SYT 5234-2004 优选参数钻井基本方法及应用.pdf

I CS 7 5 . 0 2 0 E 1 3 各 菠二 昙 . 1 4 0 2 6 - 2 0 0 4 SY 中华人民共和国石油天然气行业标准 中文/ E n g l i s h S Y / T 5 2 3 4 -2 0 0 4 代替 S Y/ T 5 2 3 4 -9 1 ，S Y / T 6 2 0 1 -1 9 9 优选参数钻井基本方法及应用 B a s i c me t h o d s f o r o p t i mi z e d d r i l l i n g a n d a p p l i c a t i o n s 2 0 0 4 一0 7 一0 3 发布 2 0 0 4 -1 1 一0 1 实施 国家发展和改革委员会发 布 S Y / T 5 2 3 4 -2 0 0 4 目次 前言 。 ⋯⋯ n 1 范围 ⋯⋯ 1 2 规范性引用文件 ⋯⋯，’ . ⋯⋯ 1 3 符号 ⋯⋯ 1 4 优 选 参数 钻 井 的 主 要内 容 ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⋯ ⋯5 4 . 1 井身结构设计 . . . . . . ⋯⋯ 5 4 . 2 下部钻具组合设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⋯ ⋯ 5 4 . 3 优选钻头类型的 方法 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . ⋯⋯6 4 . 4 优选钻井液体系 及参数 . . . . . . ⋯⋯。 . . . . . . . . . . ⋯⋯ 7 4 . 5 优选钻井水力参数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⋯ ⋯ 8 4 . 6 优选钻压、 转速的方法 . ⋯⋯ 1 3 附录 A 规范性附录 优选钻头类型 ⋯⋯ 1 7 附录B 资料性附录 钻井水力参数计算实例 ⋯⋯ 1 8 附录C 规范性附录 国内 其他钻 井模式 ⋯⋯ 2 3 附录D 资料性附录 优选钻压、 转速计算实例 ⋯⋯ 2 5 参考文献 ⋯⋯ 2 6 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 S Y/ T 5 2 3 4 -2 0 0 4 月 吐胃 本标准是对S Y / T 5 2 3 4 -9 1 喷射钻井水力参数计算方法 和S Y / T 6 2 0 1 -1 9 9 6 优选参数 钻井 基本方法 修订后的 整合。 本标准与S Y / T 5 2 3 4 -9 1 和S Y / T 6 2 0 1 -1 9 相比. 有下 列主要变化 增加了钻井水力参数模式及应用计算实例; 增加了 优选钻压、转 速的 计算实例。 本标准从生效之日 起，同 时代替S Y / T 5 2 3 4 -9 1 和S Y / T 6 2 0 1 -1 9 9 6 , 本标准的附录A 、附录C为 规范性附录，附录B 、 附录D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。 本标准起草单位中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院。 本标准主要起草人 高兴 坤、 孙正义、吕 金信、彭军生、丛祥生。 本标准所代替标准的 历次 版本发布情况为 S Y/ T 5 2 3 4 -9 1 ; S Y / T 6 2 0 1 -1 9 9 6 , 本标准以中文和英文两种文字出版。当英文与中文两种版本有歧义时，以中文版本为准。 w w w . b z f x w . c o m S Y/ T 5 2 3 4 -2 0 0 4 优选参数钻井基本方法及应用 1 范围 本标准规定了石油天然气钻井优选参数钻井的主要内容、 基本方法、 参数计算及实施的必要条 件。 本标准适用于常规直井钻井。 2 规范性引用文件 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。 S Y / T 5 0 8 8 评 定井身质量的项目 和计算方法 S Y / T 5 1 7 2 直 井下部钻具组合设计方法 S Y / T 5 4 2 6 岩 石可钻性测定及分级方法 S Y / T 5 4 3 1 井身结构设计方法 3符号 符号、 名称及 单位见表1 , 表 1 符号、名称及单位 序号符号名称单位 1AC井下声波速度m/ s 2 Ab井底面积 m m 3 A，地层研磨性系数 1 4 Aj喷嘴总面积 们 u n Z 5a 传播时差比值的矿物颗粒尺寸校正系数 1 6 召p压差指数 1 7 ak地层可钻性指数 1 8 B 横波与纵波传播时差之比 1 9b 钻头轴承工作系数 1 1 0b f 钻头轴承磨损量 1 1 1b , 地层压实系数 1 1 2 C ,环空岩屑浓度 1 3C b钻头单价 元 / 只 1 4C b钻头轴承磨损常数 1 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m S Y / T 5 2 3 4 -2 0 0 4 表 1 续 序号符号名称单位 1 5C 环空岩屑体积百分比 1 6C , 钻头比水功率换算系数 1 1 7C ,每小时钻机使用费元 / h 1 8C , 钻头牙齿磨损常数 1 1 9C 钻并直接成本 元 / m 2 0C , 钻头类型系数 1 21C 钻头齿形结构系数 1 2 2D井深 】 】 】 2 3几 临界井深 川 1 2 4Dl ，D, 钻压影响系 数 1 25d 钻压指数 1 2 6d , 钻柱外径 计算钻杆时为钻杆外径d ， 计算钻挺时为 钻挺外径d . m m 27d B/ d t 钻头轴承磨损速度 1 28d b 钻头直径 】 I Un 2 9 d m套管平均内径 m m 3 0d e 钻头喷嘴当量直径 竹， 价1 31 d H / d t钻头牙齿磨损速度 1 3 2d o 井眼 直径 I 1 U】 】 3 3d ; 钻柱内 径 计算钻杆时为 钻杆内径d , ; ， 计算钻挺时为钻挺内径d a nUn 3 4 d ; 钻杆接头内 径 mm 35 禹钻杆外径 m m 3 6 d 2岩屑直径 】 I Ul n 37 d , ，姚，姚 喷嘴直径 乍】 ，们 ， 3 8 E , 钻头比能 能 耗 MT / m2 3 9e 自然对数 1 4 0 凡钻头进尺 , 11 41 F ; 射流冲击力 N 4 2 了水力指数 1 4 3 月只 钻头喷嘴等效比水功率 W mm 4 4 h ,钻头牙齿磨损量 1 4 5K 稠度系数 Pa梦 4 6 凡破碎岩石的能量常数 1 4 7 Kd 统计的岩石可钻性级值 1 4 8 K如陆相沉积碳酸盐岩地层牙轮钻头可钻性级值 1 4 9 K加陆相沉积砂岩地层牙轮钻头可钻性级值 1 w w w . b z f x w . c o m S Y/ T 5 2 3 4 -2 0 0 4 表1 续 序号符号名称单位 5 0K如 .海相沉积泥岩地层牙轮钻头可钻性级值 1 5 1Km m .海相沉积砂岩地层牙轮钻头可钻性级值 1 5 2 k 地层可钻性系数 1 5 3k , 环空压耗系 数 计算钻杆时为钻杆环空压耗系数k， 计算钻挺时为 钻艇环空压耗系数 k m 1 5 4k b钻头压降系数 1 5 5k ,钻挺压耗系数 1 5 6k m 钻艇外压耗系数 1 5 7k a 钻挺内压耗系数 } 5 8k m 循环压耗系数 5 9k , 钻速系数 1 6 0 k g地面管汇压耗系数 1 6 1k ; 钻柱内压耗系数 计算钻杆时为钻杆内压耗系数k , ; ， 计算钻艇时为 钻挺内 压耗系数k a 1 6 2 k ,钻杆压耗系数 1 6 3 k钻杆外压耗系数 1 6 4 k ,;钻杆内压耗系数 1 6 5k , 综合地层可钻性系数 1 6 6L 钻柱长度 计算钻杆长 度为乌. 计算钻挺长度为L J nI 6 7L C 环空岩屑净化系数 1 6 8 L 鲡 三个数据， 便可根据式 8 一 式 1 2 计算出上述 流变参数。其中， 式 8 、 式 9 用于较低剪切速率范围，即y 1 5 5 - z - 1 5 0 5’ 的幂律模式;式 1 0 、式 1 1 用于中 剪切速率范围，即y 1 2 0 s - -1 0 2 2 s ”的 宾厄姆模式; 式 1 2 用于高剪切速 率范围，即y 1 0 5 s - ’ 一lobs-’ 的 卡森模式。 4 . 4 . 3 . 2 . 2 相关流变参数 相关流变参数分别按式 1 3 一式 2 3 计算 ， ， 1 2 7 3 Q d h 一 d p 1 3 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m S Y/ T 5 2 3 4 -2 0 0 4 1 2 0 0 v , d, 一d o 1 4 B , r ; K。 丫 _5 1 4 . 9 n 0 ll 9 or 脚一Y 0 . 0 7 1 d , p } 一 p d o . 6 6 7 成3 3 3 对3 3 3 1 5 1 6 1 7 L C v 纽v s v 1 8 ,_ 二 一 v ,/ v . C e V . / V . 一 1 妖 1 9 C q Q 2 0 Q n d h v m 1 - 0 X 1 。 一 5 1峥斗 2 1 、 。 . 0 0 5 O 8 F 2 . 0 4 X I O a n o.317 , K “ 2 5 . 4 “ 1 L d h 一d p 加d J 1 i 2一川 一 Z 二 8 0 8 瓮 2 3 Z大于或等于 8 0 8时为紊流，Z小于 8 0 8 时为层流。 4 . 4 . 3 . 3 钻井液 流变参数计算与分析 利用钻井液流变参数设计程序和分析程序进行流变参数的设计计算。 4 . 4 . 3 . 4 推荐 钻井液环空流变参数 能满足优选参数钻井工艺 要求的 fW4液环空流 变参 数推荐控制范围是 a r ; O Pa - v0 . 5 P a ; b n 0 . 4 -0 . 7; c K 0 . 0 1 9 1 5 P a s “ -O . 1 9 1 5 P a s “ ; d u , . 3 m P a s -1 5 m P a s ; e r .镇4 P a ; f ， co 3 m P a s -l O m P a s , 4 . 4 . 3 . 5 钻井液性能和环空流变参数的统计 用概率统计分析方法， 确定本地区的常 规钻井液 性能和环空流变参数的 控制范围。 4 . 5 优选钻井水力参数 4 . 5 . 1 原则 4 . 5 . 1 . 1 钻井泵的输出功率在额定功率的8 0 -9 0 之间。 4 . 5 . 1 . 2 泵压大于或等于 1 6 MP a . 4 . 5 . 1 . 3 钻头水功率大于钻井泵输出功率的5 0 . 4 . 5 . 2 内容 4 . 5 . 2 . 1 根据地层水力指数优选泵压 4 . 5 . 2 . 1 . 1 用钻速方程多元回归、 现场释放钻压法中 变泵压钻速试验数据和根据地层可钻性梯度级 值等方法，可求得地层水力指数。 4 . 5 . 2 . 1 . 2 当 每小时的 燃料费、每小时配件维修费之和与每小时钻机作业费之比值等于地层水力指 数时，用迭代法可求出对应地层水力指数的 最经济泵压。 4 . 5 . 2 . 1 . 3 大多 数地层 水力 指数在0 . 3 0 - 0 . 6 0 范围内， 除电 驱动机泵组外， 现有的机泵组都达不到 最优 w w w . b z f x w . c o m S Y / T 5 2 3 4 - 2 0 0 4 经 济 泵压的 要 求。当 泵的 条 件受 到限 制时， 根据满 足 环空 返 速条件 的 流星 选择 钻片 泵的 额 定泵 压为 ws 济。 4 . 5 . 2 . 1 . 4 现 场 最优 经济 泵压 就 是在 用泵的 最高工作 泵压， 一 般取额 定泵压的7 5 左右。 当 继续提 高 泵压， 增加 钻头 水功 率， 机械 钻速 不 再明显 提 高时， 这个 泵 压就是 j 刻也 区 的泵 压 上限 或称 最优 经济 泵 压。 4 . 5 . 2 . 2 优选流f 4 . 5 . 2 . 2 . 1 按最大钻头水功率工作方式 计算临界井深， 确定初定流量。 若计算井深 钻头钻达 深度 大于临界井深， 则最优流量为初定流量; 若计算井深小于临 界井深， 则额定流量为最优流量。 4 . 5 . 2 . 2 . 2 以 井眼 扩大系数为依据，以 各井段井壁承受流态指示值Z的 上限和 环空岩屑净化系数L C 大于或等 于0 . 5 为约 束条 件， 采用概率统 计分析方法， 找出既不冲 垮井壁又保持井眼净化的 环空返速范 围和流量 范围， 使钻头水功率大 于或等于0 . 6 4 3 倍 地面 钻井 泵实 发水功率的 流量为优选的 流量。 4 . 5 . 2 . 3 优选喷嘴直径 推荐使用组合喷嘴。软地层一般采用 “ 一大两小 等径 ”三个喷嘴组合;中、中硬、 硬地层采 用 “ 一大一小”双喷嘴， 大小喷嘴直径比 为1 0 . 6 0 0 . 6 8 . 4 . 5 . 2 . 4 钻井水力参数计算模式 4 . 5 . 2 . 4 . 1 流型指数 n值的计算见式 8 , 4 . 5 . 2 . 4 . 2 稠度系数K值的 计算见 式 9 , 4 . 5 . 2 . 4 . 3 塑性粘度/1 P 、 的 计算见式 1 0 . 4 . 5 . 2 . 4 . 4 屈服值 动切力r y p 的计算见式 1 1 , 4 . 5 . 2 . 4 . 5 环空上返速度 va的计算见式 1 3 , 4 . 5 . 2 . 4 . ‘ 环空流态的判断 a 宾厄姆流 体 1 计算 一 3 0 . 8 6 4 p , [ 3 0 . 8 6 4 ,, - 2 X 1 2 3 . 5 ,o ,o a h 一d o Z 2 4 p d d h 一d p 9 8 0 0 d h 一d P 嘴 p a r w d h 一d , I - 1 2 v , k } 2 5 2 判断V . -V 或 R e 2 1 0 0 为紊流，v e 8 0 8 为紊流，v , V R 或Z . Q 5 4 4 . 5 . 2 . 4 . 2 0 1 0 0 0 P6 Ab 5 5 4 . 5 . 2 . 4 . 2 1 ， P b Pp 5 6 4 . 5 . 2 . 4 . 2 2 设计喷嘴总面积的计算 A 一{5 5 4 . ， 令 } A P b . . . . . . . . . . . . ⋯⋯， . . . . . . ⋯⋯ 5 7 4 . 5 . 2 . 4 . 2 3 士 - k , “ L. V k p 砚 , ” L 5 8 5 9 b 幂律流体 1 最大钻头水功率工作方式 2 1 十 n 一2 1 . 4 一l g n k p. 吸 一 k , k , L , 以1 a , 2 l . }1, n 1 / 7 几 1 . 十 - 2 1 . 4 P v7 L ⋯⋯ 6 0 2 最大冲击力工作方式 几 亘 王n2 8 三 2 1 . 4 - Ig n - k a b生L , Q 笠 一二 二 二 k p 以u 祠， 1 . a - I} 1 n L ⋯⋯ 6 1 4 . 5 . 2 . 4 . 2 4 最优流量的 计算 a 宾厄姆流体 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m S Y / T 5 2 3 4 -2 0 0 4 1 最大钻头水功率工作方式 Q叫 0 . 3 5 7 p, k ， 十k p 五 p - f k } L , 6 2 2 最大冲 击力工作方式 Q- 0 . 5 2 6 p , k g k p L p k , L 6 3 b 幂律流 体 1 最大钻头水功率工作方式 7 p, 2 1 n 一2 1 . 4 一l g n k R k p L p k , L , 7 / [ l } - 2 0. 4 - 1 . ] Q. 6 4 一lesl干es 2 最大冲击力工作方式 「1 4 p , I / [ 1 4 c - 2 xi . 4 - L q月 坡么 Q . , 2 8 n 一2 1 . 4 一l g n k a k p L p k , 6 5 4 . 5 . 2 . 5 公式使用说明 4 . 5 . 2 . 5 . 1 用途 用于优选参数 喷射钻井水力参数设计和分析。 4 . 5 . 2 . 5 . 2 注竞事项 4 . 5 . 2 . 5 . 2 . 1 计算钻杆内 压耗时， 若钻杆接 头内径与钻杆本体内 径相等或比 值大于8 5 ， 则可直接 运用公式; 若接头内径与本体内 径比 值在8 5 片 一7 0 之间， 则将接头长度累加到一起， 作为 一段管 柱单独计算压耗， 再与钻杆本体压耗合并作为钻杆压耗。 4 . 5 . 2 . 5 . 2 . 2 在计算临界井深和最优流量时，无论环空是层流或紊流状态， 都应用环空紊流压耗系 数代人公式。 4 . 5 . 2 . 5 . 2 . 3 应根据钻井液类型 选用给出的 宾厄姆和幂律两种流体计算公式。 4 . 5 . 2 . 5 . 3 计算步骤 4 . 5 . 2 . 5 . 3 . 1 钻井水力参数设 计参见第B . 1 章。其目 的是设计流量和喷嘴尺寸，使其充分发挥、 合 理利用泵功率。计算步骤为 a 根据地层剖面和钻头进尺把全井分成若干井段，即 确定设计井深。 b 根据钻机类型， 选择能持续高压运 转的钻井泵型; 缸套尺寸选择后，即对应有额定泵压A“ 额定流量 Q.. C 选择某一种 最优工作方式。 d 有相应的 适合优选参数 喷射钻井的钻井液设计。 e 确定钻井液流变模式，计算钻井液流变参数。 0 用 初选缸套的额定泵压和额定流量计算临界井深D - 然后与钻头的起钻井深 D比较， 若 D D , , ， 则计算Q W 后， 按Q om . . P ， 设计 喷嘴尺寸 若 Q ， 大于环空冲蚀流量，则按小于冲蚀流量设计喷嘴 。 B 用 4 . 计算环空岩屑净化系数L C 。 若L C O . 5 ， 则满足携岩要求; 否则， 重复步骤b 和步 骤f ， 再次检验， 直至满足携岩要求。 h 计算其他水力参数。 4 . 5 . 2 . 5 . 3 . 2 水力参数分析参见第B . 2 章。 其用途是根据实测数据，进行随钻水力参数分析或完钻 1 2 w w w . b z f x w . c o m S Y/ T 5 2 3 4 -2 0 0 4 资料处理。计算步骤为 a 根据实测旋转粘度计读数确定钻井液流变模式，计算钻井液流变参数; b 根据实际泵压、喷嘴等参数， 用迭代法求流量; c 计算各 水力参数。 4 . 6 优选钻压、转速的 方法 4 . 6 . 1 优选原则 按直接钻井成本最低优选。 4 . 6 . 2 约束条件 4 . 6 . 2 . 1 最大钻压W 或最高转速N -不超过厂家推荐值 W， 或、 。 4 . 6 . 2 . 2 最优钻压W。与 最优转速N ，的 乘积应小于钻头厂家推荐的钻压与转速乘积的允许值，即 W} , N , , 4 ， 则由牙齿决定钻头寿命T d 2 5 9 . 5 8 D , d b W。 一W. h r C , h i / 2 A, P n , 4 . 3 5 X 1 V 心 7 8 4 . 6 . 7 优选最优钻压、最优转皿 在W和 W n的 约束条 件下， 应用优选钻压及转速的计算程序搜索 Wm 、的最优 组 合 值。 其 应 用 计 算 参 见陇 彝p 。一 __燕 _ 4 . 6 . 8 4 . 6 . 8 . 1 4 . 6 . 8 . 2 4 . 6 . 8 . 3 a 优 选 参 m e 井 设 it IMM_ 一 收集邻井测井、稍葬狱盗钻头、并下盆袭份祝等原始资料。 结合设计井的 地层例面、地层压力数据， 确定井身结构和下部钻具组 合。 根据地层剖面分层数据，建立岩石可钻性级值梯度公式， 并按下列方式进行修正 对软到中 硬地层、 砂泥岩剖面， 地 层平均岩石可钻性 级值可以 分层平均井深按梯度0 . 0 0 1 级/ m 修正; 对硬地层、 平均岩 石可钻性级值达到6 级以 上或以石灰岩为主的岩层， 其压实影响较小， 可 按梯度 0 . 0 0 0 4级/ m修正; C 根据钻速录 井资料，对所取岩样较少的岩层的 岩石可钻性级值进行加权平均; d 以分层平均井深与修正后的平均岩石可钻性级值进行回归， 得出岩石可钻性级值梯度公式， 其相关系数应大于0 . 9 . 4 . 乐8 . 4 根据岩石可钻性级值梯度公式，分段计算出可钻性级值， 查表选出合适的钻头类型。 4 . 6 . 8 . 5 应用钻井水力参数优选方法程序， 优选泵压、 流量、喷 嘴组合和等效比水功率。 4 . 6 . 8 . 6 应用钻井液优选方法程序， 优 选密度、 塑性粘度、卡森粘度、流型指数、 稠度系数。 钻井 液静压力比 油气层压 力高1 . 3 7 3 MP a -3 . 4 3 2 M P a ， 计算的钻井液密度作为输入数据。 根据钻井液体 系控制的n 值输人数据， 对于不分散钻井液体系，n 值一般取0 . 4 0 - 0 . 7 0 . 1 5 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m S Y / T 5 2 3 4 -