[来源：石 油 钻 采 工 艺]李 玮1、赵菁菁 1、高 磊 1、孙维国 2、刘景宇 3 （1. 东北石油大学， 黑龙江大庆 163318；2. 新疆油田公司工程技术研究院， 新疆克拉玛依 834000；3. 新疆油田勘察设计研究院， 新疆克拉玛依 834000） 摘要： 钻井风险的准确诊断与及时决策直接影响到钻井工程作业的成本， 甚至关系到钻井作业的成败。基于 Android 平台构建钻井风险实时诊断与评估系统， 对钻进过程中出现的井上问题进行了实时诊断和风险预估。该系统利用 Android Java Web SQL Server 框架设计， 以移动办公设备为媒介， 最终实现系统的构建， 以新疆油田某区块 T1 井为例， 分析了该井套管在非均匀构造应力作用下的套损问题。测试结果表明， 该系统判断准确性高， PC 机便携性好， 具有操作简单、 高效准确等特点。钻井风险诊断及风险评估系统以智能手机及平板电脑为载体， 保留了 PC 机版的准确性， 同时可以随时随地办公、 节约了时间、 提升了效率。 正文： 随着油气勘探开发的发展， 地质条件与钻井条件越来越复杂， 钻井事故常有发生， 如果能够在钻井操作前对风险进行初步预估， 可有效降低出错率、 并节约大量人力物力 ［1］ 。早期工程技术人员对钻井风险的预估及问题判断、 解决主要依靠经验， 但是人为判断的准确性较低， 且受精神状态、 现场环境、 作业时间点等多方面的因素影响。 目前， 计算机应用已经普及。国内外工程技术人员多通过计算机对钻井风险进行评估， 评估的准确性和速度都得到了大幅度提高。在国内， 西南石油大学陈锐等 ［2］ 研究开发的钻井风险实时监测与诊断系统在辽河兴隆台油田进行了应用；中国石油集团钻井工程技术研究院 ［3］ 自主研发的 ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件其中也包括对于钻井问题的监测、 诊断和评估等功能。国外具有代表性的是斯伦贝谢和 BP 公司联合开发的无意外风险钻井（NDS） 技术系统 ［4-5］ ， 该系统在克拉玛依和迪那地区已成功应用， 大幅度地减少了钻井成本。以上应用软件都依赖于 PC 机， 但 PC 机不仅便携性差， 且主要放置在科研院所中， 远离事故现场。在钻井过程中如遇到突发井下事故， 不在现场的工程技术人员很难准确了解现场实际情况。基于此问题， 笔者在Android 平台上， 开发了一款钻井风险实时诊断与评估系统， 构建了一个稳定安全的手机应用 APP， 来应对现场各种钻井问题。 1 系统的功能及流程 1.1 实时诊断功能 据近年钻井数据资料统计， 在施工过程中， 处理井下复杂情况和钻井事故的时间可占钻井总时间的6%~8% ［6］ 。可见， 正确预测和监测井下实时状况并对相关问题进行初步诊断可以缩短施工时间、 提高钻井效率、 减少人力财力的投入。 钻井工程是一项复杂的系统工程， 其过程中会产生大量复杂的数据。这些数据表现出不规则性、不稳定性、 非线性、 不透明性等。这些数据却包含着地层性质、 岩石性质、 钻头类型、 钻井液性能、 钻具失效及钻速快慢和成本等方面信息。及时对这些数据进行分析和处理就可以对钻井问题进行实时诊断。根据用户更新的真实数据， 系统应用统计学习、范例分析算法进行计算分析， 可较为准确地描述井下状况， 避免人为的主观臆断影响事故处理进度。 1.2 实时评估功能 对钻井各种问题进行指标化， 以钻井风险为主，兼顾费用风险和地质风险。该系统建立了钻井风险神经网络识别法和模糊综合评价法， 2 种方法相互弥补各自不足， 使得钻井风险评估结果更具参考性和准确性 ［3］ 。该模块的钻井风险评估层次结构根据T. L. Saaty 提出的层次分析法（APH） 建立 ［7-8］ ， 如图1 所示。 1.3 系统数据流程图 数据流程图（Data Flow Diagram） ， 简称 DFD，是软件工程中需求分析阶段描述软件系统逻辑模型的常用工具， 可形象描述信息在系统中流动和加工处理的情况， 系统的数据流图如图 2 所示。 本系统主要完成钻井问题的实时诊断以及风险评估功能， 用户可通过在手机上输入相关参数对钻井问题进行初步判断， 也可从数据库中提取数据来查看评估结果。 2 系统相关开发工具 2.1 Android 平台简介 Android 平台是基于 Linux 内核的开源操作系统， 主要应用于智能手机和平板电脑等移动设备。该平台早期由 Google 公司开发， 后由开放手机联盟开发。Android 平台采用 Java 编程语言开发， 其体系结构分为四层：Linux 内核层、 中间层、 应用程序框架层和应用程序层 ［9］ 。Android 平台以其开放性、多样性以及丰富的资源迅速成长， 成为全球市场占有率最大的手机操作系统。 2.2 Java Web 结论与建议 Java Web 是利用 Java 解决相近 Web 互联网领域的技术综合， 其中 Web 包括 Web 服务器和Web 客户端两部分。Java 在客户端的应用有 JavaApplet， 不过应用范围有限；Java 在服务器端应用非常广泛， 如 JSP、 Servlet 等， 常用框架有 MVC、 SSH和 SSI 等 ［10］ 。 2.3 SQL Server 数据库 SQL Server 是一个关系型数据库管理系统， 最初由 Microsoft、 Sybase 和 Ashton-Tate 三家公司共同开发。本系统所采用的 Microsoft SQL Server 2005是一个全面的数据库平台， 使用集成的商业智能（BI） 工具提供了企业级的数据管理。Microsoft SQLServer 2005 数据库引擎为关系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能， 开发简便， 使用户可以构建和管理用于业务的实用性强并且高性能的数据应用程序 ［11-12］ 。 3 系统结构设计与实现 3.1 系统体系结构设计 钻井风险实时诊断与评估系统设计即采用 C/S结构模式。C/S 客户机服务器结构具有较高安全性、独立性等特点， 主要由智能手机、 平板电脑等便携式终端使用。系统框架如图 3 所示。 客户端方面：利用 Android 4.2.2 平台进行开发， 以 HTTP 作为通信协议 ［13］ ， 实现对数据库的数据访问操作同时利用 Eclipse ADT 作为开发工具，利用 JDK1.7 作为编译工具。 服务器端方面：利用 Java Web SQL Server 结构设计， 实现手机客户端与服务器端交互。利用Tomcat 7.0 作为服务器， SQL Server 作为数据库， 同时采用 MyEclipse 8.5 作为开发工具， 采用 JDK 1.7作为编译工具。系统通过 Servlet 接收客户端请求，访问数据库后获得数据， 数据以 JSON 格式返回客户端， 客户端解析数据后显示。 3.2 系统功能实现 钻井系统实时诊断及评估系统主要分为两个功能模块：手机客户端管理模块和后台管理模块。手机客户端主要功能是显示用户输入计算所得结果或数据库查询结果， 服务器端主要功能是根据用户输入进行计算或根据数据库表中数据进行计算。其中对于钻井风险的计算， 根据不同因素的权值建立矩阵进行估算 ［14］ 。 3.3 连接数据库 数据库的设计和实现是系统开发的重要环节，合理的数据库设计可以缩短软件开发周期、 提高系统运行效率。本系统采用 SQL Server 2005 作为数据库， 为了方便操作数据库， 本系统将数据库连接方法保存在数据库操作文件 DBManger.java 中， 提高了代码的封装性利于日后的扩充与修改。文件中具体的数据库连接代码可参考相关文献 ［15-20］ 。
4 应用实例 新疆油田某区块， 由于地层构造应力较强， 且水平地应力非均匀性明显， 易造成套管损坏。为分析该区块所下套管是否安全， 采用诊断及评估系统中的套损分析模块对该井数据进行计算和分析， 如图 4和图 5。计算结果表明， 该井 N80 钢级 7.72 mm 壁厚的套管在应力作用下将发生严重损伤。 5 结论 基于 Android 平台的钻井风险实时诊断及评估系统以自主研究、 原始创新为主， 形成了具有自主知识产权的风险评估软件。该系统具有操作简便、 便携性好、 实用性强、 准确性高等特点。用户可选择自主输入或从数据库中选择数据来进行计算， 进而对当前钻井问题进行初步诊断以及对钻井风险进行评估， 且可以将计算结果保存进入数据库。该系统强适应、 人性化的特点能有效提高作业质量和决策水平， 降低钻井风险和费用。 〔编辑 薛改珍〕 |
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