鉆井液工程軟件發展現狀

盧小川　王偉　徐博韜　鄧義成

【摘 要】鉆井液工程軟件已經成為了現代鉆井液技術的重要組成部分，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技術軟件，以及國內鉆井液工程軟件的發展現狀，并提出了我國發展鉆井液工程軟件的建議。

【關鍵詞】鉆井液；鉆井工程；工程軟件發展現狀

鉆井技術的發展經歷了經驗鉆井階段、鉆井發展階段和科學鉆井階段，已初步實現了自動化鉆井并日趨成熟[1]。鉆井工程軟件是實現自動化智能化鉆井的重要手段之一，鉆井作業的各個環節，從工程設計、施工到經驗總結，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”，鉆井液技術及相關的工程軟件也在近30年得到了巨大的進步，從早期的計算程序逐步發展為系統化的專業軟件。Halliburton、Schlumberger等國際鉆井服務公司都組建了自己的軟件團隊，開發了專用的鉆井液工程軟件并廣泛應用于鉆井實踐。從筆者近年參與的國際鉆井液招投標工作情況來看，鉆井液工程軟件已成為鉆井液技術服務的重要內容和參與全球化競爭的技術門檻。因此，了解國內外鉆井液工程軟件發展現狀，對科學規劃我國鉆井液工程軟件發展，掌握自主知識產權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的經驗，目前商品化的工程軟件大多由Halliburton、Schlumberger等大的技術服務公司和Paradigm、SPT Group等一些中小型服務公司開發。

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系，在開發鉆井工程軟件時，大多將鉆井液作為一個專業模塊來實現相關工程模擬和計算。例如，Halliburton 公司Landmark 鉆井工程軟件的WellPlan（鉆完井工程施工參數設計分析模塊）能夠進行水力學計算、激動和抽汲壓力計算、井控計算；Schlumberger公司開發的Drilling Office 鉆井工程設計軟件的Hydraulics模塊也可以進行ECD計算、井眼清潔分析等水力學計算[3]。Paradigm公司的鉆井工程設計軟件Sysdrill則包含了水力學模塊和溫度模塊，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合開發的Drillbench軟件經歷了20多年的開發和升級，研發總投入超過20億美元，是目前功能最強大的水力學模擬軟件之一。該軟件的主要模塊包括：Presmod（動態水力學與溫度模塊）、Hydraulics（靜態水力學模塊）、Frictionmaster（摩阻及力學分析模塊）、Kick（動態井控模塊）、Dynaflodrill（動態欠平衡鉆井模塊）、Steadyflodrill（靜態欠平衡計算模塊）、Ubitts（欠平衡鉆井培訓模擬模塊）等。

1.3 MI SWACO的鉆井液工程軟件

MI SWACO作為國際領先的鉆井液服務公司，其鉆井液工程軟件具有專業系統性強、模擬計算精度高、商業成熟度高的特點，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計、井場規劃、數據管理、報表生成、成本分析、信息共享等現場作業的各項需求，涵蓋了基本工程計算、水力學模擬、鉆（完）井液體系優選、儲層保護、防漏堵漏、固相控制、廢棄物處理等主要的鉆井液工程技術問題。

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，新的軟件將進一步鞏固Schlumberger在鉆井液工程軟件領域的領先地位，而其他購買了Drillbench軟件使用權的公司將面臨不能繼續升級甚至停止使用的風險。

1.4 專項技術軟件

針對鉆井液面臨的一些特殊問題和某些專項技術，國外在長期技術研究的基礎上，開發了相關的專項技術軟件。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公司開發了HydraFlash軟件。HydraFlash是一款預測和控制水合物生成的專用軟件，可以預測井眼流體中水合物產生的條件，根據井眼的溫度和壓力條件優化預測水合物的形成和抑制劑的加量，預測在多組分的烴類體系中水合物的初始產生條件，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

為了解決裂縫導致的井漏和井壁失穩問題，國外從20世紀80年代開始進行井壁加固研究[4]。經過幾十年的研究和應用，已經形成了包括基礎理論、處理劑、施工工藝、專用設備、工程軟件在內的技術體系。OPTI-STRESS軟件是MI SWACO公司的IBOSS井壁加固技術的專用配套軟件。OPTI-STRESS軟件可根據鉆井工程設計、巖石彈性性能和地應力狀態計算誘導裂縫寬度，運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 國內鉆井液工程軟件

與國外工程軟件的發展相比，國內的鉆井液工程軟件起步較晚、發展較慢、水平較低。三大石油公司的系統化鉆井工程軟件開發工作還處于起步階段。中國石油集團鉆井工程技術研究院在“十一五”期間開發的ANYDRILL1.0是我國目前功能較為全面的鉆井工程設計與工藝軟件平臺，其鉆井液設計及分析系統可以實現油井鉆井液設計、鄰井數據查詢和鉆井液常用計算等功能[5]。近些年來，中海油服油田化學研究院也開發了鉆井液專家系統（中、英、西三種語言）以及鉆井液暫堵顆粒粒徑優化軟件[6]等鉆井液專項技術軟件，在中國海油系統內得到了應用。

除了大的石油（服務）公司，一些石油院校也是工程軟件開發的主體。如北京超思唯科石油軟件開發有限責任公司的鉆井工程設計一體化系統、北京怡恒陽光公司的Navigator Drilling Studio軟件，可用于常規的鉆井液設計和簡單的水力學計算，但使用范圍和功能與國外同類軟件相比存在差距[3]。國內一些油田也通過科研項目的形式與石油院校合作開發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的發展，特別是相關人才的培養起到了積極作用，但由于受到開發目的、資金投入、項目周期、技術水平等因素的限制，這些軟件大都難以發展成為具有生命力的商業化軟件。

3 結論與建議

經過幾十年的發展，國外的鉆井液工程軟件已進入成熟發展階段，成為現代鉆井液技術的重要組成部分，是鉆井液技術工程化、信息化、智能化的集中體現。我國的鉆井液工程軟件發展與國外存在較大差距，已經成為我國鉆井液服務參與國際競爭的制約因素，開發具有自主知識產權的高水平鉆井液工程軟件勢在必行。

鉆井液工程軟件開發是一項系統工程，要科學認識工程軟件開發的復雜性，做好架構設計，便于將不同的功能模塊整合到統一的平臺上來，實現整個工程軟件體系的先進性。由于工程軟件的開發是一個開發、應用、升級、維護的循環過程，具有長期性，應由具有一定規模、相對穩定的軟件開發團隊作為支撐。軟件開發的基礎是對工程原理的深刻理解和實踐經驗的深入總結，軟件開發人員除了具備編寫程序的能力，還應全面掌握鉆井液基礎知識，并具有一定的工程實踐經驗。

【參考文獻】

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

[2]劉巖生，趙慶，蔣宏偉，等.鉆井工程軟件的現狀及發展趨勢[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展現狀[J].石油科技論壇，2012，（3）：46-50.

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

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

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

[責任編輯：曹明明]