鉆井液工程軟件發(fā)展現(xiàn)狀

盧小川　王偉　徐博韜　鄧義成

【摘 要】鉆井液工程軟件已經(jīng)成為了現(xiàn)代鉆井液技術(shù)的重要組成部分，而我國(guó)鉆井液工程軟件與國(guó)外相比存在明顯差距。介紹了國(guó)外主流鉆井工程軟件中的鉆井液模塊、Drillbench模擬軟件、MI SWACO公司的系列鉆井液軟件和專項(xiàng)技術(shù)軟件，以及國(guó)內(nèi)鉆井液工程軟件的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了我國(guó)發(fā)展鉆井液工程軟件的建議。

【關(guān)鍵詞】鉆井液；鉆井工程；工程軟件發(fā)展現(xiàn)狀

鉆井技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)鉆井階段、鉆井發(fā)展階段和科學(xué)鉆井階段，已初步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化鉆井并日趨成熟[1]。鉆井工程軟件是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能化鉆井的重要手段之一，鉆井作業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從工程設(shè)計(jì)、施工到經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，都越來(lái)越多的依賴于專用工程軟件[2]。作為鉆井工程的“血液”，鉆井液技術(shù)及相關(guān)的工程軟件也在近30年得到了巨大的進(jìn)步，從早期的計(jì)算程序逐步發(fā)展為系統(tǒng)化的專業(yè)軟件。Halliburton、Schlumberger等國(guó)際鉆井服務(wù)公司都組建了自己的軟件團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)了專用的鉆井液工程軟件并廣泛應(yīng)用于鉆井實(shí)踐。從筆者近年參與的國(guó)際鉆井液招投標(biāo)工作情況來(lái)看，鉆井液工程軟件已成為鉆井液技術(shù)服務(wù)的重要內(nèi)容和參與全球化競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)門(mén)檻。因此，了解國(guó)內(nèi)外鉆井液工程軟件發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)科學(xué)規(guī)劃我國(guó)鉆井液工程軟件發(fā)展，掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工程軟件具有重要意義。

1 國(guó)外鉆井液工程軟件

國(guó)外已有30多年鉆井工程軟件開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，目前商品化的工程軟件大多由Halliburton、Schlumberger等大的技術(shù)服務(wù)公司和Paradigm、SPT Group等一些中小型服務(wù)公司開(kāi)發(fā)。

1.1 常用工程軟件的鉆井液模塊

由于鉆井液與鉆井工程密不可分的血肉關(guān)系，在開(kāi)發(fā)鉆井工程軟件時(shí)，大多將鉆井液作為一個(gè)專業(yè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)工程模擬和計(jì)算。例如，Halliburton 公司Landmark 鉆井工程軟件的WellPlan（鉆完井工程施工參數(shù)設(shè)計(jì)分析模塊）能夠進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算、激動(dòng)和抽汲壓力計(jì)算、井控計(jì)算；Schlumberger公司開(kāi)發(fā)的Drilling Office 鉆井工程設(shè)計(jì)軟件的Hydraulics模塊也可以進(jìn)行ECD計(jì)算、井眼清潔分析等水力學(xué)計(jì)算[3]。Paradigm公司的鉆井工程設(shè)計(jì)軟件Sysdrill則包含了水力學(xué)模塊和溫度模塊，可模擬高溫高壓條件下的鉆井液流變性和井下ECD、ESD。

1.2 Drillbench軟件

SPT Group與挪威國(guó)家石油研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的Drillbench軟件經(jīng)歷了20多年的開(kāi)發(fā)和升級(jí)，研發(fā)總投入超過(guò)20億美元，是目前功能最強(qiáng)大的水力學(xué)模擬軟件之一。該軟件的主要模塊包括：Presmod（動(dòng)態(tài)水力學(xué)與溫度模塊）、Hydraulics（靜態(tài)水力學(xué)模塊）、Frictionmaster（摩阻及力學(xué)分析模塊）、Kick（動(dòng)態(tài)井控模塊）、Dynaflodrill（動(dòng)態(tài)欠平衡鉆井模塊）、Steadyflodrill（靜態(tài)欠平衡計(jì)算模塊）、Ubitts（欠平衡鉆井培訓(xùn)模擬模塊）等。

1.3 MI SWACO的鉆井液工程軟件

MI SWACO作為國(guó)際領(lǐng)先的鉆井液服務(wù)公司，其鉆井液工程軟件具有專業(yè)系統(tǒng)性強(qiáng)、模擬計(jì)算精度高、商業(yè)成熟度高的特點(diǎn)，代表了目前國(guó)際上鉆井液工程軟件的最高水平。MI SWACO的鉆井液工程軟件與功能見(jiàn)表1。從表1可以看出，MI的軟件能夠滿足工程設(shè)計(jì)、井場(chǎng)規(guī)劃、數(shù)據(jù)管理、報(bào)表生成、成本分析、信息共享等現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的各項(xiàng)需求，涵蓋了基本工程計(jì)算、水力學(xué)模擬、鉆（完）井液體系優(yōu)選、儲(chǔ)層保護(hù)、防漏堵漏、固相控制、廢棄物處理等主要的鉆井液工程技術(shù)問(wèn)題。

值得注意的是，由于Schlumberger先后收購(gòu)了MI SWACO和SPT Group，一旦將Drillbench軟件和MI的鉆井液軟件成功整合，新的軟件將進(jìn)一步鞏固Schlumberger在鉆井液工程軟件領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，而其他購(gòu)買(mǎi)了Drillbench軟件使用權(quán)的公司將面臨不能繼續(xù)升級(jí)甚至停止使用的風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 專項(xiàng)技術(shù)軟件

針對(duì)鉆井液面臨的一些特殊問(wèn)題和某些專項(xiàng)技術(shù)，國(guó)外在長(zhǎng)期技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了相關(guān)的專項(xiàng)技術(shù)軟件。比如HydraFlash水合物軟件和OPTI-STRESS井眼加固軟件。

表1 MI SWACO公司鉆井液工程軟件表

1.4.1 HydraFlash水合物軟件

針對(duì)深水鉆井面臨的氣體水合物問(wèn)題，Hydrafact公司開(kāi)發(fā)了HydraFlash軟件。HydraFlash是一款預(yù)測(cè)和控制水合物生成的專用軟件，可以預(yù)測(cè)井眼流體中水合物產(chǎn)生的條件，根據(jù)井眼的溫度和壓力條件優(yōu)化預(yù)測(cè)水合物的形成和抑制劑的加量，預(yù)測(cè)在多組分的烴類(lèi)體系中水合物的初始產(chǎn)生條件，同時(shí)還可以對(duì)比加入水合物生成抑制劑前后水合物生成條件的變化情況。軟件能夠預(yù)測(cè)出含水量變化對(duì)水合物生成條件的影響，還能夠確定出某一給定體系在水合物生成條件下的多相平衡。

1.4.2 OPTI-STRESS井眼加固軟件

為了解決裂縫導(dǎo)致的井漏和井壁失穩(wěn)問(wèn)題，國(guó)外從20世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)行井壁加固研究[4]。經(jīng)過(guò)幾十年的研究和應(yīng)用，已經(jīng)形成了包括基礎(chǔ)理論、處理劑、施工工藝、專用設(shè)備、工程軟件在內(nèi)的技術(shù)體系。OPTI-STRESS軟件是MI SWACO公司的IBOSS井壁加固技術(shù)的專用配套軟件。OPTI-STRESS軟件可根據(jù)鉆井工程設(shè)計(jì)、巖石彈性性能和地應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算誘導(dǎo)裂縫寬度，運(yùn)用蒙特卡羅模擬計(jì)算裂縫寬度分布，并給出支持和封堵裂縫的封堵材料配方和粒徑分布。

2 國(guó)內(nèi)鉆井液工程軟件

與國(guó)外工程軟件的發(fā)展相比，國(guó)內(nèi)的鉆井液工程軟件起步較晚、發(fā)展較慢、水平較低。三大石油公司的系統(tǒng)化鉆井工程軟件開(kāi)發(fā)工作還處于起步階段。中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院在“十一五”期間開(kāi)發(fā)的ANYDRILL1.0是我國(guó)目前功能較為全面的鉆井工程設(shè)計(jì)與工藝軟件平臺(tái)，其鉆井液設(shè)計(jì)及分析系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)油井鉆井液設(shè)計(jì)、鄰井?dāng)?shù)據(jù)查詢和鉆井液常用計(jì)算等功能[5]。近些年來(lái)，中海油服油田化學(xué)研究院也開(kāi)發(fā)了鉆井液專家系統(tǒng)（中、英、西三種語(yǔ)言）以及鉆井液暫堵顆粒粒徑優(yōu)化軟件[6]等鉆井液專項(xiàng)技術(shù)軟件，在中國(guó)海油系統(tǒng)內(nèi)得到了應(yīng)用。

除了大的石油（服務(wù)）公司，一些石油院校也是工程軟件開(kāi)發(fā)的主體。如北京超思唯科石油軟件開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司的鉆井工程設(shè)計(jì)一體化系統(tǒng)、北京怡恒陽(yáng)光公司的Navigator Drilling Studio軟件，可用于常規(guī)的鉆井液設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)單的水力學(xué)計(jì)算，但使用范圍和功能與國(guó)外同類(lèi)軟件相比存在差距[3]。國(guó)內(nèi)一些油田也通過(guò)科研項(xiàng)目的形式與石油院校合作開(kāi)發(fā)了一些鉆井液工程軟件，這些軟件對(duì)我國(guó)鉆井液工程軟件技術(shù)的發(fā)展，特別是相關(guān)人才的培養(yǎng)起到了積極作用，但由于受到開(kāi)發(fā)目的、資金投入、項(xiàng)目周期、技術(shù)水平等因素的限制，這些軟件大都難以發(fā)展成為具有生命力的商業(yè)化軟件。

3 結(jié)論與建議

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，國(guó)外的鉆井液工程軟件已進(jìn)入成熟發(fā)展階段，成為現(xiàn)代鉆井液技術(shù)的重要組成部分，是鉆井液技術(shù)工程化、信息化、智能化的集中體現(xiàn)。我國(guó)的鉆井液工程軟件發(fā)展與國(guó)外存在較大差距，已經(jīng)成為我國(guó)鉆井液服務(wù)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的制約因素，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高水平鉆井液工程軟件勢(shì)在必行。

鉆井液工程軟件開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，要科學(xué)認(rèn)識(shí)工程軟件開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性，做好架構(gòu)設(shè)計(jì)，便于將不同的功能模塊整合到統(tǒng)一的平臺(tái)上來(lái)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工程軟件體系的先進(jìn)性。由于工程軟件的開(kāi)發(fā)是一個(gè)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、升級(jí)、維護(hù)的循環(huán)過(guò)程，具有長(zhǎng)期性，應(yīng)由具有一定規(guī)模、相對(duì)穩(wěn)定的軟件開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)作為支撐。軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)是對(duì)工程原理的深刻理解和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的深入總結(jié)，軟件開(kāi)發(fā)人員除了具備編寫(xiě)程序的能力，還應(yīng)全面掌握鉆井液基礎(chǔ)知識(shí)，并具有一定的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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