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，而我國鉆井液工程軟件與國外相比存在明顯差距。介紹了國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，以及國內(nèi)鉆井液工程軟件的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了我國發(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)了自動化鉆井并日趨成熟[1]。鉆井工程軟件是實(shí)現(xiàn)自動化智能化鉆井的重要手段之一，鉆井作業(yè)的各個環(huán)節(jié)，從工程設(shè)計、施工到經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，都越來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，從早期的計算程序逐步發(fā)展為系統(tǒng)化的專業(yè)軟件。Halliburton、Schlumberger等國際鉆井服務(wù)公司都組建了自己的軟件團(tuán)隊，開發(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際鉆井液招投標(biāo)工作情況來看，鉆井液工程軟件已成為鉆井液技術(shù)服務(wù)的重要內(nèi)容和參與全球化競爭的技術(shù)門檻。因此，了解國內(nèi)外鉆井液工程軟件發(fā)展現(xiàn)狀，對科學(xué)規(guī)劃我國鉆井液工程軟件發(fā)展，掌握自主知識產(chǎn)權(quán)的工程軟件具有重要意義。

1 國外鉆井液工程軟件

國外已有30多年鉆井工程軟件開發(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，在開發(fā)鉆井工程軟件時，大多將鉆井液作為一個專業(yè)模塊來實(shí)現(xiàn)相關(guān)工程模擬和計算。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)計分析模塊）能夠進(jìn)行水力學(xué)計算、激動和抽汲壓力計算、井控計算；Schlumberger公司開發(fā)的Drilling Office 鉆井工程設(shè)計軟件的Hydraulics模塊也可以進(jìn)行ECD計算、井眼清潔分析等水力學(xué)計算[3]。Paradigm公司的鉆井工程設(shè)計軟件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與挪威國家石油研究院聯(lián)合開發(fā)的Drillbench軟件經(jīng)歷了20多年的開發(fā)和升級，研發(fā)總投入超過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（動態(tài)井控模塊）、Dynaflodrill（動態(tài)欠平衡鉆井模塊）、Steadyflodrill（靜態(tài)欠平衡計算模塊）、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)、模擬計算精度高、商業(yè)成熟度高的特點(diǎn)，代表了目前國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表1。從表1可以看出，MI的軟件能夠滿足工程設(shè)計、井場規(guī)劃、數(shù)據(jù)管理、報表生成、成本分析、信息共享等現(xiàn)場作業(yè)的各項(xiàng)需求，涵蓋了基本工程計算、水力學(xué)模擬、鉆（完）井液體系優(yōu)選、儲層保護(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)問題。

值得注意的是，由于Schlumberger先后收購了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，而其他購買了Drillbench軟件使用權(quán)的公司將面臨不能繼續(xù)升級甚至停止使用的風(fēng)險。

1.4 專項(xiàng)技術(shù)軟件

針對鉆井液面臨的一些特殊問題和某些專項(xiàng)技術(shù)，國外在長期技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，開發(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

針對深水鉆井面臨的氣體水合物問題，Hydrafact公司開發(fā)了HydraFlash軟件。HydraFlash是一款預(yù)測和控制水合物生成的專用軟件，可以預(yù)測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)測水合物的形成和抑制劑的加量，預(yù)測在多組分的烴類體系中水合物的初始產(chǎn)生條件，同時還可以對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)測出含水量變化對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)問題，國外從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行井壁加固研究[4]。經(jīng)過幾十年的研究和應(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、巖石彈性性能和地應(yīng)力狀態(tài)計算誘導(dǎo)裂縫寬度，運(yùn)用蒙特卡羅模擬計算裂縫寬度分布，并給出支持和封堵裂縫的封堵材料配方和粒徑分布。

2 國內(nèi)鉆井液工程軟件

與國外工程軟件的發(fā)展相比，國內(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)化鉆井工程軟件開發(fā)工作還處于起步階段。中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院在“十一五”期間開發(fā)的ANYDRILL1.0是我國目前功能較為全面的鉆井工程設(shè)計與工藝軟件平臺，其鉆井液設(shè)計及分析系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)油井鉆井液設(shè)計、鄰井?dāng)?shù)據(jù)查詢和鉆井液常用計算等功能[5]。近些年來，中海油服油田化學(xué)研究院也開發(fā)了鉆井液專家系統(tǒng)（中、英、西三種語言）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發(fā)的主體。如北京超思唯科石油軟件開發(fā)有限責(zé)任公司的鉆井工程設(shè)計一體化系統(tǒng)、北京怡恒陽光公司的Navigator Drilling Studio軟件，可用于常規(guī)的鉆井液設(shè)計和簡單的水力學(xué)計算，但使用范圍和功能與國外同類軟件相比存在差距[3]。國內(nèi)一些油田也通過科研項(xiàng)目的形式與石油院校合作開發(fā)了一些鉆井液工程軟件，這些軟件對我國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)過幾十年的發(fā)展，國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)。我國的鉆井液工程軟件發(fā)展與國外存在較大差距，已經(jīng)成為我國鉆井液服務(wù)參與國際競爭的制約因素，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高水平鉆井液工程軟件勢在必行。

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

【參考文獻(xiàn)】

[1]張紹槐，何華燦，李琪，等.石油鉆井信息技術(shù)的智能化研究[J].石油學(xué)報，1996，17（4）：114-119.

[2]劉巖生，趙慶，蔣宏偉，等.鉆井工程軟件的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].鉆采工藝，2012，35（4）：38-40.

[3]張冬梅，周英操，蔣宏偉，等.國外石油鉆井軟件的發(fā)展現(xiàn)狀[J].石油科技論壇，2012，（3）：46-50.

[5]盧小川，范白濤，趙忠舉，等.國外井壁強(qiáng)化技術(shù)的新進(jìn)展[J].鉆井液與完井液，2012，29（6）：74-78.

[5]石林，蔣宏偉，周英操，等.鉆井工程設(shè)計與工藝軟件ANYDRILL1.0的研發(fā)與應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報，2012，34（6）：108-111.

[6]趙志強(qiáng)，苗海龍，耿鐵.鉆井液暫堵顆粒粒徑優(yōu)化軟件開發(fā)及室內(nèi)評價[J].鉆井液與完井液，2015，32（1）：42-45.

[責(zé)任編輯：曹明明]