钻井工程设计集成系统研发及应用

钻井工程设计集成系统是一套面向钻井工程设计部门,辅助钻井工程师完成直井、定向井、水平井等多种井型工程设计的钻井系统软件。系统基于钻井工程软件平台架构和统一的数据库,遵循中国石油勘探与生产分公司的钻井设计文本,结合中国石油各个油田的最新钻井设计格式要求,优化钻井设计流程、细化软件设计界面,提高了钻井设计数据的使用效率。具有井眼轨迹设计及防碰扫描、井身结构编辑与绘图、套管柱设计及下套管分析、钻头及钻井参数设计、钻柱设计及阻力扭矩分析、钻井液与完井液设计计算等功能,可根据用户需要自动生成订制格式的钻井工程设计文本。现场应用表明,软件的功能模块和计算准确性与国外同类钻井软件相当,可满足钻井工程设计与分析要求。该钻井工程设计集成系统提高了我国钻井工程设计和工艺软件的自主创新能力和原创性技术研发能力,增强了中国石油钻井工程核心竞争力,为我国钻井技术的信息化、自动化和智能化的发展做出了贡献。     

ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件

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ANYDRILL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ANYDRILL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。     

钻井工程设计与工艺软件ANYDRILL1.0的研发与应用

对钻井工程设计与工艺软件包含的欠平衡/气体钻井设计与分析系统、控压钻井设计分析系统、地层压力预测分析与监测系统、岩石力学分析系统等多个功能系统做了详细的介绍。钻井工程设计与工艺软件完成多井次的现场测试,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,为钻井工程提供技术支撑和技术指导。     

一体化钻井工程设计平台研发与实践

钻井工程设计是钻井作业安全顺利实施的基础,是甲方施工指令的集中体现,更是钻井提速提效的
科学依据,持续提高设计质量是各油田的一项长期重要工作。国内各油田的钻井工程设计格式和流程大体相同,
但综合性钻井工程设计软件较少、邻井实钻资料分析功能欠缺、关键模块的计算方法陈旧等问题依然比较突出,不
能完全满足塔里木、四川等地区超深复杂井安全快速钻井需求。为此,塔里木油田根据自身技术需求,在原来《钻
井工程设计系统》Ｖ１．０版本的基础上,开发了新的钻井工程设计平台。该平台集钻井数据库、知识库、先进计算模
块、图形处理系统、文档集成与管理系统于一体,基本满足了油田超深复杂井钻井工程设计技术需要,有力提高了
设计质量和效率。     

页岩气一体化开发钻井投资优化分析方法研究

中国页岩气大规模开发处于起步阶段,钻井计价方法不够科学是一个比较突出的钻井投资优化管理问题。研究提出一套"计价方法一体化+标准井管理"的钻井投资优化分析方法。计价方法一体化就是建立满足油气勘探开发项目建设全过程管理需要的钻井工程计价方法体系,前提是需要建立统一规范的钻井工程工程量清单计算规则、钻井工程造价项目构成、钻井工程全过程计价标准体系。标准井管理是建立若干个标准井工程,用于科学投资决策和钻井生产组织,主要表现为6种作用。上述方法用于中国石油2021—2030年页岩气发展专项规划的开发井投资测算和降本增效优化分析,介绍了钻井生产力水平分析和预算定额、概算定额、概算指标、估算指标、参考指标的编制以及钻井投资测算方法和结果。     

钻井工程软件一体化数据库研发

本文介绍了钻井工程软件中一体化钻井工程数据库的体系结构、主要特点、设计方法和应用情况;一体化钻井工程数据库支持多套单项钻井专业分析软件一体化集成应用,可以使钻井工程各单项钻井专业分析软件数据得以充分共享,减少数据冗余和重复输入,提高钻井设计人员的设计效率。     

钻井工程软件的现状及发展趋势

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。     

钻井工程数据库的研究和设计

随着钻井技术和信息技术的飞速发展,科学合理地利用钻井信息对钻井工程管理和决策起着越来越重要的作用。建立一个全面、合理、详细、标准的钻井工程数据库是高效应用钻井信息的关键。在对钻井工程数据库的需求进行详细分析的基础上,通过概念设计、逻辑设计和物理设计3个阶段分析并设计了钻井工程数据库。设计的钻井工程数据库是钻井工程设计和工艺软件的数据存储和管理的基础,支持该软件所有的计算分析模块,达到了各计算模块之间数据共享和减少重复录入的目的;设计的钻井工程数据库符合钻井业务流程、内容全面详实、性能高效、表结构优化、具有良好的可扩展性。统一的钻井工程数据库的建立使海量钻井数据的有效存储成为可能,为进一步的钻井数据挖掘和分析奠定基础。     

地震与测井资料在塔河工区钻井中应用

塔里木盆地钻井施工中，由于井深、井距大、参考资料少、钻井设计的盲目性大、造成钻井施工周期较长。本文以地震层速度及测井资料为基础，建立了一套快速认识钻井地质环境因素的方法，并在塔河工区进行了应用。该方法能快速优选钻头类型，使地层孔隙压力的计算与实测误差小于10％。因此，本方法应用能满足探井和开发井钻井工程需要。     

钻井工程决策支持系统关键技术

国内自主研发的钻井软件有的仅能进行辅助设计,不足以支撑专家团队的讨论决策;有的只专注于数据传输或部分风险的预警,功能覆盖面窄,没有形成全面的决策信息支持体系.针对钻井设计论证和钻井施工两个阶段的专家决策需求,开展了系统功能设计及关键技术研究,基于SOA软件架构和插件式开发方法,研制开发了易于扩展的钻井工程全过程决策支持系统DrillAdviser,实现了工程地质信息与钻井工程信息的深度融合,功能覆盖了钻井工程设计论证、施工过程优化、钻后分析等关键技术环节,可为专家决策提供多源异构信息实时融合、二维及三维图形显示、计算模拟、协同讨论等决策支持手段,初步解决了钻井决策支持软件功能单一、多领域信息融合不足等问题.在国内外多个区块的实际应用表明,DrillAdviser设计合理,能解决实际问题,且效果良好.      

欠平衡/气体钻井设计与分析软件

国内开发的一些欠平衡钻井软件不能同时满足欠平衡钻井众多工况的综合设计和实时监测的需求,为此开发了欠平衡/气体钻井设计及分析软件。软件包括气体欠平衡、雾化欠平衡、泡沫欠平衡、充气欠平衡、液相欠平衡以及钻井知识库系统、模型对比、钻井方式选择、钻井方式转换、完井方式选择、设备选择、钻井液帽钻井、全过程钻井和动态模拟等功能模块,可以对多种欠平衡钻井方式进行钻前设计、随钻实时监控和完钻事后分析等全过程欠平衡钻井设计与监测,从钻前设计、钻中监控、钻后分析3个方面满足欠平衡钻井设计与施工的需要。现场应用结果表明,欠平衡/气体钻井设计及分析软件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,可对环空、钻柱的水力参数进行分段计算,与其他欠平衡钻井软件相比,更适合工程实际应用。     

从浅海走向深海的挑战与钻井设计技术对策

回顾了中国海洋石油钻井从浅海走向深海的历程及中国南海近几年已钻深水井概况,较系统地总结和讨论了深水钻井工程核心技术问题,阐述了海洋深水钻井从设备到工艺与浅水及陆地钻井的主要差别,并讨论了深水钻井设计考虑的主要因素和钻井设计方法概要等,为深水钻井工程设计提供参考。     

摩阻与扭矩分析在水平井钻井设计中的运用

摩阻与扭矩对水平井钻井施工的影响非常大,决定了起下钻及钻进施工能否正常进行,因此,在钻井设计中提前进行摩阻与扭矩分析,对成功完成钻井作业具有积极作用。文章就摩阻与扭矩对钻具屈曲、当量米塞斯应力、侧向载荷和扭矩等进行了校核,即在滑动钻进时不发生屈曲:当量米塞斯应力校核的安全系数需要在1.67以上、低于屈服极限的60%;侧向载荷必须低于1 000 N/m;扭矩必须低于IADC推荐钻杆最大扭矩的90%。文章通过实例阐述了摩阻扭矩分析在造斜段螺杆钻具组合滑动钻进、复合钻进及水平段旋转导向钻进时的钻具屈曲校核、当量米塞斯应力校核、侧向载荷校核和扭矩校核的具体作法和步骤,以及滑动钻进的极限井深。通过实例井实钻效果分析,认为摩阻扭矩分析是钻井设计阶段水平井钻具组合可行性论证的不可或缺的重要步骤,是安全、优质、高效钻井的基本保证,可以为国内钻井设计部门和定向井技术服务公司在水平井设计中提供参考和借鉴。     

海洋深水钻井关键技术及设备

随着世界海洋油气资源勘探开发水深的不断增加,海况环境变得更加复杂,钻井难度越来越大,对钻井工程提出了更高的要求。针对深水钻井面临的难点,对喷射下导管技术、动态压井技术、双梯度钻井技术以及微流量控制钻井技术等深水钻井技术进行了阐述,分析了各自特点和适用性,为国内海洋钻井设计和施工进一步走向深水提供指导。     

钻井数字孪生系统设计与研发实践

数字孪生技术作为智能钻井的理想范式，已呈现出巨大潜力，但由于钻井工程具有复杂工业系统的特性，数字孪生技术研发难度大，目前尚处于起步阶段。为此，在分析石油行业数字孪生技术发展现状的基础上，厘清了钻井数字孪生涉及的6项支撑技术，结合钻井工程业务需求，设计了钻井数字孪生系统的整体架构并详述了其功能及模型设计。通过井场数据标准采集、机理计算模型耦合及三维动态融合显示3项研发试验，从技术角度验证了钻井数字孪生技术落地应用的可行性。研究认为，构建钻井数字孪生系统，应以钻井工程数据为数据基础，基于业务需求进一步构建“机理+数据”的双计算核心，研发孪生体模型和业务应用模块，并将其作为载体，最终实现钻井数字孪生系统的应用。研究结果对推进数字孪生技术在钻井工程中的应用具有重要意义。     

钻井实时监控与技术决策系统研发进展

钻井实时监控与技术决策系统是及时分析钻井施工状况、预防和减少井下事故与复杂发生、保障钻井安全的工具,具有邻井数据管理、钻井实时数据显示、钻井风险因素分析和钻井风险推理等功能。文章提出了钻井实时监控与技术决策系统的总体功能和物理架构,介绍了构成该系统的远程数据无线传输子系统、数据管理子系统、钻井风险因素分析子系统和钻井复杂事故诊断与处理子系统4个主要子系统,探讨了井下风险预测技术、风险识别技术和风险评价技术等关键技术。中国石油集团钻井工程技术研究院开发了井漏风险和地层流体侵入风险综合评价预测软件并在井上进行了应用,结果表明,该系统在预测井下事故与复杂情况方面是有效的,为进一步完善开发钻井实时监控与技术决策系统奠定了基础。     

钻井实时监控与技术决策系统研发进展

钻井实时监控与技术决策系统是及时分析钻井施工状况、预防和减少井下事故与复杂发生、保障钻井安全的工具．具有邻井数据管理、钻井实时数据显示、钻井风险因素分析和钻井风险推理等功能。文章提出了钻井实时监控与技术决策系统的总体功能和物理架构,介绍了构成该系统的远程数据无线传输子系统、数据管理子系统、钻井风险因素分析子系统和钻井复杂事故诊断与处理子系统4个主要子系统,探计了井下风险预测技术、风险识别技术和风险评价技术等关键技术、中国石油集团钻井工程技术研究院开发了井漏风险和地层流体侵入风险综合评价预测软件并在井上进行了应用,结果表明,该系统在预测井下事故与复杂情况方面是有效的,为进一步完善开发钻井实时监控与技术决策系统奠定了基础。     

优化钻井设计、控制钻井投资

钻井工程造价包括材料费、人工费、机械使用费及以上三项为基础计提的各项费用，材料费包括钻头费、管材费、泥浆费等，人工费和机械使用费都与作业时间有关。钻井工程设计是钻井施工的蓝图，如何利用优化设计减少材料消耗、缩短作业时间是控制钻井工程造价的关键。近几年，钻井设计部门和工程部门在优化设计方面做了大量工作，取得了很好的效果，为控制钻井投资做出了贡献。     

川西地区小眼井钻井技术实践

介绍了川西地区浅层天然气小眼井钻井设计与施工情况。分析了矿业钻机与水井钻机用于浅层天然气小眼钻井的可行性及局限性。探讨了小眼井井身结构、钻具组合、钻头选型、钻井参数等问题。通过与常规井眼对比，评价了小眼井钻井技术经济效益。     

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随着油气勘探开发难度的提高,钻井的复杂程度也相应地增加。为了获得良好的钻井效益,应加强钻井、地质和地球物理学科的交流,尽可能多地使用钻井、地质、地球物理测井的相关资料。文章描述了三维可视化技术在钻井工程中的应用,即可以将已钻井数据、待钻井设计数据及其与之相关的力学、地质和地球物理数据紧密地结合,在三维可视化环境中形象直观地展示数据之间的相互关系,在钻前设计、钻进监测、钻井事故预测与处理及钻后分析中,有效提高钻井人员分析复杂数据和提取有效信息的能力,加速他们与相关学科的交流和协作,从而提高钻井效益。