兰德马克公司开发的钻井工程设计和分析系统WELLPLAN[1]

兰德马克公司开发的钻井工程设计和分析系统WELLPLAN日期：2005年07月22日| 来源： | 作者：(1)Cement固井计算对不同性能的多流体系统进行泵入模拟，各临界点的压力计算等。

这套软件是在固井作业过程中对不同液体进行模拟，包括隔离液、前置液和水泥浆。

它可帮助工程师对可能发生的问题进行准备，例如:U-型管效应、压差等，而且可使工程师知道裸眼井段的循环压力不超过地层破裂压力。

经济效益：•发现可能出现的问题，从而增加固井作业的成功率•确保水力封隔器或悬挂器在压差超过一定范围时而不被坐封•计算各特定井深的真实压力•避免由于过高的循环压力而损害或压漏地层特点：•利用流变学原理处理多流体问题•所有泵入液体都可被定义，包括那些被循环出井筒的液体（如：泵入水泥桨前循环“套管容积的120％”）•允许用户指定各种胶塞和放入时间•可计算的有•排量•真实压力•各特定井深的压差•当量循环密度（井底或特定井深的当量密度随时间的变化而变化）•液体在钻具和环空内的体积和高度随时间的变化情况•两种方法模拟单级固井，出口开放－有U型管效应，出口关闭－无U型管效应•模拟U型管效应和预测'无液空间'的长度（真空）•结果输出可为图形和报告，使用者可看到全过程的活动画面•泥浆泵、节流阀和井底的压力报告(2)BHA Drill ahead底部钻具组合分析利用有限单元分析技术预测、模拟和分析各种旋转和导向钻具组合的钻井特性。

兰德马克绘图国际公司利用自身先进的航空技术由对定向钻井和钻具组合特性的研究开始进入石油工业的。

在过去的十年中，我们对这套程序进行了不断的更新完善而且这项工作仍在继续，我们这样作的目的是使我们的软件永远保持领先的位置。

这套软件是利用有限单元法来准确和完整地确定钻具组合的行为。

这个程序所使用的技术是兰德马克公司独创的和专有的。

它由两个部分组成，第一部分是利用非线性、三维有限单元技术来解决所限定钻具组合的结构问题。

第二部分是利用分析和规律相结合的方法来确定钻具组合的趋向，BHA向前钻进使我们对井下钻具组合的认识从盲目阶段走向了科学化阶段。

经济效益：•使钻具第一次下井即为正确的组合，一次成功的使用即可收回成本•避免不必要的起下钻和节省昂贵的马达使用费•用以研究钻铤尺寸、扶正器的摆放位置、扶正器磨损、井眼扩大率及钻井参数等影响因素•总结以往定向井失败的原因和观查敏感工具的接触力特点：•分析接触力和在预测造斜、降斜和方位漂移时一套定向井下部钻具组合的偏移曲线形状，计算钻柱与井眼轴线的偏心距•其精确度是经过多次现场的实际应用而充分验证过的•可对多种钻头类型和地层参数进行处理•塑性地层模式提供了更好的接触力模式•准动态旋转摩擦效应•纯三维模式•如果一套新的钻具组合下井后会显示瞬时过渡效应•指出接触点并帮助您选择适当下部钻具组合•所模拟的扶正器作为一个有限长度（不是一个点）•自动定义单元长度弯接头－为BHA向前钻进提供了特殊工具的能力这是一个特殊选择，它可同BHA向前钻进模式共同运行且精度高，它的特别功能是可以处理多弯的钻具，无论是弯接头还是弯壳体，其中包括了目前市场上最流行各种双弯钻具。

另外，还包括偏心扶正器和加厚垫片。

经济效益：特点：•确定正确的工具方位•包括了BHA向前钻进的所有特点•选择适当的弯接头•可处理多弯钻具•分析研究偏心扶正器的效果•各类偏心扶正器•根据弯曲角度确定钻头的侧向载荷•各类加厚垫片•识别稳定状态和瞬时行为(3)Critical Speed临界转速分析利用有限单元分析和受力频率反应技术模拟和鉴定临界转速及钻具中的高应力集中这是一个功能强大、技术领先的软件，在预测和钻具的振动方面代表着世界目前最先进的实用技术。

它主要基于钻具的有限单元模式和被受力频率反应技术来确定钻具的动态行为。

这个程序的灵活性高且使用范围广。

利用临界转速分析的设计模式可帮助避免耗费巨大的钻具井下失效，而利用实际作业模式可帮助分析失效的原因以便在下一步钻井过程中避免钻具失效。

经济效益：•软件成本数倍的回报率•帮助您避免耗费巨大的钻具失效•钻具下井前分析研究各种对其影响因素•及时调整钻具结构和钻井参数•分析钻柱、钻头或特殊工具的失效原因特点：•对旋转和导向钻具组合自钻头至方钻杆进行全面的分析，以找出和确定加速钻杆疲劳和最终导致钻具失效的临界转速•绘出转速与应力的关系曲线•绘出临界转速下沿钻具的应力关系曲线•详细的应力报告输出•对钻具的弯曲、轴向和扭转模式进行振动分析•为了保证结果的准确，计算过程中考虑了钻井液的阻尼作用•计算模式考虑了结构阻尼•纯三维模式•可对较复杂的钻具结构进行分析•能处理多种钻柱类型所产生的干扰•输出报告大致分为两类：•BHA报告基于静态方法所得到的节点信息报告•受力频率反应报告这是个图形输出报告，包括：应力显示、偏移和超出特定转盘转速范围以外的转速(4)Hydraulics水力计算完整的循环系统分析，钻头水眼优选，压力损耗和抽吸激动压力计算。

这个模式中共包括4个程序，这里提供了工程师在进行水力学设计分析所需的所有程序。

经济效益：•可计算分析对于手工计算过于复杂的所有水力计算，节省了工程师的时间•对当量循环密度的研究用以解决孔隙压力及破裂压力的问题•在一定的井深范围内优选钻头水眼以达最高的机械钻速•根据抽吸和激动压力的计算以避免流体侵入和地层损害特点：•利用下列流体模式分析整个循环系统：•幂律•校正幂律•宾汉塑性•Herschel-Bulkley•根据压耗的分析计算出排量范围•钻杆内及环空内的压耗•地面管汇的压耗•钻头压降•计算井下马达压耗及旁通流量•钻具接头压耗（微量压耗）•用户指定深度的环空压耗（当量循环密度）•钻头水眼的优选以达到：•最大水马力•最大冲击力•最大水眼流速•特殊的分析功能以加速分析研究•抽吸和激动压力的分析可作到：•压力和当量循环密度的计算用以确定起下钻速度范围•对特殊的起下钻推荐操作步骤•开泵和停泵情况下的抽吸激动压力•在开泵的条件模拟循环•形式多样的水力学分析报告•强大的绘图功能（例如：压耗，环空反速，水马力，钻头冲击力和水眼流速，受排量影响的各种参数可用于迟到时间和加重计算(5)Notebook-电子工程手册包括了几乎所有钻井工程手册中常见的计算和单位换算等。

手册主要分为两个部分：分析和计算器。

"分析"是提供在WELLPLAN环境下所有要用到的数据，例如：在"工作管柱"和"井眼数据"中所输入的数据；"计算器"是WELLPLAN中完全独立的数据，包括了所有对话框中必要的数据。

经济效益：•与现存的WELLPLAN数据是一体化的，这样就使得作任何分析计算非常方便，快捷•可计算钻柱和环空容积•减少了那些即简单又耗费时间的计算分析的特点：•工作管柱计算计算钻柱最大允许长度，空气中的重量，悬浮重量和钻柱伸长量•容积和高度计算计算井眼中给定井段的体积或给定体积所占用的井眼长度•迟到时间计算对特定的钻进井段计算"迟到冲数"•顶替计算计算顶替液泵至一特定深度所需的顶替液体积•大绳寿命计算快速计算钻井大绳的寿命－吨/英里•钻机能力计算计算对特定工作管柱钻机所承受的载荷计算器的特点：•单位换算器对一指定单位在同一数量级上换算成其它单位•水力计算器对某规格的泵计算其排量和每冲排出的体积对某一特定的环空或管柱段计算其容积，体积和排量钻头水眼尺寸和总流量面积某一比重下泥浆的悬浮系数•流体计算器计算两种不同液体混合后总的体积和比重计算将某一比重的液体加重/稀释成另一比重的液体所需的液量计算泥浆为克服液体的可压缩性所需泵入的液量•混合计算某一组成部分的线性重量，大绳切割长度和漏失测试计算等(6)StuckPipe-卡钻计算进行失效分析、传送到卡点力的计算、震击器设定和震击所需力的计算、解卡力计算。

利用与扭矩/阻力程序相同的钻柱模式它可以精确的计算出摩擦力和其它结果，由于钻柱、测斜及其它数据可能在日常作业通过WELLPLAN的其它程序已被输入，所以，一旦发生卡钻而利用这套程序进行分析计算是相当迅速的。

经济效益：•卡点位置计算准确•迅速作出解卡所需的大勾负荷及扭矩范围表•利用“屈服载荷分析”计算地面及卡点的初始状态和最小过载值或卡点的遇阻载荷特点：•根据钻杆的伸长量预测卡点位置•根据“地面载荷”和钻柱的屈服强度确定“卡点的卡力”•根据震击器的设定和震击力的要求计算“下放”和“上提”阻力，利用“震击器测重分析”计算震击前的各种条件，上击和下击作业的测量重量（开泵或停泵作业）•适用于机械震击器、液压震击器和液压机械两用震击器•利用“解卡力分析”计算解卡前的各种条件，解卡所需的初始地面设置和最终地面设置•确定可供试解卡的安全过载负荷(7)Surge/Swab-波动压力分析可动态模拟由于钻杆运动引起的井下波动压力Wellplan波动压力分析是一个技术领先的模块，可为工程师提供最优的起下钻速度和泥浆密度，以避免起下钻和固井作业中发生井控和地层损害问题。

波动压力模块可用于设计阶段，以确定需要控制的波动压力；或用于诊断与波动压力有关的井控问题。

为重点井提供精确的解决方案波动压力模块可研究繁琐的计算，以节省工程师的时间。

波动压力模块考虑了许多复杂的因素，如温度和压力对油基或水基泥浆压缩性和流变性的影响。

它可模拟循环过程中的钻杆运动、顶替水泥浆，也考虑了钻杆运动的轴向弹性。

波动压力可分析随深度变化的起下钻速度、地层性质和流变性。

多因素分析也能模拟井底的钻杆运动速度和距离。

波动压力考虑了原始影响因素和处理多相流体。

波动压力也能模拟循环系统、地层和水泥的弹性。

波动压力综合了一系列功能波动压力分析使用带有两种流动曲线的卡森流变模型来分析整个钻机循环系统。

工作管柱可以是钻具、套管、尾管、带派克的油管。

可模拟开口管和闭口管，得到最优的起下钻速度。

管材库可提供常见的管材的特性，如接头类型和直径。

波动压力的应用范围包括：•在深井中起下钻具•在净化不好的深井中下套管•在深井固套管和尾管，分析由于钻杆运动引起的波动压力•在地层压力和破裂压力比较接近的井中，可优选钻井液密度和钻杆运动•评价不同的注入设备•在浮动平台钻井和下套管时，评价由于钻井平台运动引起的波动压力综合报告可提供全套的波动压力分析。

波动压力分析具有功能强大的图形功能，包括绘制起下钻与时间、瞬态压力与时间、大钩负荷与起下钻时间以及抽吸与激动压力的关系曲线。

(8)Torque/Drag-扭矩和摩阻在钻井设计和作业期间使用扭矩/摩阻分析软件不仅可节省人力而且可给您带来巨大的经济效益，在设计阶段工程师可以很容易地研究不同钻具设计在不同的井身结构中的效果，同时对经常的问题找出最佳解决办法，例如：工程师使用WELLPLAN-Compass根据特定的靶位设计出了几口比较满意的井眼轨迹，然后利用WELLPLAN一体化的特点，将已设计的井和已选定的各种钻具结构一起进行分析并从中找出适合这组井最佳的钻具组合，并使扭矩和摩阻最经济效益：•设计出合适的钻具组合，避免钻具失效，确保所钻井能安全地钻至设计井深•设计出最佳井身轨迹和最佳钻具组合•使扭矩和摩阻最小•使接触力最小从而避免套管磨损•避免因弯曲和疲劳产生的事故发生，帮助您找到钻具的失效点•确保所选用的钻机具有足够的能力•在钻井作业过程中将预测值与实测值相对比，以便早期发现潜在的井下问题•在钻井作业过程中监测接触力以预测套管摩损和键槽卡钻•研究不同泥浆或润滑液对扭矩和摩阻影响特点：•与现场实测数据对比，吻合度高，可计算摩阻系数•摩阻系数沿井身而变化•计算大钩负荷和转盘扭矩以帮助钻机和钻具组合设计•运用鲁宾斯基和Paslay-Bogy方程来确定临界弯曲力•可计算轴向力，中和点和沿钻具的扭矩•计算等效VonMises应力于屈服应力相比较（APIRP7G）•适合于五种作业方式•旋转钻井•马达钻井•下钻•起钻•钻头提离井底旋转•可计算五种的'摩阻表'•可用于套管和尾管的分析确定以上五种方式下的转盘扭矩，测重，上提和下放，钻具扭曲（有/无钻头扭矩）和沿钻具所有点的伸长量。