ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件.pdf

张冬梅 等AN YDR I L L钻井工程设计与工艺软件 ANYDRI L L钻井工程 设计与工艺软件冰 l 张冬梅周英操 赵 庆 蒋宏伟 项德贵 连志龙 I 霍宗强 纪荣艺 周泊奇 赵亦朋 宋 鹏 王 倩 I中国石油集团钻井工程技术研究院 摘要 随着石油勘探开发转向深部复杂地层和钻井工程设计与施工的精细化 ， 钻井工程对软件的依赖性正逐步增强。 为了拥有适合于中国石油当前和未来发展需要的钻井工程软件，中国石油集团钻井工程技术研究院经过 “ 十一五”科技攻 关， 开发 了具有 自主知识产权的ANY DRI L L 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。文章对A N Y D R I L L 钻井工程设计与工艺软件在功能、 特点、 关 键技术和解决的主要问题等多个方面进行了阐述，详细介绍了该软件开发的控压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、钻井液设计及分析 系统、固井工程设计与分析系统、欠平衡 气体 钻井设计与分析 系 统、钻柱力学分析系统、钻井数据库管理系统、钻井实时监控与技术决策系统等功能与应用。 关键词钻井软件软件系统钻井设计C／ S 模式施工分析 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 0 2 x 2 0 1 2 ．0 I ． 0 0 4 随着现代社会对石油不断增长的需求 ，石油勘探 开发已经全球化 ，钻井施工区域遍布世界各地，钻井 工程设计与施工面临的问题越来越复杂。钻井工程从 设计、施工到经验总结 ，每一环节都需要进行各种计 算分析和各种配套的专业软件提供支持，钻井工程对 软件的依赖性正逐步增强。国际知名的石油工程服务 公司如哈里伯顿 、斯伦贝谢等都研发了钻井工程系列 软件，代表了当前钻井工程软件的国际最高水平。与 国际钻井软件研发的先进水平相比，我国的钻井软件 研发水平明显滞后，具体表现为软件体系分布散 、生 命周期短 、影响范围小 、规模水平低 ，不能完全满足 勘探开发钻井工程设计的需要。为了缩小与国外的差 距 ，提高我国钻井工程核心竞争力、及时分析钻井施 工状况、保障钻井安全、促进钻井施工决策的科学性 ， 必须开发我 国自主品牌的钻井软件 。为此 ，“ 十一五” 期间 ，中国石油集团钻井工程技术研究院联合中国石 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 ，共同 承担了国家科技重大专项 “ 钻井工程设计和工艺软件” 课题 课题编号 2 0 0 8 Z X 0 5 0 2 1 0 0 6 ，开展了自主创新研 究 ，开发了具有自主知识品牌、功能全面的A N Y D R I L L 钻井工程设计与工艺软件 ，已经获得控压钻井设计与 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 、钻井液设计与分析系统、固井工程设计与 分析系统 、钻井数据库管理系统 、钻井实时数据库管 理系统 、钻井井史管理系统 、实时测控安全钻井风险 评估系统 、井底压力随钻测量数据应用系统、关键钻 井力学分析系统等 1 1 个软件著作权证书。 1 AN Y DRI L L 钻井工程设计与工艺软件 平台系统 A N Y D R I L L钻井工程设计和工艺软件平台，模块 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2 0 1 1 Z X0 5 0 2 1 0 0 6部分研究内容。 第一作者简介张冬梅，1 9 8 4 年生，助理工程师，2 0 1 0 年毕业于北京邮电大学计算机应用技术专业，获硕士学位，现从事钻井 信 息工程研 究与钻 井软件开发 工作 。 E - ma i l z h a n g d o n g me i d r i c n p c ． C O I n ． C 13 一 2 0 1 2年第 1 期 石油 科技论坛仃 集成采用插件式技术，通过加入不同的插件 ，平台可 以获得不 同的钻井设计与分析能力 ，各个插件可以 在系统中动态添加和删除 ，单个插件的维护不影 响 系统的总体运行和其他插件功能 ，可减少维护成本。 各个插件之 间没有干扰和影响 ，有利于各个软件之 间的独立开发。钻井工程设计和工艺软件平台集成 框 架如 图 1 所 示 。 欠平 衡忾 体1 钻 井设 计与 分析 系统 插件 控压 钻井 设 计 与分 析系 统插 件 地层 压力 预测 分析 与监 测系 统插 件 岩石 力学 分析 系统 插件 钻柱 力学 分析 系统 插件 插件 N ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ _框 椠 臻百 话 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 『 配 l l 堡 堡 里 塑 蔓． ． 盘 ．．． 。 一 一 ．．I I 异} 圆圃圈 I [二二]巫匝二二二 1 ． 1 控压钻井设计与分析 系统 控压钻井设计与分析系统具有实时、施工与控制 参数设计与模拟 、数据库等模块 ，并配有相应的管理 软件 ，可以对数据进行实时调用与控制 ；具有控制参 数与模拟 、施工分析 、井底压力实时分析、回压控制 实时分析等模块 ，调用相应的数据进行分析 、模拟与 预测 ；配有一套钻井数据采集装备，可以实时采集信 息和实现远程控制。 1 。 2 地 层 压 力预 测 分 析 与 监 测 系统 地层压力预测分析与监测系统的主要功能是分别 利用测井 、录井 、地震等资料确定地层压力，并建立 了利用声速检测地层压力的 F a n简易方法和 F a n综合 解释方法 ，还呵利用层速度资料进行压力计算及压力 结果的可视化分析。实现从原始数据的计算机获取一 资料 自动处理及人机交互处理一地层压力分析计算一 显示打印结果图件等一体化作业。不仅可以提高地层 压力计算精度 ，而且可以减少人工资料处理工作量。 1 3 岩石 力学分析 系统 岩石力学分析系统利用全井段测井数据进行分层 1 8 石油 科技论坛 2 0 1 2年 第 1期 的孔隙压力、坍塌压力和破裂压力计算 ，以及定向井 井壁坍塌和破裂风险分析。该系统可用于解决当前深 井 、超深井钻井碰到的岩石力学难题 ，分析井眼轨迹 对定 向井井壁稳定的影响，建立盐膏层钻井液密度图 版 ，并对岩石的可钻性做出预测分析。 1 ．4 钻 井液设计及分析 系统 钻井液设计与分析系统能根据输入的基础数据 ， 对油井所使用的钻井液体系、性能、配方进行设计，并 计算材料费用，输 出设计文档。 该系统可以实现油井钻井液设计 、邻井数据查询 和钻井液常用计算等功能 ，并突破了以下关键技术 1 多层系统架构技术应用。通过研究多层架构 技术 ，掌握 了3 ／ N层架构技术 ，设计了钻井液设计与 分析系统架构图，降低了钻井液设计分析系统的复杂 性 ，提高了系统的灵活性。 2元数据技术的应用。综合分析了钻井液数据 库对元数据标准的需求 ，结合元数据技术 、X ML 技术 、 半结构化数据处理技术和关系型数据处理技术 ，从元 数据的表示、存储 、索引、查询等角度研究了符合钻 井液数据库现状的元数据处理关键技术。 3建立了钻井液知识库。钻井液设计与分析系 统需要强大的知识库的支撑，现有的钻井液知识比较 无序 ，规范化程度低 ，知识很难直接使用。经过分析 研究 ，建立了知识库处理模型，将钻井液设计知识结 构化，变成易操作 、易利用、全面有组织的知识集群， 满足了钻井液设计的需要 。 4优化钻井液设计流程。钻井液优化设计以钻 井液体系和各油田区块第一手资料为主 ，配以钻井液 材料库、钻井液配方库和邻井钻井液设计结果 ，进行 钻井液知识搜集和分类。系统提供了辅助报告生成技 术等功能 ，可方便快捷地支持 、优化钻井液设计。 1 ．5 固井工程设计 与分 析系统 固井工程设计 与分析系统可用于常规井 、水平 井、深井 、超深井 、含塑性蠕变地层井 、小井眼井等 多种井型的套管柱强度设计 、套管居中设计、下套管 设计与模拟 、管串结构设计 、固井流体性能设计 、用 量计算 、注水泥流变性设计 、注水泥模拟、气窜预测 、 挤水泥设计 、固井工程事后分析 ，并可输出符合石油 天然气行业标准的固井施工设计报告 、固井施工报告 ， ； | 每 E 瓣k “ 弹 及 固井工程事后分析报告 ，能满足现场固井工程设计 与施工的需要。应用该软件功能模块可提高注水泥施 工设计的科学性与准确性，能较好地满足固井施工设 计需要 ，对于指导注水泥施工具有重要的实际意义。 1 ． 6 欠平衡 气体 钻井设计与分析 系统 欠平衡 气体 钻井设计及分析系统适用于直井、 定向井和水平井设计 、计算及分析。系统优选了欠平 衡钻井水力参数计算模型，简化并修正了精度较高、 可行性较好的模型 ，系统可对环空 、钻柱的水力参数 进行分段计算 ，更适用于工程实际应用 。 系统可以对多种欠平衡钻井方式 包括气体 、雾 化 、泡沫 、充气钻井液和常规钻井液 进行钻前设计 、 随钻监控和完钻分析等全过程欠平衡钻井设计 ，同时 具有动态设计、安全报警 、加压泥浆帽钻井设计 、全 过程欠平衡钻井设计等功能。独有的欠平衡钻井知识 库系统能够实现欠平衡钻井相关资料 包括中英文文 献 、专利 、标准、实例库 、相关技术手册等 的浏览 、 查询、筛选等功能，为用户了解 国内外欠平衡钻井相 关信息提供 了一个便利 的平 台。 1 ．7 钻 柱力学分析 系统 钻柱力学分析系统用于直井、定向井和水平井的 钻柱设计 、计算与分析 ，建立了钻柱摩阻扭矩 、钻柱 振动和钻柱极限延伸模型，可对定向井等不同井型的 钻柱设计与分析提供整套的解决方案。系统主要功能 包括 钻柱摩阻扭矩分析、振动分析、强度分析 、底 部钻具组合力学分析及钻柱下入极限深度分析等 ，为 实现钻前设计和现场施工提供了依据 。 1 ． 8 钻井数据库管理 系统 钻井数据数据库内容齐全，涵盖了钻井业务各个 环节信息 ；扩充了数据库的结构分类 ，辅助库为软件 提供更好的帮助；优化数据库表问关系 ，降低数据冗 余 ；数据间约束合理 、明确 ，保证了数据完整性 ；表 项字段包括中文 、英文 、曾用名对照；数据统一采用 国际单位制入库 ，便于管理和数据移植。数据库管理 软件采用树形 目录、页签式的界面管理方式 ，界面友 好 、简洁、易于操作 ；新颖的基于数据透视的统计分 析功能 ；简洁、实用的数据导人或导出功能 ；实现了 辅助库的统一管理 ；支持历史数据回放 ，直观 、形象 ； 安全的用户权限管理 ，系统更安全。 张冬梅 等 ANY DRI L L钻井工程设计与工艺软件 1 ．9 钻 井实时监控与技术决策 系统 开发完成的钻井实时监控与技术决策系统的系统 架构扩展性强 ，支持后期开发其他钻井复杂事故软件 模块。建立了钻井风险 B P神经网络识别法和模糊综合 评价法 。使用这两种钻井风险推理方法 ，可以相互弥 补各 自的不足，使得钻井风险推理更具参考性和准确 性。利用钻井风险因素量化分析和风险推理相结合的 风险实时识别模型 ，开发出来的钻井风险推理软件可 以实时诊断和预测部分钻井风险，能实现部分钻井风 险实时监控 、预测和评价 ，并在现场得到了验证。钻 井实时监控与技术决策系统建立了如下模型 1 建立了井漏风险和地层流体侵入风险模糊综 合评价递阶层次结构模型； 2在井漏风险和地层流体侵入风险模糊综合评 价层次结构模型基础上 ，建立了钻井风险综合评价预 测分析方法模型 ； 3在井漏和地层流体侵入风险发生机理研究基 础上，运用钻井风险 B P神经网络识别法 ，建立了井漏 和地层流体侵入风险 B P神经网络识别法模型。 2 应用效果 钻井工程设计与工艺软件已经在大港 、辽河等现 场开展了应用测试 ，现场测试应用 3 0 0多井次。测试 应用结果表明，钻井工程设计和工艺软件功能丰富 、 计算准确、使用方便 ，可较好地满足现场钻井工程设 计与施工需要 ；可为陆上油气勘探开发示范工程和复 杂深井钻井工程提供技术支撑；通过地层压力预测与 监测系统和岩石力学分析系统建立 3个压力 孔隙压 力 、坍塌压力和破裂压力 剖面 、安全钻井液密度窗 口和盐膏层钻井液密度图版 ，在此基础再进行钻柱力 学分析 、钻井液设计等各种工程设计 ，可以为待钻完 井设计提供科学决策依据，对加快安全钻井进程和油 田开发具有十分重要的现实意义。 3 软件 系统解决的关键技术 1 钻井工程设计和工艺软件涵盖的业务范围广 泛，钻井数据标准不统一 ，通过科研攻关 ，形成了以 数据库为基础的，包括平台底层、应用层及网络传输 下转第 2 4页 | 豫 。 簿 {≯ 勰 ≈ 瓣嚣 黪瘩 锻* 201 2 一 一 瓣 l_ ◆ - 壁 心 与 岩 心 孑 L 隙 度 误 差 率 l 『 _ - _壁心与岩心渗透翠误差翠f ■ 一 ● l ▲ ◆ ◆ 工 _▲ ’ ● ■ 深度 m 图 1 0 旋转壁心与岩心物性参数误差率 其技术特点的优势被应用于油田勘探生产中，在实践 过程 中通过作业过程的精细管理及应用过程分析 ，总 结出工具的最佳适用规律 ，提高了作业效率。E 一 Ⅱ在 中深层的应用，特别是古近系，解决 了火药壁心收获 率低的问题 ，所取壁一 t L , 保持了原始地层的结构 、构造 ， 可完全满足岩电实验室对实物资料的品质要求 ，在复 杂岩性识别 、储集层评价、储层含油气性分析等方面 发挥了重要作用。旋转壁心孔渗分析数据的可靠性可 使壁心在一定条件下代替钻井取心 ，尤其适合对低孔 渗油气藏及对不足以设计钻井取心评价的边际油 田应 用 ，能显著节约勘探成本。 【 参考文献 】 【 1 J 谭伟雄， 等． 旋转式井壁取心收获率影响因素分析U 1 ． 录井工程， 2 0 0 9 ， 2 0 4 4 4 4 7 ． I 2 】 张卫平， 邓强， 赵 国权 ． P e r S c o p e 随钻边界测量仪 渤海 油田应用状况卟石油科技论坛， 2 0 1 1 ， 3 0 5 3 0 3 2 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 1 0 2 4 改回日期2 0 1 1 0 2 0 4 o 上接 第 1 9页 的统一的钻井设计与分析软件平台框架 ，解决了大型 设计分析一体化钻井软件集成 的最关键的基础问题 。 2钻井工程设计和工艺软件系统庞大，钻井工 程设计与工艺软件选取了钻井设计最基础 、现场最急 需 、与先进钻井技术结合最紧密的功能进行开发 ，促 进了钻井工艺理论的研究 ，验证的模型的准确性 ，解 决 了先进钻井技术成果集成与装备配套 的关键问题。 4 总结 A N Y D R I L L钻井工程设计和工艺软件改变了国内 以往单项钻井软件系统数据库各 自独立 的 “ 信息孤 岛”局面，使得钻井各个设计部 门的信息得以充分共 享，实现钻井设计和施工一体化、基地和现场一体化 及多学科协作一体化 ，提高了钻井工程技术人员的设 计效率、作业质量和决策水平，降低 了钻井风险和费 用 ，提高了我国钻井工程设计和工艺软件领域的自主 创新能力和原创性技术的研发能力。钻井工程设计和 工艺软件对于增强中国钻井技术在国内外市场中的核 心竞争力具有十分重要的现实意义。 “ 十二五”期间，拟通过已开发软件系统的升级和 新设立软件的研发 ，形成一套能实现钻井信息共享的 2 4 石油科技论坛 2 0 1 2年第 1期 钻井工程设计软件平台及系列钻井工程设计和工艺软 件系统 ，实现钻井方案优化设计 、钻井信息实时解释 处理 、分析钻井施工复杂情况的 目标。 【 参考文献 】 【 1 ] 樊洪海， 刘鹏， 纪荣艺， 等． 新型钻井数据库设计U ] ． 断块 油气田， 2 0 1 0 ， 1 7 3 ． [ 2 ] 李大伟． 对中石油专业应用软件的现状分析与发展思 考U 】 ． 石f _ r - ,_ l k 计算机应用， 2 0 0 8 ， 4 ． [ 3 ] 闰铁， 张凤民， 刘维凯， 等． 大位移井钻井极限延伸能力 的研 究u J ． 钻 井工艺， 2 0 1 0 ， 3 3 1 ． 『 4 1 周 强． 井底 压力采集技 术修 正欠平衡 钻 井软件设 计偏 差 U 1 ． 钻采工 艺， 2 0 0 9 ， 3 2 5 ． 【 5 ] 董振国． 美国钻井信息管理 系统 DF W[ J 】 ． 计算机应用 石油仪器 ， 1 9 9 6 ， 1 0 5 3 4 3 6 ． 【 6 ] 毕雪亮， 于洋， 闰铁． 大庆油田气体钻井井斜控制技术 研究 科学技术与工程， 2 0 0 9 ， 9 2 4 ． 『 7 1 李大伟， 刘海英． 关于石油工业软件工程化的思考U ] ． 中国石油勘探 勘探 家 ， 2 0 0 0 ， 5 1 3 2 3 6 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 0 9 2 8 o