钻井工程设计软件开发及案例应用

作     者：陈冰邓 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李玮;于洋

授予年度：2022年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 081202[工学-计算机软件与理论] 

主      题：钻井工程 数据管理 工程计算 软件开发 

摘      要：钻井工程方案决定了钻井施工的质量和速度,在制定方案时,工程师需要根据井史数据库和目标井的情况进行钻井工程设计,需要对数据进行查询、处理、分析和优化,在此过程中一些重复性的工作通常会浪费大量时间,且误差较大,通过调研发现现有软件操作流程复杂,局限于功能的实现,能够支持后期优化的软件较少。针对系列问题,开发了能够实现批量化计算、自动化计算以及支持后期优化的钻井工程设计软件(Drilling engineering design software,简称:DEDS)。具体研究成果如下:(1)井眼轨道和井身结构优化设计,开展了井眼轨道的设计方法研究,分别建立了圆弧型轨道计算模型、以轨迹最短为性能指标和以摩阻最小为性能指标的井眼轨迹优化模型,提出井眼轨道多目标优化的理论方法。对井身结构设计过程中的安全约束条件、必封点、优化方法、套管与井眼尺寸配合进行了详细的研究和总结、并针对不同的井型建立井身结构设计图绘制方法。(2)钻头和水力参数优化设计,钻头选型分别从理论公式和历史数据两方面研究,建立基于岩石可钻性和基于已完钻井统计两种钻头选型的方法,并采用多模型融合技术将两种方法进行融合强化。水力参数优化研究了流体流变模型和流动状态的判别理论,建立以钻头破岩能量和携岩效果为性能指标的水力参数多目标优化模型,优化了水力参数设计流程,提高水力参数计算的准确度。(3)综合考虑软件的应用场景,采用了应用层、服务层、数据层的三层式框架,建立数据维护管理和钻井工程计算两大功能模块,并基于Access构建数据库。以Z11-13井为例分别对软件的每个模块进行了详细的介绍和操作说明,针对N区块用不同的软件在相同的参数条件下进行设计和结果分析,测试结果表明DEDS软件井眼轨道设计与Landmark对比相对误差不超过0.02%,优化后的井眼轨道起钻摩阻降幅达9.27%,下钻摩阻降幅达7.57%,井身结构设计图合理美观,钻头类型优选后平均机械钻速提高38.4%,水力参数优选结果泵功率提升15.42%,冲击力和喷射速度提升13.73%,有效提升了钻井破岩效率。DEDS软件在提供数据管理、专业计算和优化、结果输出功能的同时,将设计过程中的数据结构化保存入库,对于提升油田钻井工程设计的科学性、时效性、自动化水平、标准化程度、数字化建设具有重要意义。