大修磨套銑工藝參數優化設計軟件的研發

周趙川陳立群李躍謙劉建儀代建偉彭遠進

大修磨套銑工藝參數優化設計軟件的研發

周趙川1陳立群1李躍謙1劉建儀2代建偉2彭遠進2

1中海油能源發展工程技術公司增產作業分公司2西南石油大學

目前國內修磨套銑作業存在諸多問題，出現事故的頻率逐年增加，增加了修井的作業難度。基于經典的力學、水力學分析方法，建立了磨套銑過程中管柱力學、水力學計算模型，完成對大修磨套銑作業施工工藝參數的優化設計計算。以理論模型為基礎，應用C#語言開發了大修磨套銑工藝參數優化設計軟件。通過對現場井的實例應用表明，軟件計算結果與現場實際參數吻合程度高，提高了磨套銑作業的現場施工效率。

大修磨套銑；管柱力學；水力學；工藝參數；優化設計軟件

大修磨套銑作為油田穩產、增產的重要技術手段顯得越來越重要，但目前國內修磨套銑作業存在諸多問題，出現事故的頻率逐年增加，增加了修井的作業難度[1]。因此，基于管柱力學分析相關模型[2]和流體力學理論，開發出大修磨套銑施工參數優化設計軟件顯得尤為重要。

1 軟件設計

軟件以大修磨套銑過程分析取得的力學參數計算模型[3]為基礎，采用Microsoft Visual Studio2010平臺進行開發，語言使用C#，底層采用SQLServer 2005作為數據庫開發工具。

1.1 軟件功能設計

（1）文件模塊。文件模塊包括新建工程、保存工程、打開工程和關閉軟件。

（2）查詢模塊。查詢模塊是對數據庫中已經保存好的設計成果進行查詢，軟件提供了設計人、設計日期、井號等查詢關鍵字，便于用戶查詢。

（3）優化設計。優化設計模塊是軟件的主體功能模塊，包括了磨套銑工具組合、磨套銑管柱力學優化設計、磨套銑排量優化設計、磨套銑水力學參數優化設計。

（4）工具查詢與維護。工具查詢與維護模塊主要是對大修過程中用到的磨銑、套銑工具進行管理，方便用戶查看，且為磨套銑優化設計提供基礎數據，改變了現場沒有工具數據庫的歷史。

（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 數據庫設計

磨套銑優化設計軟件底層采用SQLServer2005及以上的數據庫軟件進行開發，可對設計數據進行保存，便于對單井基礎數據的管理，也避免了對同一口井進行二次設計時單井基礎數據的重復錄入以及設計中途數據丟失的問題。為了使數據在使用過程中的邏輯更加清晰，進行了相關的數據流程設計。

2 應用實例

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

2.1 管柱力學計算

筆者通過先后對江蘇省10所地方高校(分別用x1,x2,…,x10表示)進行調研，獲得調研數據，最后用未確知測度模型將10所高校的科研核心競爭力劃分為三個等級。現以某高校(xi)為例來介紹實證分析的過程。

該井修井過程中進行了2次套銑作業，此處選擇1451m處的套銑作業為設計依據來對管柱力學參數進行說明。通過現場施工基本參數，計算上提、下放、鉆進3種不同工況下管柱的彎矩、旋轉扭矩、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，彎矩隨井身結構變化明顯，隨井深和井斜角的增大而增大，最大彎矩出現在1451m處，上提、下放和鉆進過程中彎矩均相同，為8000N·m左右。

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

圖2 A23井1451m井深處套銑過程中旋轉扭矩

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在井底，不同工況下摩阻力差異不大，鉆進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，最大軸向載荷出現在上提和下放的過程中，井口軸向載荷最大，鉆進過程達到226.6kN。鉆進過程中軸向載荷小于上提和下放作業過程；同時在鉆進過程中中和點出現在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 水力學參數計算

在完成排量初步估算的基礎上，選用套銑排量優化模塊優化排量。輸入參數基本設置：流體狀態為紊流，地面管線長度為30m，套銑管外徑長度37.48mm，套銑管長度7.9m，泵壓16MPa，初始排量60m3/h。計算得到套銑過程中優化后的排量為67.5m3/h，大于井段的臨界環空排量，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 現場實際參數與理論計算參數比較

如表1所示，A23井第二次套銑已成功實施，經與現場各項作業參數對比可知，軟件設計相關參數合理，與現場作業參數吻合程度達95.4%以上。

表1 現場施工參數與設計參數對比

3 結論

（1）基于經典的力學、水力學分析方法，建立了磨套銑過程中管柱力學、水力學計算模型，完成對大修磨套銑作業施工工藝參數的優化設計計算。

（2）以理論模型為基礎，應用C#語言開發了大修磨套銑工藝參數優化設計軟件。通過對現場井的實例應用表明，軟件計算結果與現場實際參數吻合程度高，提高了磨套銑作業的現場施工效率。

（3）基于先進的分布式開發工具和數據庫管理技術，軟件實現了設計基礎井數據與設計成果數據的統一存儲、查詢和分布式應用。

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

[2]李子豐，李敬元，馬興瑞，等．油氣井桿管柱動力學基本方程及應用[J]．石油學報，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