施工压力设计：
a) 环空静液柱压力与环空流动阻力之和应小于地层承压能力试验值;
b) 设计的顶替压力不应超过设备泵入能力。
5.6.2 注替排量设计：
a) 水泥浆流态宜按照附录A 进行紊流设计;
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) 目的层井段扩径严重，地层承压能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。
5.7 施工作业程序设计
5.7.1 常规固井施工作业程序设计应按SY/T 5374.1的规定执行。
5.7.2 特殊固井施工作业程序设计应按SY/T 5374.2 的规定执行。
5.7.3 固井施工作业过程资料记录参见附录B。
5.8 主要技术措施设计
5.8.1 井眼准备：
a) 应按SY/T 5412的规定执行，通井钻具的刚度应大于套管串最大刚度。
b) 套管与井眼环空间隙不宜小于19 mm, 小于19 mm 时宜采用扩眼等相应措施改善环空几何 条件。
c) 通过短起下钻检查井底沉砂高度及井壁稳定情况。
d) 下套管前应进行地层承压能力试验，应能满足安全下套管、固井施工预计压力的要求，否则 应进行承压堵漏作业，直至地层承压满足动态平衡压力固井的要求。对于实施堵漏作业的井， 应将钻井液中堵漏材料、有害固相清除至符合要求后，保持井眼清洁的条件下进行地层动态 承压能力试验。
e) 固井前循环时间以保证固井质量和井下安全具体确定，宜以不小于钻进时的最大环空返速循 环2周。
5.8.2 下套管：按SY/T5412 的规定执行。
5.8.3 注水泥作业：
a) 注水泥管线试压值应不小于预计最高施工压力的1.2倍;
b) 注水泥应按设计连续施工，水泥浆密度应保存均匀，水泥浆平均密度与设计密度差应在 ± 0.02 g/cm³ 范围内;
c) 替浆时应采用流量计、钻井液罐人工测量、泵冲计数3种方式同时计量;
d) 注替施工结束后，应放回压检查管内回流情况，若出现水泥浆倒返，应立即根据不同的固井 方式、固井工具采取相应措施。
5.8.4 候凝：
a) 常规套管固井采取套管内敞压方式候凝，关闭套管环空。
b) 需要环空加压候凝的井，注水泥作业结束后，应在环空分时间段逐级施加压力候凝;尾管固 井采取井口憋压或循环加压候凝。
c) 加压值依据水泥浆失重压力、地层承压能力、憋压上顶力、套管坐挂载荷等因素确定。
d) 固井候凝时间应提出明确要求。
SY/T 5480—2025
e) 候凝期间不应进行套管内作业。
5.9 井控预案
井控预案主要包括：
a)下套管发生溢流、井喷;
b) 固井施工发生溢流、井喷;
c) 固井候凝期间发生溢流、井喷。
5.10 应急(下套管、固井复杂)预案
5.10.1 应急(下套管、固井复杂)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) 注替水泥发生憋泵、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。
5.10.2 应急联络电话。
5.11 HSE 预案
HSE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，并按照 SY/T 6276的有关规定执行。
5.12 工具、附件、材料及主要固井设备清单
工具、附件、材料及主要固井设备清单参见附录C 。
6 质量评价
6.1 测井要求
在原介质条件下测井，测井后进行套管内试压。
6.2 固井质量的评价
固井质量评价方法见SY/T 6592。
6.3 套管试压
套管试压按SY/T 5467的规定执行。
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附 录 A
(规范性)
注水泥流变性设计
A.1 符 号
符号和参数分别见表A.1和表A.2。
表A.1符号解释
表1(续)
表A.2常数K值
A.2 流变性测量
A.2.1 流变性测量的目的
通过流变仪器测定流体在不同剪切速率下的剪切应力，确定流体剪切应力与剪切速率之间的关 系 ，计算流体的流变参数，为注水泥流变性设计提供基本数据。
A.2.2 测量仪器
A.2.2.1 旋转黏度计测量
当满足公式(A.1)、公式 (A.2) 的条件时，采用旋转黏度计测量。
SY/T 5480—2025
式中：
φ——样品最大颗粒的直径，单位为毫米(mm);
R——内筒半径，单位为毫米(mm);
R₂——外筒半径，单位为毫米(mm)。
根据公式(A.3)和公式(A.4)结合旋转黏度计的转速与刻度盘测出流体的读数，得到剪切速率 与剪切应力。
…………………………
(A.3)
……………………………………
(A.4)
式中：
y——额定剪切速率，单位为每秒(s-¹);
N——黏度计转速，单位为转每分钟(r/min);
T——剪切应力，单位为帕(Pa);
T——单位长度的转矩，单位为牛(N)。
A.2.2.2 典型的旋转黏度计
典型旋转黏度计是由电动机驱动、带或不带齿轮变速箱的直读式旋转黏度计(R₁=17.245 mm, R₂=18.415 mm,圆筒长38.00 mm)。剪切速率与剪切应力的确定是根据直读式旋转黏度计的转速与 刻度盘测出流体的读值，按公式(A.5)和公式(A.6)计算出对应的剪切速率与剪切应力。
y=1.7023×N (A.5) t=0.511×T×θ (A.6)
式中：
R——内筒半径，单位为毫米(mm);
R₂——外筒半径，单位为毫米(mm);
T——转矩弹簧系数;
θ——黏度计读数，单位为度(°)。
A.2.2.3 范氏35型黏度计
生产现场广泛使用的范氏35型黏度计是常温常压六速黏度计。它的外筒只有6挡固定转速：
600 r/min、300 r/min、200 r/min、100 r/min、6 r/min、3 r/min;几何尺寸：R= 17.245 mm,R₂=
18.415 mm;仪器常数：C=0.511 Pa/(°)。采用弹簧刻度盘显示内筒偏转角度。剪切速率与剪切应力 的确定是根据直读式旋转黏度计的转速与刻度盘测出流体的读值，按公式(A.7)和公式(A.8)计算 出对应的剪切速率与剪切应力。
γ=1.7023×N …………………………………(A.7)
T=0.511×θ …………………………………(A.8)
式中：
y——额定剪切速率，单位为每秒(s-¹);
N— 黏度计转速，单位为转每分钟(r/min);
T——剪切应力，单位为帕(Pa);
θ——黏度计读数，单位为度(°)。
A.2.3 测量方法
A.2.3.1 水泥浆配制
按GB/T 19139的相关规定执行。
A.2.3.2 测量步骤
把制备好的水泥浆立即倒人常压稠化仪浆杯中搅拌，浆杯的起始温度应为室温，然后将水泥浆在 常压稠化仪加热到所需温度。在升到所需温度(和压力)后，应继续搅拌水泥浆20 min。接着将水泥浆 立即倒人黏度计样品杯中至刻度线。试验期间，黏度计、定子、转子的温度应保持在试验温度±2℃。 当转子以最低的转速转动时，升高已预热的样品，使水泥浆液面在转子的刻度线位置。在读取第一个 读数前，应记录黏度计样品杯中的水泥浆温度。当转子以最低转速连续旋转10s 后应读取初始刻度盘 读数，剩下的仪器读数应首先按转速递增次序、然后按递减次序，在转子以每一转速连续旋转10s 后 读取。在读取每一读数后，应立即将转速调至下一挡。在读取所有读数后应再次记录黏度计样品杯中 的水泥浆温度。
A.3 流变模式的选用及流变参数计算
A.3.1 流变模式
采用宾汉模式和幂律模式来描述水泥浆的流变性。流变模式的具体选用应根据实际水泥浆的剪切 速率和剪切应力对两个模式的吻合程度来确定。
A.3.2 流变模式判别用公式
流变模式判别用公式见公式 (A.9):
…………………………………(A.9)
式中：
θ100、0200、θ300——当黏度计转速达到100 r/min、200 r/min 、300 r/min 时对应的黏度计读数。 当F=0.5±0.03 时，选用宾汉模式，反之选用幂律模式。
A.3.3 流变参数计算
A.3.3.1 宾汉模式(t=T₀+μp×7) 宾汉模式流变参数的计算：
a) 用旋转黏度计对水泥浆进行流变性测量，得到m组测量值：
(t,γ.) i=1,2,3,4 …… m
b) 在直角坐标上绘制剪切应力一剪切速率数据图时，这些点理论上将形成一条直线，再利用线 性回归求出直线的斜率b和截距a,则o=a, Hp=b。
进行线性回归时，对γ<10.2s-⁻¹的点由于重复性不好不进行考虑(主要考虑旋转黏度计100r/min~
300 r/min的读数),也可用公式(A.10)、公式(A.11)计算。
……………………… (A.10) T₀=t-μ₂ Y ………………………………… (A.11)
式中：
………………………………… (A.12)
………………………………… (A.13)
A.3.3.2 幂律模式(=Ky”)
幂律模式流变参数的计算：
a) 用旋转黏度计对水泥浆进行流变性测量，得到m组测量值：
(t₁, γ₁) i =1, 2,3,4 …… m
b) 把幂律方程线性化。对方程两边取对数得到： lgt=lg k+ nlgy,令t′= lgr,y'= lgy, K′= lg k,则幂律方程有如下形式，见公式(A.14)。
T=R+ ny …………………………… (A.14)
线性化的幂律方程与宾汉方程具有相同的形式，求解K和n值的方法和宾汉模式相似。
A.4 顶替流态设计
A.4.1 顶替流态要求
顶替钻井液的最佳流态采用紊流顶替。
A.4.2 流态判别方法
A.4.2.1 紊流流态判别
采用临界雷诺数来判别流体流态，临界雷诺数是随流体的性能而变化的。符合公式(A.15)或公 式(A.16)要求时，为紊流。
Re> Re. (A.15)
V>V. (A.16)
式中：
Re——雷诺数;
Re— 临界雷诺数;
V——流速，单位为米每秒(m/s);
V.——临界流速，单位为米每秒( m/s)。
A.4.2.2 宾汉塑性流体
宾汉塑性流体流态判别：
a) 对用旋转黏度计测得的塑性黏度μp,Rv和屈服值Zo,Rv进行修正，见公式(A.17) 、公式
(A.18):
B=K exP[0.98151n(HxK,m)-0.03832] ……………(A.17)
t₀=K exp[1.193T,RK -1.1611] …………………(A.18)
b) 宾汉塑性流体雷诺数的计算：
1)管流雷诺数计算见公式 (A.19):
…………………………………(A.19)
2)环空流(管近似法)雷诺数计算见公式 (A.20):
3)环空流(窄缝近似法)雷诺数计算见公式 (A.21):
注：对环空流，当D!D₆>0.3 时，应采用窄缝近似法。
c) 宾汉塑性流体临界雷诺数的计算：
1)赫兹数计算：
(1)管流赫兹数计算见公式 (A.22):
(2)环空流(管近似法)赫兹数计算见公式 (A.23):
(3)环空流(窄缝近似法)赫兹数计算见公式 (A.24):
……………………………(A.20)
……………………………(A.21)
……………………………(A.22)
……………………………(A.23)
SY/T 5480—2025
注：对环空流，当D.D₆>0.3 时，应采用窄缝近似法。
2)临界核隙比的计算见公式 (A.25):
……………………………(A.24)
…………(A.25)
3)上临界雷诺数计算：
(1)管流上临界雷诺数计算见公式 (A.26):
…………(A.26)
(2)环空流(管近似法)上临界雷诺数计算见公式(A.27):
…………(A.27)
(3)环空流(窄缝近似法)上临界雷诺数计算见公式 (A.28):
…………(A.28) 注：对环空流，当DJD>0.3 时，应采用窄缝近似法。
4)下临界雷诺数计算：
(1)管流下临界雷诺数计算见公式 (A.29):
ReBPI=ReBP-866×(1-ac) …………………………(A.29)
(2)环空流(管近似法)下临界雷诺数计算见公式 (A.30):
ReBP=ReBP₂-866×(1-ac) …………………………(A.30)
(3)环空流(窄缝近似法)下临界雷诺数计算见公式(A.31):
ReBPI=ReBP2-577×(1-ac) …………………………(A.31)
注：对环空流，当D/D>0.3 时，应采用窄缝近似法。
5)流态判别见表A.3。
表A.3流态判别
A.4.2.3 幂律流体
幂律流体流态判别：
a) 幂律流体雷诺数计算：
1)管流雷诺数计算见公式 (A.32):
…………………………(A.32)
2)环空流(管近似法)雷诺数计算见公式(A.33):
…………………………(A.33)
3)环空流(窄缝近似法)雷诺数计算见公式 (A.34):
…………………………(A.34) 注：对环空流，当DJD₆>0.3 时，应采用窄缝近似法。
b) 临界雷诺数的计算见公式( A.35)、公 式(A.36):
ReL=3250- 1150×n ………………………………(A.35)
ReL₂=4150- 1150×n ………………………………(A.36)
c) 流态判别见表A.4。
表A.4流态判别
A.4.3 紊流临界流速的计算
A.4.3.1 宾汉塑性流体
根据A.4.2.2c) 的方法计算出上临界雷诺数ReBP₂, 再计算紊流临界流速。
a) 管流紊流临界流速计算见公式 (A.37):
…………………………………(A.37)
b) 环空流(管近似法)紊流临界流速计算见公式(A.38):
……………………………(A.38)
c) 环空流(窄缝近似法)紊流临界流速计算见公式(A.39):
……………………………(A.39) 注：对环空流，当DJD₆>0.3 时，应采用窄缝近似法。
A.4.3.2 幂律流体
根据公式( A.35) 和公式 (A.36) 计算出的临界雷诺数，再计算紊流临界流速：
a) 管流紊流临界流速计算见公式(A.40):
………………(A.40)
b) 环空流(管近似法)紊流临界流速计算见公式(A.41):
c) 环空流(窄缝近似法)紊流临界流速计算见公式(A.42):
注：对环空流，当D./D>0.3 时，应采用窄缝近似法。
A.5 流动摩阻压降计算
………………(A.41)
………………(A.42)
A.5.1 摩阻系数计算
A.5.1.1 宾汉塑性流体
当流态为层流时，根据A.4.2.2b) 和c) 的方法计算出雷诺数和赫兹数，再计算摩阻系数。
a) 管流摩阻系数计算见公式 ( A.43):
b) 环空流(管近似法)摩阻系数计算见公式(A.44):
………………………………(A.43)
………………………………(A.44)
c) 环空流(窄缝近似法)摩阻系数计算见公式 (A.45):
………………………………(A.45)
注：对环空流，当D.D₁>0.3 时，应采用窄缝近似法。
当流态为紊流时，先根据A.4.2.2 c) 的方法计算出雷诺数，无论流体在哪种几何形状内流动，摩 阻系数都可由公式(A.46) 计算(常数A 、B值见表A.5)。
……………………………………(A.46)
表A.5常数A、B值
A.5.1.2 幂律流体
当流态为层流时，根据表A.4.2.3 a) 计算出雷诺数，再计算摩阻系数。
a) 管流摩阻系数计算见公式 (A.47):
………………………………(A.47)
b) 环空流(管近似法)摩阻系数计算见公式 (A.48):
……………………………………(A.48)
c) 环空流(窄缝近似法)摩阻系数计算见公式(A.49):
……………………………………(A.49)
注：对环空流，当DJD>0.3 时，应采用窄缝近似法。
当流态为紊流时，先根据A.4.2.3 a) 计算出雷诺数，无论流体在哪种几何形状内流动摩阻系数都 可按经验公式 (A.50) 计算(常数A 、B值见表A.6)。
……………………………………(A.50)
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表A.6常数A、B根据幂律指数n来确定
A.5.2 摩阻压降计算
在计算完摩阻系数后，计算摩阻压降。
a) 管流摩阻压降计算见公式(A.51):
………………………………(A.51)
b) 环空流摩阻压降计算见公式(A.52):
………………………………(A.52)
A.6 最终顶替泵压计算
最终顶替泵压等于环空与管内静液压力差和沿程摩阻压降之和，按公式(A.53) 计算。
P=(Pha-Pmp)+(Pp+Pa) ………………………………(A.53)
A.7 水泥浆流变性设计示例
A.7.1 设计条件
井身结构示意图如图A.1 所示。
井深H=3202 m, 表层套管鞋位置H₁=900 m, 表层套管外径Da=0.2445m, 表层套管内径D₁= 0.2244m, 下入套管深度L=3200 m,下人套管外径D.2=0.1778m,下入套管内径D₁₂=0.157m, 水泥 塞高度H₀=30m, 水泥面深H₂=750 m,1段裸眼井径Dw=0.23m,1 段长L₁=1000m,2 段裸眼井径 Dw₂=0.24 m,2段长L₂=1300m, 井底循环温度 T=87℃,d 表示钻井液，c 表示水泥浆。
钻井液性能(宾汉流体):p=1.65×10³kg/m³,to=0.86 Pa,μp=0.04 Pa·s。
图A.1 井身结构示意图(示例)
用范氏35型旋转黏读计测得水泥浆流变性能见表A.7。
表A.7流变性测定结果
A.7.2 设计要求
A.7.2.1 进行紊流注水泥设计。
A.7.2.2 计算最终泵压。
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A.7.3 设计步骤和方法
A.7.3.1 水泥浆流变模式的选用
根据表A.7 测定的水泥浆流变性能数据，按公式 (A.9) 计算出流变模式判别系数F:
因为F≠0.5±0.03; 因此，水泥浆按幂律模式进行设计。
A.7.3.2 水泥浆流变参数计算
根据A.3.3.2线性回归法进行计算。首先根据公式( A.7) 和公式(A.8) 计算剪切应力(t) 和剪 切速率(y)。计算结果见表A.8,lgt 和lgγ 的关系图见图A.2。
表A.8水泥浆流变参数计算结果(示例)
作lgt 和lgy 的关系图。
lg7
图A.2 lgz 和lg7 的关系图(示例)
通过以上线性回归得：lgt=0.8624×1gy-0.8505, 结合幂律流体方程t=ky”, 两边取对数得：lgt =1gk+nlgy。
所以，n=0.8624,k=10-0.8505=0.141 Pa·s”。
A.7.4 紊流顶替流态设计
A.7.4.1 临界雷诺数确定
按公式(A.36) 确定上临界雷诺数：
RepL₂=4150-1150×n=4150-1150×0.8624=3158
A.7.4.2 计算环空临界流速
按最大井径设计，按公式 (A.42) 计算。
由于环空内径与环空外径之比：DJD=DaIDw₂=0.1778/0.24=0.74>0.3。 所以按环空流窄缝近似法计算。
=1.81(m/s) 式中：D=D₂,D=D.2。
A.7.4.3 确定临界排量
临界排量的计算：
A.7.5 计算最终泵压
A.7.5.1 环空和管内静压差计算 环空和管内静压差计算：
△P=P-P‰=9.81×[(3200-30)-900]×(1.85×10³-1.65×10³)=4.45×10⁶(Pa)
A.7.5.2 流动摩阻压降计算
A.7.5.21. 管内
管内流速：
(mS)
对管内分两段考虑(钻井液段和水泥浆段)。
a) 第一段(水泥浆段):
1)流态判别：
根据公式 (A.32) 计算雷诺数：
= 7142
式中：D=D ₂。
RepL >Re pLe, 因此为紊流状态。
2)摩阻系数f 的计算：
根据公式 (A.50):
,A=0.0766,B=0.259
3)摩阻压降计算：
根据公式 (A.51):
式中：D=D₂。
b) 第二段(钻井液段):
1)流态判别：
利用公式( A.19) 计算雷诺数：
式中：D=D₂。
2)临界雷诺数的计算：
根据公式( A.22) 计算赫兹数：
式中：D=D₂。
根据公式(A.25) 计算临界核隙比：
= 0.309
根据公式(A.26) 计算上临界雷诺数：
=4857
根据公式( A.29) 计算下临界雷诺数：
ReBPi=ReBP₂-866×(1-aε)=4857-866×(1-0.309)=4259
ReBp>ReBP2, 因此流态为紊态。
3)摩阻系数计算：
根据公式 (A. 46):
查表A.5知 A=0.20656,B=0.378。
根据公式 (A.51):
式中：L=L₂-H, D=D₂。
A.7.5.2.2 环空 (分三段)
a) 第一段(水泥浆段):
1)环空流速：
2)流态判别：
由于DJD>0.3, 所以根据公式( A.34):
=3411
其中：D=Du, D₀=D.2。
RepL>Rep₂,因此流态为紊流。
根据公式 ( A.50):
3)摩阻压降计算：
根据公式 ( A.52):
式中：D=Dw,D=D2,L=L₁。
b) 第二段(水泥浆段):
1)因为设计返速时是按该段考虑的。因此，该段的雷诺数为临界雷诺数即3158,环空流速 为1.81m/s。
2)根据公式 (A.50):
通过查表A.6 并线性插值，得到A=0.0766,B=0.259。
3)摩阻压降计算：
根据公式 ( A.52):
式中：D=Dw₂,D=D₂, L=L。
c) 第三段(钻井液段):
1)环空流速：
2)流态判别：
根据公式 (A.21) 计算雷诺数：
式中：D=D,D₀=D.2。
3)临界雷诺数的计算：
赫兹数的计算：由于DJD>0.3, 应采用窄缝近似法，根据公式(A.24):
式中：D=D₁, D= D.2。
临界核隙比的计算根据公式 (A.25):
=0.032
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