钻井液工程软件发展现状

钻井液工程软件发展现状

作者：卢小川王伟徐博韬邓义成

来源：《科技视界》2015年第35期

【摘要】钻井液工程软件已经成为了现代钻井液技术的重要组成部分，而我国钻井液工程软件与国外相比存在明显差距。介绍了国外主流钻井工程软件中的钻井液模块、Drillbench 模拟软件、MI SWACO公司的系列钻井液软件和专项技术软件，以及国内钻井液工程软件的发展现状，并提出了我国发展钻井液工程软件的建议。

【关键词】钻井液；钻井工程；工程软件发展现状

钻井技术的发展经历了经验钻井阶段、钻井发展阶段和科学钻井阶段，已初步实现了自动化钻井并日趋成熟[1]。钻井工程软件是实现自动化智能化钻井的重要手段之一，钻井作业的各个环节，从工程设计、施工到经验总结，都越来越多的依赖于专用工程软件[2]。作为钻井工程的“血液”，钻井液技术及相关的工程软件也在近30年得到了巨大的进步，从早期的计算程序逐步发展为系统化的专业软件。Halliburton、Schlumberger等国际钻井服务公司都组建了自己的软件团队，开发了专用的钻井液工程软件并广泛应用于钻井实践。从笔者近年参与的国际钻井液招投标工作情况来看，钻井液工程软件已成为钻井液技术服务的重要内容和参与全球化竞争的技术门槛。因此，了解国内外钻井液工程软件发展现状，对科学规划我国钻井液工程软件发展，掌握自主知识产权的工程软件具有重要意义。

1 国外钻井液工程软件

国外已有30多年钻井工程软件开发的经验，目前商品化的工程软件大多由Halliburton、Schlumberger等大的技术服务公司和Paradigm、SPT Group等一些中小型服务公司开发。

1.1 常用工程软件的钻井液模块

由于钻井液与钻井工程密不可分的血肉关系，在开发钻井工程软件时，大多将钻井液作为一个专业模块来实现相关工程模拟和计算。例如，Halliburton 公司Landmark 钻井工程软件的WellPlan（钻完井工程施工参数设计分析模块）能够进行水力学计算、激动和抽汲压力计算、井控计算；Schlumberger公司开发的Drilling Office 钻井工程设计软件的Hydraulics模块也可以进行ECD计算、井眼清洁分析等水力学计算[3]。Paradigm公司的钻井工程设计软件Sysdrill 则包含了水力学模块和温度模块，可模拟高温高压条件下的钻井液流变性和井下ECD、ESD。

1.2 Drillbench软件

SPT Group与挪威国家石油研究院联合开发的Drillbench软件经历了20多年的开发和升级，研发总投入超过20亿美元，是目前功能最强大的水力学模拟软件之一。该软件的主要模块包括：Presmod（动态水力学与温度模块）、Hydraulics（静态水力学模块）、Frictionmaster （摩阻及力学分析模块）、Kick（动态井控模块）、Dynaflodrill（动态欠平衡钻井模块）、Steadyflodrill（静态欠平衡计算模块）、Ubitts（欠平衡钻井培训模拟模块）等。

1.3 MI SWACO的钻井液工程软件

MI SWACO作为国际领先的钻井液服务公司，其钻井液工程软件具有专业系统性强、模拟计算精度高、商业成熟度高的特点，代表了目前国际上钻井液工程软件的最高水平。MI SWACO的钻井液工程软件与功能见表1。从表1可以看出，MI的软件能够满足工程设计、井场规划、数据管理、报表生成、成本分析、信息共享等现场作业的各项需求，涵盖了基本工程计算、水力学模拟、钻（完）井液体系优选、储层保护、防漏堵漏、固相控制、废弃物处理等主要的钻井液工程技术问题。

值得注意的是，由于Schlumberger先后收购了MI SWACO和SPT Group，一旦将Drillbench软件和MI的钻井液软件成功整合，新的软件将进一步巩固Schlumberger在钻井液工程软件领域的领先地位，而其他购买了Drillbench软件使用权的公司将面临不能继续升级甚至停止使用的风险。

1.4 专项技术软件

针对钻井液面临的一些特殊问题和某些专项技术，国外在长期技术研究的基础上，开发了相关的专项技术软件。比如HydraFlash水合物软件和OPTI-STRESS井眼加固软件。

表1 MI SWACO公司钻井液工程软件表

1.4.1 HydraFlash水合物软件

针对深水钻井面临的气体水合物问题，Hydrafact公司开发了HydraFlash软件。HydraFlash 是一款预测和控制水合物生成的专用软件，可以预测井眼流体中水合物产生的条件，根据井眼的温度和压力条件优化预测水合物的形成和抑制剂的加量，预测在多组分的烃类体系中水合物的初始产生条件，同时还可以对比加入水合物生成抑制剂前后水合物生成条件的变化情况。软件能够预测出含水量变化对水合物生成条件的影响，还能够确定出某一给定体系在水合物生成条件下的多相平衡。

1.4.2 OPTI-STRESS井眼加固软件

为了解决裂缝导致的井漏和井壁失稳问题，国外从20世纪80年代开始进行井壁加固研究[4]。经过几十年的研究和应用，已经形成了包括基础理论、处理剂、施工工艺、专用设备、工程软件在内的技术体系。OPTI-STRESS软件是MI SWACO公司的IBOSS井壁加固技术的专用配套软件。OPTI-STRESS软件可根据钻井工程设计、岩石弹性性能和地应力状态计算诱导裂缝宽度，运用蒙特卡罗模拟计算裂缝宽度分布，并给出支持和封堵裂缝的封堵材料配方和粒径分布。

2 国内钻井液工程软件

与国外工程软件的发展相比，国内的钻井液工程软件起步较晚、发展较慢、水平较低。三大石油公司的系统化钻井工程软件开发工作还处于起步阶段。中国石油集团钻井工程技术研究院在“十一五”期间开发的ANYDRILL1.0是我国目前功能较为全面的钻井工程设计与工艺软件平台，其钻井液设计及分析系统可以实现油井钻井液设计、邻井数据查询和钻井液常用计算等功能[5]。近些年来，中海油服油田化学研究院也开发了钻井液专家系统（中、英、西三种语言）以及钻井液暂堵颗粒粒径优化软件[6]等钻井液专项技术软件，在中国海油系统内得到了应用。

除了大的石油（服务）公司，一些石油院校也是工程软件开发的主体。如北京超思唯科石油软件开发有限责任公司的钻井工程设计一体化系统、北京怡恒阳光公司的Navigator Drilling Studio软件，可用于常规的钻井液设计和简单的水力学计算，但使用范围和功能与国外同类软件相比存在差距[3]。国内一些油田也通过科研项目的形式与石油院校合作开发了一些钻井液工程软件，这些软件对我国钻井液工程软件技术的发展，特别是相关人才的培养起到了积极作用，但由于受到开发目的、资金投入、项目周期、技术水平等因素的限制，这些软件大都难以发展成为具有生命力的商业化软件。

3 结论与建议

经过几十年的发展，国外的钻井液工程软件已进入成熟发展阶段，成为现代钻井液技术的重要组成部分，是钻井液技术工程化、信息化、智能化的集中体现。我国的钻井液工程软件发展与国外存在较大差距，已经成为我国钻井液服务参与国际竞争的制约因素，开发具有自主知识产权的高水平钻井液工程软件势在必行。

钻井液工程软件开发是一项系统工程，要科学认识工程软件开发的复杂性，做好架构设计，便于将不同的功能模块整合到统一的平台上来，实现整个工程软件体系的先进性。由于工程软件的开发是一个开发、应用、升级、维护的循环过程，具有长期性，应由具有一定规模、相对稳定的软件开发团队作为支撑。软件开发的基础是对工程原理的深刻理解和实践经验的深入总结，软件开发人员除了具备编写程序的能力，还应全面掌握钻井液基础知识，并具有一定的工程实践经验。