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钻井工程软件的现状及发展趋势_刘岩生

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钻井 工程 软件 现状 发展趋势 刘岩生
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收稿日期 : 2012 -05 -20; 修回日期 : 2012 -06 -25基金项目 : 国家科技重大专项 “钻井工程设计和工艺软件 ”课题 ( 编号 2011006) 及中国石油天然气集团公司科技开发项目 “钻井工程设计与控制一体化软件 ”课题 ( 编号 2011B -4309) 部分研究内容 。作者简介 : 刘岩生 ( 1966 - ) , 硕士 , 高级工程师 , 毕业于中国石油大学 ( 华东 ) 钻井工程专业 , 从事钻井软件研发及管理工作 , 现任中国石油集团钻井工程技术研究院副院长 。联系人 : 蒋宏伟 , 地址 : ( 100195) 北京市海淀区四季青镇北坞村路甲 25 号静芯园小区 S 座 306 房间 , 电话 : 13466614913, 010 -52781745, E - 赵 庆1, 蒋宏伟1, 张冬梅1, 周泊奇1, 唐纯洁2( 1 中国石油集团钻井工程技术研究院 2 中国石油西南油气田分公司天然气研究院 )刘岩生等 . 钻井工程软件的现状及发展趋势 . 钻采工艺 , 2012, 35 ( 4) : 38 -40摘 要 : 随着钻井工程施工向复杂地区的扩展以及钻井新工艺 、新技术的发展 , 钻井工程越来越依赖于软件系统的支持 , 如井眼轨迹设计 、大斜度井 /长井段水平井摩阻扭矩分析等 。文章介绍了国内外钻井工程软件现状和功能特点 , 重点说明了目前国内钻井软件系统进展情况和取得的成果 。经过 “十一五 ”科技攻关 , 已经开发出具有自主知识产权的钻井工程设计与工艺软件 , 初步解决了我国钻井软件长期依赖于国外软件的局面 , 基本满足了国内油田钻井工程设计与施工分析的需要 。关键词 : 钻井工程 ; 软件系统 ; 钻井设计 ; 钻井软件 ; 施工分析中图分类号 : 2 文献标识码 : A 10.3969/J. 006 -768X.2012.04.13为了满足现代社会对石油不断增长的需求 , 石油勘探开发逐步向复杂深层和天然气领域扩展 , 钻井作业遍布全球 , 钻井工程施工过程和组织管理更为复杂 。钻井工程的复杂性促进了钻井新装备 、新工具 、新工艺的发展 , 同时也使钻井工程设计和施工对钻井软件的依赖逐步增强 , 从钻井工程设计 、施工到经验总结 , 都离不开专用软件的支持 。充分掌握和了解国内外钻井工程软件的现状和发展趋势 , 对研发我国自主品牌的钻井软件体系 , 满足钻井工程对钻井软件日益增长的需求具有重要意义 。一 、国外钻井工程软件现状国外软件具有系列全 、覆盖面广的特点 , 并且经过长期现场应用和改进完善 , 模型计算准确 、运行稳定 , 用户认可程度高 。1. 司的 件司的 井工程软件是国际上应用最多 、市场占有率最高的软件产品 。井工程系列软件是运行于 据平台上的软件系统 , 包括井眼轨迹设计 身结构设计 管设计井施工设计与分析 期成本设计 具实时数据传输井施工数据管理 井施工数据网络发布 及三维软件 及 国内油田得到广泛的使用 。块是 件的钻井施工设计与分析工具 , 它可以实现钻柱 、套管 、尾管摩阻扭矩分析 ; 井眼压降计算 、钻头水力参数 、井眼清洁分析 ; 钻具组合受力分析 ; 钻具振动与应力集中分析 ;设计与模拟固井施工 ; 井控分析与压井计算 ; 波动压力分析 ; 卡钻分析以及实时数据分析等功能 。块能设计所有的井眼轨迹[ 1], 包括摩阻扭矩 /成本轨迹优化 、防碰扫描图 、测斜数据存储分析 、平台优化等设计方法 ; 采用定向井设计和测斜数据管理的工业标准 。块的动态图形更新和防碰扫描检查强化了一体化设计和测量监控 , 能处理实时数据 , 及时更新所有的图表和计算 。2. 司的 件件是 司研发的一套钻井工程软件 , 用来设计和评估钻井工程作业 。要包括数据浏览软件 、测斜管理及防碰分析软件 、钻井工程分析软件以及实时控制钻·83·钻 采 工 艺 7 月012井工具箱软件等应用程序 , 能够实现钻井工程设计和评估的科学化和自动化 , 设计和评估内容包括合理井身结构设计 、定向井和水平井轨迹设计 、泥浆设计 、固井设计 、钻头选型 、水力参数和钻井参数设计 、套管及钻具强度校核 、扭矩摩阻分析 、钻井进度预测 、钻井成本预算和风险分析 、井控模拟 、高温高压井温度模拟等[ 2]。3. 司的 件件是 司开发的钻井工程软件产品 , 具有丰富强大的钻井工程设计功能和钻井过程中施工数据的分析处理功能 。主要模块包括井眼轨迹设计和测斜数据管理 、钻具组合设计 、摩阻扭矩分析 、水力计算分析 、固井分析 、套管设计和载荷分析和地质导向等 。4. 司的 件件是由 司开发的高级钻井与完井工程设计软件 , 它将原 件的功能集成到一个具有操作简单 、界面直观的数据库系统中 ,使钻井工程设计变得更加容易 。同时 , 件的优势集中体现在稳健 、高级的算法与输出结果上 ; 可完成复杂井眼轨道设计 、井眼轨迹防碰设计 、套管强度设计 、井眼内扭矩及拉力计算 、下套管计算 、注水泥设计 、复杂井眼钻具寿命计算 、钻井水力学压力控制设计和井控设计 。二 、国内钻井工程软件现状国内油田所使用的钻井软件主要用于钻井工程常规设计与分析 , 还没有形成完整的 、满足钻井工程设计和施工要求的钻井软件体系 。1. 件向井水平井设计与计算分析软件是北京怡恒阳光公司开发的一套钻井工程软件 , 用于辅助定向井工程师设计井眼轨迹 , 进行实钻轨迹计算和轨迹分析 。该软件采用模块化结构 , 可以根据用户的需求自由配置 , 目前的主要功能模块包括 : 钻具组合编辑 、摩阻和扭矩分析 、井深结构编辑 、水力计算与分析 、防碰扫描分析等 。2. 定向钻井设计 、跟踪和监测软件北京奥尔创新石油工程技术有限公司研发的定向钻井设计 、跟踪和监测软件 , 适用于定向井 、多分支井等轨道设计与计算的软件 , 软件提供的功能模块包括 : 大位移多目标钻井 、钻具组合效果预测 、水力及摩阻扭矩计算等 。3. 钻井工程设计一体化系统 ( 京超思唯科石油软件开发有限责任公司的钻井工程设计一体化系统 ( 简称 是围绕石油钻井工程设计领域 , 以钻井工程设计数据为主要管理内容 , 在建立全新的钻井工程设计数据库的基础上 ,开发完成的一套包括轨道设计 、井身结构设计 、钻井液设计 、固井设计等全部功能模块的一体化钻井设计软件 。实现了设计结果实时发布 、设计实时监测 、设计书动态管理 、资料统计分析 、交互设计等功能 ,可自动生成符合行业规范的钻井工程设计书 。三 、钻井工程软件 针对我国钻井软件体系分布散 、生命周期短 、影响范围小 、规模水平低 , 严重制约了我国钻井工程技术整体水平提高的难题 , 中国石油集团钻井工程技术研究院与中国石油集团长城钻探工程有限公司 、中国石油大学 ( 北京 ) 、西南石油大学 、东北石油大学 、长江大学在 “十一五 ”期间开展了联合攻关 , 研发了钻井数据管理和分析系统 、钻井工程设计及分析系统以及钻井实时监控与技术决策系统 、钻井设计集成系统组成的钻井工程软件 [ 3]。1. 的功能模块1. 1 钻井软件平台 ———钻井数据库管理系统钻井数据库管理系统的功能模块包括 : 录入查询 、报表自动生成 、统计分析 、导入导出 、系统信息管理 、数据回放 、编码表管理 、规格表管理 、专用软件等 , 钻井数据库管理系统具有强大的井史生成功能 ,可以生成多种格式工程报表 ; 17 个工程计算模块功能丰富 ; 钻井绘图工具方便 、快捷 ; 支持多种录井仪 /参数仪数据格式 ; 钻井数据格式统一 、规范 。1. 2 七套钻井专用分析软件钻井工程软件 0 包括控压钻井设计与分析系统 、欠平衡 /气体钻井设计与分析系统 、地层压力预测分析与监测系统 、岩石力学分析系统 、钻柱力学分析系统 、钻井液设计及分析系统 、固井工程设计与分析系统等七套钻井专用分析软件 。可实现多种工况下的控压钻井设计与分析 ; 不同欠平衡钻井方式的钻前设计 、随钻监控和完钻分析 ; 深井 、超深井孔隙压力预测与监测 ; 深井 、超深井地应力预测及井眼稳定性分析 ; 不同井型的钻柱设计与分析 ;钻井液体系及性能设计 ; 套管柱强度设计 、注水泥设计与模拟和气窜预测等 。1. 3 一套钻井实时监控与技术决策系统 ———井涌和井漏风险分析软件钻井实时监控与技术决策系统包括钻井风险诊断分析 、钻井风险预测分析和钻井风险综合评价等模块 。通过神经网络算法得到合理的风险权值与阈·93·第 35 卷 第 4 期35 4钻 采 工 艺 然后录入随钻诊断井段风险因素 , 对相应井段的钻井风险进行诊断分析 ; 通过实现井漏风险评价参数的趋势预测 , 预测出下部井段井漏风险评价参数值 , 为井漏风险随钻预测提供评价参数预测值 ; 利用层次分析法与模糊综合评价法建立综合评价模型 ,计算风险因素权重 , 预测钻井风险 。目前建立了钻井风险模糊评价模型和钻井风险 经网络分析模型 , 实现了井漏和地层流体侵入风险的量化分析 。1. 4 一套钻井工程设计软件 ———钻井设计集成系统钻井设计集成系统主要包括钻井数据管理 、井眼轨迹设计 、地质环境预测 、井身结构设计 、套管柱设计 、钻头设计 、钻井水力参数设计 、井控设计 、钻井进度 、报表系统等模块 ; 基于统一的钻井工程数据库 , 做到了钻井数据一处录入多处使用 , 增强了数据的安全性和保密性 ; 可以自动生成图文并茂的钻井设计报告 ; 具有很强的扩展性 , 用户可根据本单位钻井设计需要 , 定制系统功能和报告输出格式 。充分考虑了我国钻井设计部门的设计思维 、习惯和需求 ,方便用户掌握和操作 , 可显著减轻设计人员工作强度 , 提高设计效率 。2. 应用效果钻井工程软件 0 已在中石油辽河油田 、大港油田 、吐哈油田 、青海油田 、新疆油田 、玉门油田等现场完成了 363 井次应用测试 。测试应用结果表明 , 钻井工程软件 0 计算结果符合现场实际 , 功能丰富 、界面友好 , 可进行钻井工程设计和实时分析 , 达到指导钻井施工的目的 , 具有广泛的推广应用前景 。四 、钻井工程软件的发展趋势钻井工程软件的发展趋势是信息集成一体化 、三维可视化和钻井智能化 。信息集成一体化主要是 : ①设计与施工一体化 ,实现设计指导施工 , 设计方案能根据实际施工状况动态调整 ; ②基地与现场一体化 , 实现基地与现场之间信息的传输与共享 , 可以满足钻井工程的各种需求 ; ③钻井工程与地震 、地质 、油藏等跨学科信息一体化 , 实现信息资源共享 , 钻井工程师 、地震解释人员 、地质学家和油藏工程师可以借助软件进行协同设计与施工 ; ④钻井工程软件与硬件设备一体化 , 实现软件拓宽硬件功能 , 硬件强化软件能力[ 4]。三维可视化主要是建立井下环境的三维虚拟空间 , 直观显示钻井工程与地震 、地质 、油藏等多学科信息 , 为不同专业领域人员之间的协同设计与施工提供人机交互的虚拟环境 。钻井智能化主要是钻井人工智能技术 、跨领域( 钻井 、地质 、地球物理 、测井 、岩石等 ) 多源信息 ( 数据 、文本 、图像等 ) 融合技术及自动化设计 、施工与决策技术等 。五 、总结( 1) 国外石油公司的研发经历了软件开发 、现场测试 、修改完善 、现场应用 、再修改完善的过程 , 时间长达几十年 , 形成了成熟的钻井工程软件 。我国自主研发的钻井工程软件体系分散 、功能单一 , 目前还没有一套可以进行完整钻井工程设计的软件系统 , 工程设计与施工分析依赖于国外钻井软件产品 ,同时由于国内在钻井工程信息资源管理 、分析 、共享和应用方面的工作明显滞后 , 我国的钻井软件研发与国外的差距呈逐年加大的趋势 。( 2) 随着钻井新工艺和新技术的发展 , 为满足钻井设计与施工的需要 , 我国不断被迫引进国外钻井软件产品 , 对国外钻井软件的依赖越来越重 , 这不仅严重制约了我国钻井工程技术水平的提高 , 而且还影响我国软件产业的发展 。转变观念 , 加快我国钻井软件的发展步伐 , 开发出满足现场需要 、具有自主知识产权的钻井软件产品已势在必行 。( 3) 钻井工程软件 0 平台框架基于统一的钻井数据库 , 实现钻井信息共享和进行较为全面的钻井工程设计 , 初步解决国内钻井软件缺乏具有统一标准和规范的结构开放 、功能扩展的钻进工程软件平台问题 。钻井工程软件 0包含数据库平台 、钻井专用分析软件 、钻井实时监控与技术决策系统以及钻井设计系统 , 功能更全面 , 实现了集成创新 。钻井工程软件 0 为钻井设计与施工提供强有力软件工具 , 逐步减少对国外钻井工程软件的依赖 , 增强中国石油钻井工程核心竞争力 , 为我国钻井技术的信息化 、自动化和智能化发展提供有力技术支持 。参考文献[ 1] 华远信 , 张桂强 , 朱伟鸿 , 等 . J] . 西南石油学院学报 , 2004, 26( 1) : 83 -86.[ 2] 张冬梅 , 周英操 , 赵庆 , 等 . 钻井工程设计与工艺软件的发展现状 [ J] . 重庆科技学院学报 ( 自然科学版 ) ,2012, 14( 2) : 66 -68.[ 3] 张冬梅 , 周英操 , 赵庆 , 等 . 井工程设计与工艺软件 [ J] . 石油科技论坛 , 2012,( 1) : 17 -19.[ 4] 张冬梅 , 周英操 , 纪荣艺 , 等 . 面向钻井工程技术的数据仓库应用探讨 [ J] . 信息技术 , 2012,( 3) : 6 -9.( 编辑 : 黄晓川 )·04·钻 采 工 艺 7 月012 5 012it is to of ow to at a in at at as so be of ey , , is in 57000, P. R. +86 -15963860798E -63. F 1. 2. , 5( 4) , 2012: 38 -40of of on of as of of at on of 11th on of ey , 966,, is in of 06, , 25 P. R. +86 -10 -52781745E -N F e, o. ) , 5( 4) , 2012: 41 -43, 49In a of of of it of ey e ( , 962, 983, is in on 20/F, 83, 00030, P, R, +86 -21 -64395300E -N N ,5( 4) , 2012: 44 -46as on of of to 1 of of of ey 971, 996, is in on P, R, +86 -991 -3166630E -N N F 1. 2. 3., 5( 4) , 2012: 47 -49in as in or to a on 40° 0° At at of by 3 in
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