2003年10月PETROLEUM DRILLING TECHNIQUESOct1,2003
!校庆专栏#
钻井工程实时监测与井场信息系统开发
樊洪海
(石油大学油气井工程学科,北京昌平 102249)
摘 要:介绍了钻井工程实时监测与井场信息系统的开发背景、组成及功能。该系统实现了对钻井信息的实时采集、实时传输、现场施工情况的实时分析、工程事故与复杂情况的实时警示与处理,实现了对钻井施工过程的有效监测。现场测试与应用表明,该系统计算精度较高,能满足工程施工要求,而且稳定性好,操作简单,具有很好的推广应用前景。
关键词:钻井工程;实时处理系统;监测系统;数据处理;计算机网络
中图分类号:TE928 文献标识码:A 文章编号:1001200(2003)0520017203
引 言
油气钻井是一项复杂的系统工程,尤其是复杂深探井难度更大,钻井成本约占勘探开发总成本的40%以上。降低探井成本的关键是实施安全优快钻井技术、降低钻井事故率、提高钻井时效、缩短钻井周期。其关键是现场工程技术人员对钻井的每一个环节实施科学设计与施工,并对钻井全过程进行实时监测,预防和及时预报可能的钻井事故与复杂情况[122]。目前我国的井队在这方面的技术支持条件尚比较薄弱。
探井钻井都配备有综合录井仪,随钻信息的地面采集相当丰富。但是因部门条块分割等原因,综合录井主要为地质服务,以取全取准地质资料为其主要目的。随钻录井信息的工程综合应用技术比较落后,工程录井信息的利用率很低。
为此,笔者开发了一套“钻井工程实时监测与井场信息系统”(以下简称监测与信息系统),初步解决了对钻井过程的实时监测及井场信息的综合应用问题。
范的分析研究,形成一套集井场综合信息采集、传输和应用为一体的井场随钻录井信息综合应用技术,实现对钻井信息的实时采集、实时传输,现场施工情况的实时分析,工程事故与复杂情况的实时警示与处理,达到对钻井施工过程进行有效监测的目的,为油气勘探经营者与作业者进行科学决策、提高钻井时效与井身质量、降低钻井成本提供依据和信息服务。
2 系统的构成
监测与信息系统采用的网络结构方案分为两大部分:井场局域网系统和基地局域网系统,通过有线或无线通讯网实现两者间的数据和信息交换(如图1所示)[3]。
1 系统的目标
综合录井仪录取的信息资料可分为两大类,一是地质资料,通过综合解释,可获得油气层参数等信息;二是工程资料,通过综合分析,可以获得钻井工况、事故、时效等信息,为安全优快钻井服务。目前我国录井资料工程综合应用技术尚比较落后,原因是缺乏一套行之有效的实时分析处理应用软件。另外,很多钻井软件技术并没有发挥应有的作用,主要是因为目前没有给井队配备齐全且适于井场应用的软件系统。监测与信息系统就是为解决以上问题而开发的。该系统的开发目标定位于:通过一系列新的方法、模型和规
图1 系统的构成示意图
井场局域网采用主从式(服务器客户端)结构。井场服务器的主要功能为:与综合录井仪(参数仪)的实时数据通讯;运行监测与信息系统;井场钻井工程动态数据库管理;工程报表系统管理;控制客户端软
收稿日期:2003207201
作者简介:樊洪海(1962-),男,山东章丘人,1984年毕业于华东石油学院,2001年获博士学位,教授。系本刊编委。
联系电话:(010)733221
・18・石 油 钻 探 技 术 2003年10月
件的运行;与基地数据服务中心的实时数据与信息交换。
井场客户端的服务对象为工程监督、井队管理者、井场工程技术人员等,软件的主要界面与服务器类似且其运行受服务器控制,不需要用户操作,主要完成计算、分析、判断结果的实时显示和报警,工程服务(设计和计算),数据库信息查询,工程报表填写入库、显示和打印等。
目前国内各油田基地都建有完善的计算机网络系统,井场数据一旦传到基地其共享问题就简单多了。为了更好地解决井场与基地间数据交换问题(包括同时接受多口井的实时数据及数据库数据,基地某些客户端与井场间文件或消息的交换等),在基地端设置一专门的计算机(数据服务中心)负责数据的接收、发送和入库等。在基地客户端较多的情况下,可以将基地的计算机网络分为若干个局域网,每个局域网设置一台服务器,其中的客户端连接各自服务器上的数据库。由数据服务中心向这些数据库实施写入数据。基地客户端程序与井场客户端类似。另外,如果权限允许,基地客户端还可以通过基地数据服务中心实现与某个或多个井场的文件或消息的交换。同样井场也可以通过基地数据中心实现与另一个井场间的文件与消息交换。
311 综合录井仪(参数仪)数据通讯模块
该系统通过一个多线程实时数据服务模块读取录井仪(或钻井参数仪)的实时数据,同时为钻井工程监测与服务软件提供统一格式的实时数据,以不同方式(共享文件、WinSock、数据库动态数据表等)为客户端提供实时数据服务。目前已实现了与国内油田常用录井仪和参数仪的数据通讯。312 初始化模块要实现对钻井过程的实时监测,必须首先设置初始化数据。在软件系统中初始化模块为一的动态连接库(DLL)。包括两项功能:1)实时监测必需的相关数据设置;2)将初始化中“井身结构”和“钻具组合”数据写入数据库。初始化是按表格形式分页编写的,并带有自己的菜单系统,便于用户填写。另外,自动将初始化数据以文件形式保存,以免用户重复输入。
313 钻井施工过程实时监测模块
该模块包括钻进(包括洗井和划眼)过程和起下钻过程实时监测两部分。钻进作业过程监测的主要内容有:井身结构与钻具组合按比例动态显示、泥浆池体积显示、泵工作状态显示与监测(包括开启状态、冲数、上水效率、计算排量等)、钻井液性能显示与监测(包括密度变化超限报警、计算流变参数等)、水力参数实时计算与监测(包括当量循环密度、裸眼岩屑含量等)、钻头磨损(包括牙齿磨损与轴承磨损)实时计算与监测、每米成本(包括常规成本与风险成本)实时计算与监测、立压变化监测(包括水眼堵与水眼刺、钻具的刺漏的判断)、总池体积净变化量监测(判断井涌、井漏的主要依据)、流量差值监测(判断井涌、井漏的主要依据)、卡钻系数监测、扭矩变化监测(判断钻头失效、断钻具等主要依据)、钻压变化监测(钻压超限与溜钻)、钻具疲劳监测、钩载变化量监测(判断超拉与遇阻的主要依据)、钻柱裸眼静止时间监测(减少粘卡的可能性)、地层压力监测等。
起下钻过程监测的主要内容有:钻具组合与井眼几何状态(包括岩性及狗腿度)显示、起下钻速度(压力波动)监测、钻柱裸眼静止时间监测、钩载变化监测、总池体积净变化量监测等。314 工程服务模块
主要指井场工程技术人员经常使用的一些设计、计算、分析、查询等软件工具。监测与信息系统目前包括的模块有:钻井液流变参数分析、水力参数优化设计与计算、钻井施工参数优选、安全起下钻速度计算、安全下套管速度计算、套管柱选配与设计、卡点
3 井场服务器软件平台功能
监测与信息系统的核心是井场服务器软件平台,其功能构成如图2所示。主要功能模块为:综合录井仪(参数仪)数据通讯模块;初始化模块;钻井过程实时监测模块;工程服务模块;井场综合信息数据库;数据库管理模块;报表系统模块;与基地远程信息交换通讯模块。
图2 井场服务器软件平台功能框图
第31卷第5期 樊洪海:钻井工程实时监测与井场信息系统开发・19・
位置的计算、成本分析等。315 井场综合信息数据库
该数据库包括27张数据表,分为静态数据表和动态数据表,静态数据表保存井的基本数据,动态数据表记录实时监测的相关数据。该系统分别适用于Oracle和SQLServer2000数据库系统。服务器安装Oracle或SQLServer2000的服务器程序,客户端安装其客户端程序。
316 数据库管理模块
考虑到用户操作上的方便,该系统通过对Excel编程来实现对数据库的操作,分为“更新”、“查询”和“删除”。数据“更新”部分在Excel表中设置了若干选项输入功能,使一些标准文本文字(如岩性名称、颜色、含油级别等)的输入更加便捷。数据“查询”结果以Excel表显示,使用户可以利用Excel强大的数据分析功能对查询的数据进行分析。317 报表系统模块
目前监测与信息系统设置了3种报表:日报表、班报表和监测报表。日报表和班报表是CNPC的标准格式。监测报表是专门设计的,会自动填写。318 与基地远程信息交换通讯模块
井场与基地间的信息交流(数据传输)可以采用有线或无线通讯形式。目前经济简便的通讯方式为利用普通有线电话网和GPRS移动通讯网,其次是微波通讯和卫星通讯。目前制约实时数据传输的关键是传输速率。该模块采用了最新的数据压缩技术及多线程编程技术等,实现了普通电话和GPRS无线通讯设备
在实际传输速率3~4kBs条件下实时数据传输、井场与基地数据库数据同步传输,而不会影响软件系统对钻井过程的实时监测,实际应用表明可以达到现场与基地数据的基本同步。另外该模块还实现了基地客户端与任意一个井场之间的信息交流(文件和消息),为在基地进行生产指挥调度提供了便利条件。
4 现场测试和应用自1999年至今,监测与信息系统先后在克拉玛依油田、胜利油田多口井进行了现场测试、验证和应用。实践表明,该系统的计算模型具有较高的精度,满足了工程要求,而且稳定性好,操作简单,受到现场工程技术人员的普遍好评,具有很好的推广应用前景。
5 结束语
钻井工程实时监测与井场信息系统是一套集井场综合信息采集、传输和应用为一体的井场随钻录井信息综合应用技术,为井场信息,尤其是工程信息资料的综合应用提供了物质条件。随着研究开发的不断深入,该系统还将不断完善。
参 考 文 献
[1] IsaacsWR,DresserM,BoboJB.DesignandImpactofaReal
-TimeDrillingCenter[R].SPE131091
[2] GuidryTF,ScegoJF.ImproveDrillingResultsUsingaReal-TimeDrillingCenter[R].SPE140691
[3] 徐晓峰.MicrosoftWindows2000Server网络高级应用[M].北
京:人民邮电出版社,2002.
MonitoringofReal-TimeDrillingEngineeringandDevelopmentofFieldDataServiceSystem
FanHonghai
(Oil&GasWellEngineeringDiscipline,UniversityofPetroleum,Changping,Beijing,102249,China)
Abstract:Thedevelopmentbackground,componentsandfunctionsofthereal2timemonitoringanddataservicesystemarepresentedinthispaper.
Thissystemisabletogather,transmitandprocessdrilling
informationatrealtime,sothatitcangivewarningofengineeringtroublestodealwiththemandmonitordrillingprocessefficiently.Thefieldapplicationsshowthatthissystemisaccurate,stable,anditcanbeoperatedeasily.Therefore,ithaswideprospect.
Keywords:drillingengineering;realtimeprocessingsystem;monitoringsystem;dataprocessing;computernetwork
吐哈油田神平275井喜获高产
2003年7月中旬,由吐哈油田分公司研究院设计的神平275井获高产,日产原油41t,这是继神泉油田的神
平210井获高产后,又一口高产水平井。神平275井喜获高产,表明神泉油田井网完善初步取得了较好效果,同
时证明利用水平井开发神泉油田薄油层具有广阔的前景。
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