周趙川陳立群李躍謙劉建儀代建偉彭遠(yuǎn)進(jìn)

大修磨套銑工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)

周趙川1陳立群1李躍謙1劉建儀2代建偉2彭遠(yuǎn)進(jìn)2

1中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司增產(chǎn)作業(yè)分公司2西南石油大學(xué)

目前國(guó)內(nèi)修磨套銑作業(yè)存在諸多問題，出現(xiàn)事故的頻率逐年增加，增加了修井的作業(yè)難度。基于經(jīng)典的力學(xué)、水力學(xué)分析方法，建立了磨套銑過程中管柱力學(xué)、水力學(xué)計(jì)算模型，完成對(duì)大修磨套銑作業(yè)施工工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算。以理論模型為基礎(chǔ)，應(yīng)用C#語言開發(fā)了大修磨套銑工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)井的實(shí)例應(yīng)用表明，軟件計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際參數(shù)吻合程度高，提高了磨套銑作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)施工效率。

大修磨套銑；管柱力學(xué)；水力學(xué)；工藝參數(shù)；優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件

大修磨套銑作為油田穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的重要技術(shù)手段顯得越來越重要，但目前國(guó)內(nèi)修磨套銑作業(yè)存在諸多問題，出現(xiàn)事故的頻率逐年增加，增加了修井的作業(yè)難度[1]。因此，基于管柱力學(xué)分析相關(guān)模型[2]和流體力學(xué)理論，開發(fā)出大修磨套銑施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件顯得尤為重要。

1 軟件設(shè)計(jì)

軟件以大修磨套銑過程分析取得的力學(xué)參數(shù)計(jì)算模型[3]為基礎(chǔ)，采用Microsoft Visual Studio2010平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，語言使用C#，底層采用SQLServer 2005作為數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具。

1.1 軟件功能設(shè)計(jì)

（1）文件模塊。文件模塊包括新建工程、保存工程、打開工程和關(guān)閉軟件。

（2）查詢模塊。查詢模塊是對(duì)數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)保存好的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行查詢，軟件提供了設(shè)計(jì)人、設(shè)計(jì)日期、井號(hào)等查詢關(guān)鍵字，便于用戶查詢。

（3）優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊是軟件的主體功能模塊，包括了磨套銑工具組合、磨套銑管柱力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)、磨套銑排量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)、磨套銑水力學(xué)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（4）工具查詢與維護(hù)。工具查詢與維護(hù)模塊主要是對(duì)大修過程中用到的磨銑、套銑工具進(jìn)行管理，方便用戶查看，且為磨套銑優(yōu)化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，改變了現(xiàn)場(chǎng)沒有工具數(shù)據(jù)庫的歷史。

（5）幫助。幫助部分為用戶提供軟件的一些基本操作信息。

1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

磨套銑優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件底層采用SQLServer2005及以上的數(shù)據(jù)庫軟件進(jìn)行開發(fā)，可對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，便于對(duì)單井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理，也避免了對(duì)同一口井進(jìn)行二次設(shè)計(jì)時(shí)單井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入以及設(shè)計(jì)中途數(shù)據(jù)丟失的問題。為了使數(shù)據(jù)在使用過程中的邏輯更加清晰，進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)。

2 應(yīng)用實(shí)例

SZ36—1油田某A井于1994年9月18日下電泵投產(chǎn)，初期日產(chǎn)液120m3左右，不含水。由于Ⅰu、Ⅰd油組竄，2013年6月6日至9日更換管柱作業(yè)失敗，作業(yè)工程中內(nèi)管斷裂，外管管柱提不動(dòng)，停止作業(yè)恢復(fù)注水，待下步大修。

2.1 管柱力學(xué)計(jì)算

筆者通過先后對(duì)江蘇省10所地方高校(分別用x1,x2,…,x10表示)進(jìn)行調(diào)研，獲得調(diào)研數(shù)據(jù)，最后用未確知測(cè)度模型將10所高校的科研核心競(jìng)爭(zhēng)力劃分為三個(gè)等級(jí)?，F(xiàn)以某高校(xi)為例來介紹實(shí)證分析的過程。

該井修井過程中進(jìn)行了2次套銑作業(yè)，此處選擇1451m處的套銑作業(yè)為設(shè)計(jì)依據(jù)來對(duì)管柱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行說明。通過現(xiàn)場(chǎng)施工基本參數(shù)，計(jì)算上提、下放、鉆進(jìn)3種不同工況下管柱的彎矩、旋轉(zhuǎn)扭矩、軸向摩阻力、軸向載荷。

圖1 A23井1451m井深處套銑過程中彎矩

如圖1所示，彎矩隨井身結(jié)構(gòu)變化明顯，隨井深和井斜角的增大而增大，最大彎矩出現(xiàn)在1451m處，上提、下放和鉆進(jìn)過程中彎矩均相同，為8000N·m左右。

如圖2所示，最大旋轉(zhuǎn)扭矩出現(xiàn)在井口，為13368.6N·m，最小旋轉(zhuǎn)扭矩出現(xiàn)在井底，不同工況情況下旋轉(zhuǎn)扭矩差異不大。

圖2 A23井1451m井深處套銑過程中旋轉(zhuǎn)扭矩

如圖3所示，最大軸向摩阻力在井口，為80kN，最小軸向摩阻力出現(xiàn)在井底，不同工況下摩阻力差異不大，鉆進(jìn)過程中的軸向摩阻力最小。

圖3 A23井1451m井深處套銑過程中軸向摩阻力

如圖4所示，最大軸向載荷出現(xiàn)在上提和下放的過程中，井口軸向載荷最大，鉆進(jìn)過程達(dá)到226.6kN。鉆進(jìn)過程中軸向載荷小于上提和下放作業(yè)過程；同時(shí)在鉆進(jìn)過程中中和點(diǎn)出現(xiàn)在900m左右，套銑筒的軸向載荷為25kN。

圖4 A23井1451m井深處套銑過程中軸向載荷

2.2 水力學(xué)參數(shù)計(jì)算

在完成排量初步估算的基礎(chǔ)上，選用套銑排量?jī)?yōu)化模塊優(yōu)化排量。輸入?yún)?shù)基本設(shè)置：流體狀態(tài)為紊流，地面管線長(zhǎng)度為30m，套銑管外徑長(zhǎng)度37.48mm，套銑管長(zhǎng)度7.9m，泵壓16MPa，初始排量60m3/h。計(jì)算得到套銑過程中優(yōu)化后的排量為67.5m3/h，大于井段的臨界環(huán)空排量，在此排量下可以增加銑屑反排速度，縮短大修周期，提高效率。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際參數(shù)與理論計(jì)算參數(shù)比較

如表1所示，A23井第二次套銑已成功實(shí)施，經(jīng)與現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)作業(yè)參數(shù)對(duì)比可知，軟件設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)合理，與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)參數(shù)吻合程度達(dá)95.4%以上。

表1 現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比

3 結(jié)論

（1）基于經(jīng)典的力學(xué)、水力學(xué)分析方法，建立了磨套銑過程中管柱力學(xué)、水力學(xué)計(jì)算模型，完成對(duì)大修磨套銑作業(yè)施工工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算。

（2）以理論模型為基礎(chǔ)，應(yīng)用C#語言開發(fā)了大修磨套銑工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)井的實(shí)例應(yīng)用表明，軟件計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際參數(shù)吻合程度高，提高了磨套銑作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)施工效率。

（3）基于先進(jìn)的分布式開發(fā)工具和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，軟件實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)井?dāng)?shù)據(jù)與設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)、查詢和分布式應(yīng)用。

[1]趙文彬，李子豐，王國(guó)斌，等．大修井管柱力學(xué)分析軟件的研制與應(yīng)用[J]．石油鉆采工藝，2010，32（3）：23-26.

[2]李子豐，李敬元，馬興瑞，等．油氣井桿管柱動(dòng)力學(xué)基本方程及應(yīng)用[J]．石油學(xué)報(bào)，1999，20（3）：87-90.

[3]王瑞娥，汪海閣．QK17—2大位移井的井眼凈化研究[J]．石油鉆采工藝，2004，26（4）：4-6.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.030