国外石油钻井软件的发展现状.pdf

张冬梅等 国外石油钻井软件的发展现状 1 ． 1 ． 3 Cr i t i c a l S p e e d 临 界转速分 析 利用有限单元分析和受力频率反映技术模拟和鉴 定临界钻速及钻具中的高应力集中，该程序的灵活性 高且适用范围广。利用临界转速分析的设计模式可帮 助避免耗费巨大的钻具井下失效 ，利于分析失效 的原 因，以便在下一步钻井过程 中避免钻具失效 。 1 ． 1 ． 4 BH A底部钻具组合分析 利用有限单元分析技术预测 、模拟并分析各种旋 转和导向钻具组合的钻井特性 。这套软件是利用有限 单元法来准确 、完整地确定钻具组合的行为。 1 ． 1 ． 5 Hy d r a u l i c s K 力计算 提供完整的循环系统分析 、钻头水眼优选 、压力 损耗和抽吸激动压力计算 ；利用幂律、校正幂律、宾 汉塑性 、 H e r s c h e l B u l k l e y 流体模式分析整个循环系统； 根据压耗 的分析计算出排量范围；计算井下马达压耗 及旁通流量等 。 1 ． 1 ． 6 S u r g e ／ S w a b 波动压 力分析 可动态模拟由于钻杆运动引起的井下波动压力 ； 可 为工程师提供 最优 的起下钻速 度和钻井液 密度 ， 以避免起下钻和 固井作业 中发生井失控和地层损害 问题 。 1 ． 1 ． 7 We l l C o n t r o l 井控计算 预测最大流体侵入量 ，设计合适的套管程序以保 证可承受最大压力，提供灵敏度分析和实际压井所需 的技术支持 。 1 ． 1 ． 8 C e me n t 固井模拟 对不同性能的多流体系统进行泵人模拟 ，对沿井 眼的敏感点进行压力计算。在固井作业前对不同液体 进行模拟 ，包括隔离液 、前置液和水泥浆 。 1 ． 1 。 9 N o t e b o o k 电子工程手册 手册包括了几乎所有钻井工程手册中常见的计算 和单位换算等 ，主要分为分析和计算两个部分 。 1 ．2 C o mp a s s 模块 C o mp a s s 应用软件能进行复杂井眼轨迹设计和分 析，支持多 目标水平井设计 ，数据编辑 、数据输入及 图形显示完全一体化。可观察到井眼轨迹动态变化 ； 可根据特定的条件 包括狗腿 、连续增斜和扭方位剖 面类型 制定好计划 ，按计划进行施工；测量数据可 以用工业标准方法进行输入和处理。该软件提供了井 眼轨迹控制功能，用户可据此在早期轨迹设计及施工 轨迹跟踪过程中发现问题 ，帮助现场决策 ，从而加快 钻井速度 ，降低钻井成本⋯ l 。 1 - 2 ． 1 Pl a n轨迹 设计 对于不同的井段都有许多曲线类型可供选择 ，曲 线的选择主要是基于将狗腿定为常数或将造斜率或扭 方位率定为常数 。在给定的条件下，软件可为您提供 不同的合理选择。对于井设计的不同阶段 ，使用者可 以看到随数据变化图形的动态变化。 1 ． 2 ． 2 S u r v e y 测 斜分析 处理方法采用 5种石油工业标准的计算模式 最 小曲率法 、曲率半径法、平均角法 、平衡正切法和正 切法。测斜结果文件可以重新编辑 、拼接 、打印或分 析 ，增强了从任意测点到靶点的预测功能。 1 - 2 _ 3 A n t i Co l l i s i o n 防碰扫描和最近距离计算 防碰和最近距离计算功能提供了网状绘图、控制 圆柱和打印输出最近距离扫描结果 ，最独特优点是可 进行三维最近距离分析 ，并可以对图形进行任意放大 缩小 、旋转 、预测 、T V D断面检查和等距网状绘图。 2 Dr i l l i n g Of f ic e软件 斯伦贝谢公 司的钻井工程设计软件能够实现钻井 工程设计 的科学化和计算机化 ，用它可对世界范围内 的钻井 、完井作业进行管理 、优化和干预 ，设计 内容 主要包 括 以下 几个 方 面 。 2 ． 1 We l l D e s ig n 井眼轨迹 设计模块具备常规二维和复杂三维井眼轨迹设计 和误差椭 圆分析能力 ，可进行多靶点的定向井和水平 井设计 ；测斜数据处理方法包括 6 种 最小曲率法、曲 率半径法 、平均角法、正切法 、平衡正切法和 M e r c u r y 方法 ，全角变化率计算方法有两种 L u b i n s k i Wi l s o n 可供选择 。 2 ．2 S u r v e y E d it o r 测斜计算 该模块可对来 自现场的测斜数据进行处理 ，计算 垂深 、水平位移 、北距 、东距 、狗腿度 、造斜率 、方 位改变率 。 2 ．3 C l o s e A p p r o a c h 防碰扫描 模块可对多油 田多平台同时进行扫描，具有多种 扫描方式可供选择 ，提供多种不确定椭圆分析方法 ， 2 0 1 2年第 3期 石油科技论坛4 7 具有井间接近警告提示功能，可选择井斜测量误差模 式并对其进行再编辑 ，可同时考虑相邻平台的防碰扫 描 问题 。 2 ． 4 D r i l I Viz三维可视化显示 钻井可视化显示系统可显示钻井轨迹和误差椭 圆，可实时对地质模型进行修正，实现了当前井与邻 井轨迹的三维显示，便于根据修改后 的地质模型 ，快 速修改井眼轨迹 ，提高钻井质量与中靶精度 ，在真三 维状态下精确显示井间的相对位置及井与构造间的相 对位置，根据需要可显示多层构造图。 2 ．5 BHA钻具与井简编辑 模块采用流行的 “ 拖一放” D r a g a n d D r o p 方式， 能够快速创建入井工具 B HA和井眼几何形态设计 方案 。 2 ． 6 D r i l I S a f e 摩 阻、扭矩、钻井趋势分析 采用当前最好的钢杆、多摩阻系数模型 ，具有单 点、多点分析计算功能，可模拟滑动、回转、倒划眼钻 井施工，可计算钻具中的摩阻、扭矩、井壁接触力 、钻 具的前进趋势 、钻头侧向力 ，对不同的 B HA、钻井轨 迹 、井眼参数及其不 同的组合进行对比分析 ，给出安 全的钻井施工参数取值范围及系统允许使用的最大值。 2 。 7 Hy d r a u l ic s _7 } 力学分析数据 水力学分析模块可计算任意深度的系统压力降 及任意深度 的当量循环钻井液密度 ，分析井眼的清 洁状 况 ，对钻头和马达参数进行优化 ，具有滑动棒 功能 ，对不同的 B HA、钻井轨迹 、井眼参数及其不 同组合进行对 比分析 ，给出安全 的钻井施工水利学 参数取值范围。 3 P a r a d i g m软件 P a r a d i g m 帕拉代姆 提供从钻井靶区选取 、井网 设计 、单井钻井工程设计等基本的钻井应用到地质导 向高级应用的一系列软件产品。P a r a d i g m的钻井应用 软件包为 Wi n d o w s 平台下的应用程序，通过高效的功 能整 合 ，提 供用 户 高效 的工作 效率 和 生产 效率 。 P a r a d i g m钻井产品主要由以下两个基础产品组成 1 O p s L i n k 。WI T S ML 数据传输服务应用程序，提供井场 数据的实时传输功能。 2S y s d r i l l 。为钻井施工分析 和工程设计软件包 ，提供丰富强大的钻井工程设计功 4 8 石油科技论坛 2 0 1 2年第 3期 能和钻井过程中施工数据的分析处理 。 3 ． 1 Op s L i n k实时数据传输 P a r a d i g m的 O p s L i n k可以快速灵活地接收基于 MWD、L WD和其他可以经由WI T S ML服务器转发的实 时 WI T S ML数据 ，使用户在钻井过程中可以做出快速 可靠的决策 ，提高效率 ，降低钻井费用。 3 ． 2 S y s d r i l I 钻井工程设计 S y s d r i l l 是 P a r a d i g m的钻井工程设计产品，提供丰 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。S y s d r i l l 包含的功能模块主要有 定 向井设 计 、套管设计 、钻井力学分析、钻井水力学分析 、固 井优化等 。 4 Dr i l l NET D r i l l NE T是由美国P e t r i s 公司开发的高级钻井与 完井工程框架软件。D r i l l N E T将多个世界级的 Ma u r e r 软件功能集成到一个具有操作简单 、界面直观的数据 库系统中，使钻井工程变得比以前更加容易。D r i l l N E T 独有的优势集中体现在稳健 、高级的算法与输出结果 上 ，这些都是 Ma u r e r 公司的核心技术。D r i l l N E T软件 可以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等。 5 专业钻井软件 随着特殊钻井工艺技术的出现，针对特殊工艺的 专用分析软件随之产生 。代表产品有欠平衡井设计与 施工分析软件 H U B S 和地应力分析软件 G MI 等 软件产品，均具有功能强大、计算精度高、运行稳定 、 可操作性强 、兼容性好的优点。 5 ． 1 HU B S软件 由美国S i g n a 公司开发的欠平衡井设计与施工分 析软件 HU B S 用于计算压力和钻速 、钻屑浓度的预测、 循环排量的优化 、不同多相流模型的分析 、沿着流动 通道 的压力拟合 、带有井下马达的欠平衡钻井设计 、 钻井液盖钻井设计等。HU B S软件可以对任何一种钻 井流体进行欠平衡钻井的流体水力参数设计计算 ，其 中包括气体 、雾 、泡沫 、充气钻井液和常规钻井液。 张冬梅等 国外石油钻井软件的发展现状 5 ． 2 Dr i l l b e n c h软件 D r i l l b e n c h 软件是由S c a n d P o w e r P e t r o l e u m T e c h n o l o g y 公司和挪威国家石油研究院合作开发的 ，软件主要模 块如 表 1 所 示 。 其中D y n a fl o d r i l l 和 S t e a d y fl o d r i l l 模块具有欠平衡 模拟和设计功能。 5 ． 3 GMI 软件 G MI 是 G e o M e c h a n i c s I n t e r n a t i o n a l I n c 公 司开发 的软 件产品 ，成功解决了井筒稳定性 、储层出砂预测、裂 缝渗透性分析 、预防套损等多种复杂问题。其用户遍 布全世界 ，几乎所有的国际石油公司都应用 G MI 技术 解决其钻井 、完井 、石油开发决策等方面的问题 。主 要功能模块包括 成像测井交互分析模块 I ma g e r 、井 径资料分析模块 C a l i p e r 、斜井应力和裂缝分析模块 S F I B、钻井设计和井筒稳定性分析模块 We l l C h e c k 、裂 缝和断层渗透性分析 Mo h r F r a c s 。 5 ．4 D r i ll w o r k s软件 D r i l l w o r k s 软件可以准确预测地层压力 、有效降低 钻井成本 、提高经济效益 、优化井眼尺寸 、优化钻井 液和水力学 、避免井涌和卡钻 、减少地层伤害、延伸 套管鞋深度、减少套管数目和保障施工安全。D r i l l w o r k s 的所有模型只是针对欠压实机理下 的地层压力计算 ， 而对于其他成 因的异常地层压力显得无能为力。 5 ． 5 D e c i s i 0 n Sp a c e软件 D e c i s i o n S p a c e 是一个开放的高度集成的软件平台， 实现模块化算法开发 ，数据在不同专业之间流动 ，知 识流经不同的公司 ，真正实现一体化 、可视化、智能 化井位设计 ，支持远程通信与技术决策 ，彻底改变了 传统方式。D e c i s i o n S p a c e 软件功能特点如下 1 提供企业级数据管理。基于业内最为广泛使 用的数据管理平台 O p e n Wo r k s 而建立 ，从油藏到整个 盆地 ，允许全公司范 围内共享数据 。 2开创全新的协同工作模式。一维 、二维 、三 维的多维工作空间一一 曲线 、剖面、底图和可视化多 学科协同、研究成果实时更新 、完全共享 ，团队协作 大放异彩。 3提升团队绩效。该软件被赋予了高科技 、简 单化 ，以及建模 、成图 自动化等特性 ，使之成为勘探 开发利器 ，大幅提升 了团队绩效。 4快速评价 、准确决策 。 5降低风险，提高回报率。 6看法和建议 目前 ，国内在管理 、分析 、共享和应用钻井工程 信息资源方面的工作明显滞后 ，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与国外的差距 表 1 Dr i l l b e n c h软件功能模块表 序 号 名 称 功 能 全世 界钻 井界广泛接受 的耦合温 度和压力的全动态模拟软件 ，其优越性 在设计 和分析复杂井 1 Pr e s mo d 超深井 、大位移井 、高温高压井等 时尤 为突出 2 K i c k 用 于模拟分析井涌过程 的动态井控设计分析软件 3 D v n a fl o d r i l l 动 态 欠 平 衡 钻 井 模 拟 设 计 软 件 4 C e m c a l c 用 于模 拟和优化注水泥过程 的动态 固井设计分析 软件 钻井 工程水力计算软件 ，应用 于油田钻井作业 ，包括等效循环密度计算 、参数敏感性 分析 、 5 Hv d r a u l i c s 激 动 抽 吸 分 析 和 钻 头 水 力 参 数 优 选 等 6 We l l s i t e k i c k 针对 钻井工程现场使用 而开发的井控设计软件 7 S t e a d y f l o d r i l l 适用 于非充气 、充气和微泡 沫欠平衡钻井 的稳态 软件 设计 8 U B i t T S 用 于欠 平衡钻井人员培 训的模拟软件 拥有 计算 和分析钻 台扭钜和大钩 载荷 、校核钻柱应力强度和预测钻柱 的 自锁点等 多功能软件 ， 9 F r i c t i o n ma s t e r 广泛 应 用 于 钻 井 、完 井 和 井 下 作 业 过 程 中 1 0 C r i t i c a l 应 用 于 连 续 柔 性 管 钻 井 设 计 摩 阻 分 析 软 件 2 0 1 2年第 3期 石 油科技 论坛4 9 呈逐年加大的趋势。 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 。 根据上述信息资料， 对我国钻井软件发展提出以 下看法和建议。 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。 信息集成一体化包括 1 设计与施工一体化 ， 实 现设计指导施工，设计方案又能根据实际施工状况进 行动态调整； 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 。 在三维 可视化 方面 ，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。 钻井智能化包括钻井人工智能技术、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 【 参考文献 】 [ 1 】 华远信， 张桂强， 朱伟鸿， 等． CO MP A S S 、WE L L P L A N 软件在钻井设计和施工中的应用【 I ] ． 西南石油学院学 报， 2 0 0 4 ， 2 6 1 ． 【 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 1 ． 石油工业计算机应用， 2 0 0 8 ， 4 ． 【 3 】 李大伟， 刘海英． 关于石油工业软件工程化的思考U1 ． 勘探 家， 2 0 0 0 ， 5 1 ． 【 4 J 张冬梅， 周英操， 赵庆， 等． A NY DRI L L钻井工程设计与 工艺软件U 】 ． 石油科技论坛， 2 0 1 2 ， 3 1 1 ． 收稿 日期 2 O l 1 - 1 0 3 1 改回日期 2 0 1 2 - 0 2 1 0 o 上接 第 4 1页 4 结语 油 田开发工 程的发展 ，需要改变过 去对 油 田开发 效果单一评价及筛选指标凭经验的状况，而要从系统论 的整体性出发进行综合评价。综合评价体系的基本要素 包含了评价人员、评价对象 、评价原则 、评价 目的、评 价指标、评价模型、评价环境 含上级要求 、政策变化、 设备支持系统等 ，它们有机组合，构成了一个综合评 价系统。确定评价指标是综合评价的基础，本文仅涉及 评价指标要素中的指标筛选 ，而筛选指标又是确定评价 指标体系的前提。筛选的正确与否，关系到评价结果的 可靠程度和可信度。现采用简化了的专家一次打分法、 比重法和聚类分析法的组合，避免了评价指标因量纲、 单位 、数值量级的不同造成的筛选前需进行初选指标一 致化、无因次化处理，降低了计算量，提高了工作效率， 简单便捷 。从组合法的整体与分类两种计算方法筛选的 结果看，应该说是可行的，所筛选指标亦符合油田开发 5 0 石油 科技论 坛 2 0 1 2年第 3期 的基本规律和油田开发工作者的基本观念。 【 参考文献 】 【 1 ] 刘秀婷， 杨军， 杨戬， 等． 用新模型综合评价油田开发效 果的探讨 U ] ． 断块 油气田， 2 0 0 6 ， 3 ． 【 2 ] 孟昭正． 层次分析法及其在油田开发方案综合评价 中 的应 用[ 『 1 ． 石油勘探与 开发， 1 9 8 9 ， 5 ． 【 3 】 刘秀婷， 程仲平， 杨纯东， 等． 油田开发效果综合评价方 法新探U 1 _ 中外能源， 2 0 0 6 ， 5 ． [ 4 1 李斌， 陈能学， 等． 油田开发 系统是开放 的灰色的复杂 巨系统 卟 复杂油气藏， 2 0 0 2 ， 3 ， 4 ． [ 5 】 李斌， 宋占新， 高经国． 论油田开发二重性U 】 ． 石油科技 论坛， 2 0 1 1 ， 2 ． 【 6 ] 李斌， 李银 涛． 管理在企业经济增长 中的贡献率单独 进行计算的可行性分析卟 石油科技论坛， 2 0 0 9 ， 1 ． 收稿日期2 0 1 2 0 3 0 1 o ％ 舔 强 ％ 旗 } 磐 薯矗