（石油与天然气工程专业论文）钻井决策支持平台研究与应用.pdf

摘要 钻井是石油勘探开发业务流程中最重要的环节之一。随着很多老油田进入开发中后 期和新区勘探力度的加大，钻井工程面临的巨大挑战呈现出三大特点：一是技术上要求 钻井目标越来越小、越来越复杂，管理上要求越来越精细化、决策科学化、快速准确化； 二是石油钻井工程涉及到多个学科领域，是一个人员与技术高度密集，集技术、管理与 经济运营等为一体的系统工程，对多学科技术的融合越来越重要；三是钻井作业地区从 陆地到海洋，从高原到沙漠，复杂多变，地域辽阔，有的自然条件极其恶劣，远离人烟， 偏远荒芜，施工决策指挥极为不便。国际上大的石油公司纷纷利用信息技术解决决策支 持问题，提升了整体技术水平和工作效率。本文就是在跟踪研究国际发展趋势，结合国 内油田的实际需求进行的研究。 从钻井施工的业务流程分析入手，规划设计了钻井决策支持平台总体框架。平台框 架设计了与i d a c ( i n t e r n a t i o n a ld r i l l i n ga s s o c i a t i o nc o n t r a c t o r s ) 数据标准接轨的钻井数 据中心，利用数据仓库技术实现了钻井设计数据、i a d c 报表数据、钻井实时数据、井 史数据、钻井统计数据和专家知识数据等各类数据的源头采集和集成共享。基于钻井数 据中心，研究开发了钻井辅助设计( 包括钻井轨道设计、井身结构设计、钻头及钻井参 数设计、钻机选型、钻具组合设计等1 7 项) 、钻并实时监测( 包括钻井工程与地质录井 参数实时监测、钻井轨迹及测井参数实时监测、气体钻井井下燃爆实时监测、钻井现场 图像实时监测等4 部分) 、钻井事故预防与处理( 包括钻井复杂情况诊断等3 项) 、网络 视频会议等系列决策支持软件。 本文还介绍了该平台在胜利油田以及其他油田的推广应用情况，并指出了下一步研 究和改进的方向。 关键词：钻井，信息，数据中心，决策支持 r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fd e c i s i o ns u p p o r t p l a t f o r mf o rd r i l l i n g y a n gc h u a n s h u ( s e n i o re n g i n e e r ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f z h o ug u a n g c h e n a b s t r a c t d r i l l i n gi so n eo f t h em o s ti m p o r t a n tn o d e si ne & p p r o c e s s w i t hm a n yo i lf i e l d si n t ot h e l a t t e rp a r to f p r o d u c t i o n ，a n ds o m en e w a r e ab e i n ge x p l o r e d ，d r i l l i n ge n g i n e e r i n gi sf a c e d 晰t h e n o r m o u sc h a l l e n g e s t h e r ea r e ：t h ef i r s t ，t h et a r g e t sa r ef o r c e dm o r ea n dm o r ep r e c i s ea n d c o m p l e xa n dt h em a n a g e m e n ti sf o r c e dm o r ea n dm o r ef i n ea n ds c i e n t i f i c ；t h es e c o n d ， d r i l l i n ge n g i n e e r i n gi sa ni n t e g r a t e de n g i n e e r i n gi n c l u d e sm a n ys c i e n c e s ；t h et h i r d ，a sm a n y o ft h ew e l ls i t e sa r ev e r yr e m o t ea n dt h en a t u r a lc o n d i t i o n sa r ev e r yb a d ，m a k i n gd e c i s i o na n d c o m m a n da r ed i f f i c u l t i nr e c e n ty e a r s ，m a n yt r a n s n a t i o n a lp e t r o l e u mc o r p o r a t i o n su s e d i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yt og e to v e rt h e m ，a n do b t m n e dm a x i m a lb e n e f i tf r o mi t t h et h e s i si s t os t u d yu n d e rs u c hb a c k g r o u n d 。 a tf i r s t ，t h et y p i c a lp r o c e s so fd r i l l i n ge n g i n e e r i n gi ss u m m a r i z e d ，t h e nd d c ( d r i l l i n g d a t ac e n t e r ) i sd e s i g n e db a s e do ni a d c i ti n t e g r a t e sa n ds h a r e sd r i l l i n ge n g i n e e r i n gd e s i g n s d a t a ，i a d cr e p o r tf o r m sd a t a ，r e a l - t i m ed r i l l i n gd a t a ，w e l ld r i l l i n gh i s t o r yd a t a ，s t a t i s t i c sd a t a a n dk n o w l e d g ed a t a b a s e do nd d c ，d r i l l i n ge n g i n e e r i n gd e s i g ns y s t e m ，w h i c hc o n s i s t so f s e v e n t e e nm o d u l e ss u c ha sp l a n n i n gw e l lt r a j e c t o r i e s ，r e a l - t i m ed r i l l i n gs u r v e y i n gs y s t e m ， w h i c hc o n s i s t so ff o u rs u b s y s t e m ss u c ha sr e a l t i m eg e o l o g i c a l & e n g i n e e r i n gd a t as u r v e y i n g ， d r i l l i n ga c c i d e n t sp r e v e n t i o na n dm e a s u r e m e n t ss y s t e m ，w h i c hc o n s i s t so ft h r e es u b s y s t e m s s u c ha sd r i l l i n ga c c i d e n td i a g n o s i s ，a n dn e t w o r kc o n f e r e n c es y s t e ma r ed e s i g n e da n d d e v e l o p e d t h ed r i l l i n gd a d aa c q u i s i t i o ns y s t e m ，d d ca n dt h ed r i l l i n gd e c i s i o ns u p p o r t s y s t e m sa r et h ep r i m a r yi m p o r t a n tp a r t so ft h ed r i l l i n gd e c i s i o ns u p p o r tp l a t f o r m t h ea p p l i c a t i o n si ns h e n g l io i lf i e l da n do t h e r so ft h ep l a t f o r ma r ea l s o i n t r o d u c e d f i n a l l y , t h ed e v i s i n gd i r e c t i o no ft h ep l a t f o r mi ss u g g e s t e d k e yw o r d s ：d r i l l i n g ，i n f o r m a t i o n ，d a t ac e n t e r , d e c i s i o ns u p p o r t 1 1 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均己在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期：彳年手月哕日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学雠文作者躲监丝 指导教师签名： 日期：川年夕月够e t 日期：叫年岁月节日 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第一章前言 1 1 钻井工程特点及形势 钻井是勘探开发的基本环节，是发现油气田、开发油气藏、提高采收率和增储上产 的重要手段1 1 。首先，它是最直接的勘探手段，只有通过钻井才能最终确定油气藏的存 在；其次，它是实现油气开发的唯一途径，油气只有通过钻井井眼才能输送到地面。不 仅如此，钻井已经成为提高勘探成功率和油气采收率的最重要手段之一。它具有以下特 点： ( 1 ) 资金技术密集 钻井工程本身就涉及到许多学科，而随着新技术的发展，钻井与机、电、液的结合， 钻井与勘探开发的融合，使得钻井越来越成为多学科交叉和技术综合集成的一项综合工 程。另外，钻井所需的投资在整个勘探开发活动中也占有绝对的高比例。据统计，钻井 费用在石油工业勘探开发费用中占有5 0 - - 8 0 的份额【2 1 。 ( 2 ) 条件复杂 一方面，钻井作业地区从陆地到海洋，从高山到荒漠，地域辽阔，地形地貌复杂多 变，有的自然条件极其恶劣，远离人烟，偏远荒芜，给施工带来极大的不便，给决策指 挥带来了更大的困难；另一方面，由于许多油气田已经进入开发中后期，剩余油分布地 质情况极为复杂，而新的勘探区域其地质环境更是复杂莫测，因此钻井面临的地下环境 也越来越复杂。 目前，钻井行业面临着严峻的形势： 一方面，随着油气勘探与开发事业的发展，必然对钻井的类型和技术内容提出新的 要求并有更高的期望，从而促进钻井技术内容的不断创新；另一方面，由于钻井费用高， 所以不断提高钻井技术水平和工程效率就成为石油公司降低勘探开发成本的主要着力 点。 概括起来讲，油气钻井技术发展的主要目标，一是满足油气勘探开发的目标需求及 提高勘探开发整体效益，二是提高钻井工程效率，降低钻井工程直接成本【2 1 。 1 2 国内外钻井信息应用现状与趋势 随着计算机技术的迅速发展，钻井软科学的研究和应用已越来越受到重视。利用信 息技术提高钻井综合技术水平、降低油田勘探开发综合成本已经成为一条非常重要的途 径。信息技术不但渗透到它的设计领域，而且也渗透到它的每一个施工细节。 第一章前言 国外油公司早在2 0 世纪8 0 年代开始将信息技术应用到生产指挥中，取得了巨大的 经济效益。井队钻井参数自动采集，生产信息及时送入现场计算机，通过通讯网络实时 传送到信息中心，经过专家会诊作出决策，反馈到钻井现场进行实时监督，指挥钻井生 产。到9 0 年代，他们开始研究建立集钻井、录井、测井、试油等数据采集、数据信息 传输、井场信息数据库、工程设计、工程施工监测和现场施工生产指挥为一体的信息系 统。国外石油公司将信息技术大量地应用到决策与指挥中，以提高企业的创新能力、应 变能力和综合竞争力，并最终赢得市场。 斯伦贝谢公司开发的作业支持中心( o s c ) 可以把多个钻井井场联系在一起，统一 管理，集体决策。哈里伯顿公司研制的集可视化、通讯、数据共享为一体的网络及并场 监控系统，可在作业者办公室为海上钻井提供连续支持【3 】。 b p 、a m o c o 、m o b i l 、t e n n e c o 、s u p e r i o r 和e n t e r p r i s eo i l 等石油公司相继开发、建 立了自己的计算机网络系统与工程分析指挥中心。为了保证边远、海上等环境恶劣地区 的作业质量，充分利用现场的实时数据，许多石油公司还建立了各自的大型油田信息中 心，有力地支持了公司决策，大大提高了生产效率，有效地降低了生产成本。 伴随着信息自动采集技术和三维可视化技术的提高，钻井决策正在向基于三维可视 化环境的实时施工监测、模拟与诊断方向迈进【4 】。 国内钻井信息技术应用在上世纪9 0 年代后期才得到快速发展。起初，各油田主要 是利用计算机进行钻井报表的管理，后来又研究应用了钻井轨道设计软件以及钻井数据 实时传输软件等单项应用系统。随着本世纪初的“数字油田”概念提出，钻井信息技术 的发展也步入了一个系统化、集成化的快速发展时期，胜利油田钻井工艺研究院提出了 以钻井数据中心、钻井技术决策咨询中心和钻井生产运营组织中心为总体架构的“数字 化钻井”系统规划，其中部分成果得到了现场应用。 1 3 本课题研究的目的意义 设计并应用钻井决策支持平台是国内外石油公司提高钻井决策水平的技术发展趋 势，也是胜利油田及其它国内油田的必然选择。其目的是通过建设钻井数据中心，改变 目前“分散、不全面 的信息管理模式，彻底消除“信息孤岛”，并充分利用各类数据 的集成优势，支持上层软件应用。这些软件有了强大的数据中心支持，各功能模块之间 可以无缝衔接，为技术人员提供方案设计、施工动态实时监测、事故预防与处理等决策 活动提供一套集成化的解决方案，为打造“数字化钻井”施工模式提供信息手段。 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第二章钻井决策支持平台架构设计 近年来，各大油田纷纷提出建设“数字油田”和“数字化钻井”的目标，以钻井数 据中心为基础的钻井决策支持平台架构就是针对这一目标来设计实现的。该平台的推广 应用，为油田钻井生产指挥和辅助决策起到了明显的作用，一定程度上提高了勘探开发 生产管理和施工决策水平。 2 1 钻井业务流程分析 钻井的主流程是从市场信息的收集与分析开始，经过地质设计、工程设计、钻前、 钻井施工、完井、试油( 采) 的全过程，其中钻井施工过程还包括管具、井控、欠平衡、 泥浆、固井、定向井、取心、井控、储层保护、复杂情况及事故处理服务等子流程和录 井、测井、试油( 或中途测试) 等关联业务，流程所涉及的单位除了钻井队外，还有钻 井设计单位、钻前施工队、固井队、定向技术服务队、欠平衡服务队、泥浆服务队、录 井队、测井队、试油队，以及上层的钻井公司、钻井研究机构和技术服务等单位。要实 现流畅的钻井数据采集和管理，我们必须以钻井主流程为主线，即把该流程分为钻井设 计、钻前准备、钻进旌工和完井交井等主要阶段，各环节规划相应的数据，然后将其它 分支流程的数据关联到相应的主流程上来( 钻井生产业务流程如图2 1 所示) 【5 】。 f 技术研究1 设计研究 一目目4 ， 、一 ，厂= 一、l ( 地质设计卜 工程设计 、，一， 生产组织 钻前 卜 并瓿 叁取密嚣茹举荤 钻# 过程 j r _ j ，一i 一 钻进施工i 固井i 取心1 录井，测井、测试 掣掣掣型唑掣幽掣辈 囊内鳎馏一 完并 图2 - i 钻井生产业务流程 f i g 2 - 1d r i l l i n gs e r v i c ef l o w 2 2 钻井决策支持平台架构 3 第= 章钻井决镕直持平台颦构设计 根据钻井业务流程设计的钻井决策支持平台，主要由数据采集系统、源头数据库、 现场辅助系统、远程传输系统、钻井数据中心、钻井决策支持系统和配套硬件设施构成 ( 钻井决策支持平台架构如图2 - 2 所示) 。 图2 - 2 钻井决晕支持平台架掏 f i g 2 - 2 d r i l l i n g d e c i s i o as u p p o r t p h f f o r ma r c h i t z c t u r e 数据采集系统主要实现钻井仪器仪表的信号解码以及现场各类数据的采集入库功 能：现场辅助系统主要是利用采集的数据实现重点参数的监测分析以及钻井轨迹调整等 辅助功能用于帮助现场工程师更有效地执行设计方案，并保证安全施工；远程传输系 统是利用现场至后方的各种网络( 包括有线网络和无线网络) 将现场采集的数据实时或定 时传送至钻井数据中心：钻井数据中心是本平台的核心部分，对钻井标准、工程设计数 据、工程动态数据、统计报表数据、井史数据、经营管理数据以及专家知识数据进行统 一编码与存储，为钻井生产管理和决策支持系列软件提供丰富的数据资源；钻井决策支 持系统由一系列决策支持软件构成，而这些软件一般都集成了专业计算模型，对相关数 据进行综合分析，为管理人员和技术专家提供决策依据和辅助功能；硬件设施主要包括 钻井现场用于数据采集的传感器、摄像头、终端计算机以及卫星地面站等网络设旌用 于后方的数据库和应用服务器、大屏幕、应用终端计算机和网络设施等。 中国石油丈学( 华东) i 程颤学位论文 第三章钻井数据采集与管理 钻井数据采集与管理功能主要包括由钻井基础数据采集、钻井施工参数实时采集与 传输、钻井生产运行管理数据采集、钻井数据中心等部分构成旧。 3 1 钻井基础数据采集与管理 钻井基础信息管理子系统主要实现钻井基础信息的采集与管理功能，具体包括 i a d c 班报表、钻井日报表和井史数据的录入、修改、删除、传输、接收和编码维护等 ( 系统首界面如图3 - 1 所示) 。 图3 - 1 钻井基础信息管理子系统界面 f i 9 3 - ld r i l l i n g f o u n d a t i o n i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts d t e m i n t e r f a c e 311i a d c 班报表数据采集与管理 该模块实现了i a d c ( i n t e m a t i o n a la s s o c i a t e dd r i l l i n gc o n l r a c t o r 国际钻井承包商协 会) 班报表标准的钻井生产管理、安全管理、钻井设备管理、井控管理、固井管理等5 大类1 4 种报表的现场采集功能，主要功能包括： ( 1 ) 所有报表的录入： ( 2 ) 数据修改、删除、查询及自动计算等功能，方便现场维护； ( 3 ) 数据继承功能，可有选择性地把前一天的某些数据继承过来，作少量修正即 可，提高了现场数据采集效率，减轻工作量； ( 4 ) 输出打印不同格式的报表功能，可按胜利油田、中石化两种格式输出和打印 班报表： 第三章钻井数据采集与管理 ( 5 ) 数据传输功能，可以有选择地将i a d c 报表数据通过无线网上传到公司数据 库； ( 6 ) 通过补录少量数据，自动生成钻井日报表功能。 这些报表包括： ( 1 ) 井基本信息报表； ( 2 ) 钻井生产管理报表，包括钻井班报表和钻井液班报表； ( 3 ) 钻井安全管理报表，包括井架及底座现场检查报告、钻井队周安全检查表和 钻井队周安全会议报告； ( 4 ) 钻井设备管理报表，包括钻井主要设备登记一览表和井场设备完钻及封存检 查与保养报告； ( 5 ) 钻井井控管理报表，包括井眼数据表、井控设备检查表和井控设备检查周报； ( 6 ) 固井管理报表，包括套管固井报告、入井套管及附件登记一览表、井场固井 工作预检表和固井数据表。 3 1 2 井史数据的提取与管理 钻井井史数据包括封面、基础数据、地质简介、设备情况、井身结构、井口装置、 钻具、钻井液、钻头、钻时、直井测斜、井径、钻井取心、地层压力试验、钻杆测试、 固井、复杂事故、井下事故、地面重大事故、钻井施工进度分析、主要材料消耗统计、 钻井工程成本结算、钻井日志、钻井月志、技术总结等二十多个大项。 ( 1 ) 数据提取 井史数据中的基础数据、地质简介、井身结构、钻具、钻井液、钻头、钻井取心、 直井测斜、钻杆测试、主要材料消耗、钻井日志等大部分数据可从i a d c 报表中自动提 取，无需重复录入。 ( 2 ) 井史数据补录 从i a d c 报表中无法提取到的数据项，可通过补录模块完成采集。 ( 3 ) 图形的自动生成 系统可提取井身结构数据后自动生成井身结构图、水平投影图和垂直投影图( 如图 3 2 )。 ( 4 ) 数据导入导出 系统可将外部数据( 如定向井测斜数据的仅t 文件) 导入到数据库中，亦可将本系 统的数据导出至e x c e l 文件中，便于共享使用。 6 中国石油大学( 华东) i 程硕士学位论文 图3 - 2 自动生成井身结构图界面 f i g 3 - 2c a s i n g p r o g r a mg r a p ha u t w d r a w i n g i n t e r f a c e ( 5 ) 编码维护 系统可实现公司名称、井队名称、井型、井别、地质时代名称、地质层位、钻头类 别、钻井液类型等1 2 9 张编码表的维护。 ( 6 ) 数据审核上报 由钻井队采集的各类数据经过钻井公司有关技术人员审核后先后汇总到钻井公司 数据库和钻井数据中心( 如图3 - 3 ) 。 望曼j 型翌翌i 竺坚望一j ! 型! & 。 。飞。l 。廿斗i f 蝈 ! 一j 曼墅! 竺型一卫! 生一l ! ! 竺! 一! 竺竺 ( 7 ) 井史打印 图3 - 3 数据审核上报流程 f i g j - 3d a t a a u d i t i n g t r a n s m i s s i o n f l o w 第= 章钻井教据采集与管4 实现了对井史数据的查询、打印预览，并按照标准模版输出打印成册的井史，用于 书面存档。 3 l3 统计数据的提取与补充 为了便于各级管理部门可以从宏观上把握每月和每年的钻井技术指标和工作量情 况，需要根据统计分析的需要从井史数据中提取单井的部分数据，然后通过补充一些其 他数据进行统计计算，形成公司级、油田级和集团级所需的月报和年报数据。 ( 1 ) 提取单井井史数据 系统提供数据提取接口进行服务器配置后，可从井史数据中选择性地提取井基础 数据、钻头数据、套管数据、特殊工艺井数据、小井眼数据、欠平衡工艺数据等，直接 存入钻井统计数据表中( 如图3 - 4 ) 。 围3 一单井井史敷据提取界面 f i g 3 。lw e l l d r i l l i n gh i s t o r y d a t ae x t r a c t i o n i a t e r f a c e ( 2 ) 单井数据补充录入 钻井统计分析需要大量的数据既包括单井的，还包括钻井队伍的相关数据，这些 数据并非都能从井史数据库全面提取，还需要补充录入。 该模块提供了完整的单井数据录入功能，如果事先已经提取了部分井史数据，可在 录入界面上自动显示出来，便于对数据的进一步审核和补充不完整的数据项。包括录入 普通单井、分支井和丛式井的基础数据、指标数据、时效数据、钻头数据、套管数据、 事故数据、特殊工艺井数据等。 ( 3 ) 单并累计信息计算 系统基于以上基本数据，利用内置的累计计算方法实现对单井信息的月合计和累计 计算。月合计是对一个月的单井数据进行计算；累计分两种情况：一是对本年内的本月 中国i 油大学( 乍东) i 程硕士学位论文 以上月份( 包含本月) 的单井数据进行计算，如事故累计、钻头累计：二是对本月以上 月份( 包含本月) 的单井数据进行计算，如单井累计。 ( 4 ) 施工队伍数据采集 包括队伍基本信息录入、队伍钻机动力录入、队号修改等功能。其中队伍基本信息 录入主要是采集钻井队号、钻机型号、钻机投产日期、资质情况、准入证情况、队伍职 工人数、队伍管理人数等信息：钻机动力录入主要采集各动力设备型号、数量及其技术 参数等信息；队号修改主要用于钻井队番号的变更。 3 2 钻井施工参数实时采集与传输 随着数据采集仪器和网络技术的发展，各类技术参数的自动采集和实时传输为远程 实时决策提供了先进的手段_ 】。本系统实现的数据接口利用综合录井仪和钻井参数仪等 数据聚集仪器或传感器的内置协议，自动完成数字信号的截取和处理，自动获得工程数 据、气测数据、钻井液数据、泥浆池体积数据，还可从m w d 和l w d 等随钻测井仪器 截取电阻率、中子、密度、声波、自然伽玛以及井斜数据。这些自动截取的数据，可按 预先设定的时间间隔( 一般在5 1 0 秒) 进行处理并存入现场数据库( 钻井参数自动采 集与实时传输网络结构如图3 - 5 所示) 【”。 。袭。 g 图3 - 5 钻井参数自动采集与实时传输网络结构圈 f i g3 - 5f r a m e o f a u t o m a t i ca c q u i s i t i o n r e a l - t i m e t r a n s m i s s i o no f d r i n i n g p a r a m e t e r s 第三章钻井数据采集与管理 3 2 。1 数据自动采集 由于各种采集仪器所采用的数据通信协议没有统一标准，因此从这些仪器截取数据 时需要根据每个仪器的通信协议编写不同的数据接口，一般有文件共享、w i n s o c k 和 w i t s m l 几种方式。目前已经实现接口的有d l s k d l s c h i n a 录井仪器、g e 0 6 0 0 0 录 井仪、s d l 9 0 0 0 录井仪、s r t 2 0 0 0 录井仪、b g l 0 录井仪、b j 2 0 录井仪、c p s 2 0 0 0 录 井仪、神开2 0 0 0 录井仪、神开2 0 0 1 录井仪、神开2 0 0 0 c 录井仪、神开2 0 0 0 f c 录井仪、 d a t a l o g 录井仪、a l s i i 录井仪、神开c m s 录井仪、s z l 9 5 3 录井仪、s l z 2 a 参数仪、 神开系列参数仪、江汉s 勾参数仪等二十余种仪器【7 1 。 ( 1 ) 工程参数截取 从综合录井仪、钻井参数仪或相关传感器可以截取井深、钻头位置、大钩位置、大 钩负荷、转盘转速、转盘扭矩、钻时、钻压、钻速、立管压力、套管压力、d c 指数、 1 撑泵冲、2 撑泵冲、3 牟泵冲等十几道参数。 ( 2 ) 气测参数截取 从综合录井仪、钻井参数仪或相关传感器可以截取总烃、甲烷、乙烷、丙烷、异丁 烷、正丁烷、正戊烷、异戊烷、二氧化碳、硫化氢等气体的实时含量。 ( 3 ) 钻井液参数截取 从综合录井仪、钻井参数仪或相关传感器可以截取入口密度、出口密度、入口流量、 出口流量、入口电导、出口电导、入口温度、出口温度等重要参数。 ( 4 ) 池体积参数截取 从综合录井仪、钻井参数仪或相关传感器可以截取总池体积以及各泥浆池体积的实 时数据。 ( 5 ) 随钻测斜参数截取 从m w d 随钻测斜仪可以自动截取井斜角、方位角和工具面角等几何参数。 ( 6 ) 随钻测井参数截取 从l w d 随钻测井仪可自动截取电阻率( 深电阻率，中电阻率，浅电阻率) 、自然 伽玛、中子孔隙度、密度、声波等地质参数。 3 2 2 数据远程实时传输 现场自动采集的这些参数在井场计算机内，经数据采集系统快速于处理后写入井场 数据库，在为现场提供数据展示的同时，采用加密方式打包远程实时传输至后方数据中 心【8 1 。 1 0 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 ( 1 ) 数据编码 从不同系统获得的数据格式各不相同，在截取数据后必须按一定方式进行数据的编 码。编码方式应具有压缩性强、格式统一和操作简单等特点，编码后的数据为一个定长 的数据包。对不同类型的数据可用标志位加以区分，这样便于数据的发送和识别。利用 数据加密、数据压缩等功能，提高了传输数据的安全性和传输比。 ( 2 ) 数据的传输策略 利用数据库系统本身的数据加密、压缩功能以每条数据记录作为传输的单位，提 高传输数据的安全性、传输比和实时性，实现无人值守。 使用数据库触发器作为记录未传输数据记录的手段，建立数据队列，同时实现网 络断线自动检测和重新连接，保证数据断点续传。 根据传输数据种类的不同确定不同的优先级和传输策略，既保证新数据的实时传 输，又兼顾历史数据的续传。 为了能够真实地反映井场的实际操作和参数变化情况，数据传输的时间间隔不能 太长，目前常用的间隔有6 秒、1 0 秒和3 0 秒等等。 ( 3 ) 数据传输链路 井场与后方数据中心间的数据传输可以采用有线和无线传输两种方式。目前经济简 便的通讯方式为利用普通有线电话网和g p r s 移动通讯网，其次是微波通讯和卫星通讯。 实际应用表明：实时数据传输速率基本上可以达到现场与基地数据的同步，不会影响软 件系统对钻井过程的实时监测。各种传输方式的特点如下： 有线网 利用公共电话网或者地面专线进行数据传输是比较经济实用的数据传输方式，此方 式投资少、设备简单、速度快，并且不受传输距离的限制。 g s m c d m a 无线网 g p r s 或c d m a 移动通讯网可提供从钻井现场到基地中心机房的数据链路，使用无 线网技术，费用低，效率高，质量好。 通讯卫星 这种传输方式要求有卫星通道和卫星地面站。其特点是干扰小，信号稳定，可移动 性强，不受传输距离的限制，它是目前野外施工现场与基地间广泛采用的数据通讯方式。 特别是在边远和沙漠戈壁地区，是首选的远程数据通讯方式。 第三章钻井数据采集与管理 3 3 钻井数据中心 为实现钻井技术和生产管理的决策支持，首先需要设计一个内容覆盖全面、逻辑结 构合理、数据提取便捷的钻井数据中心。该数据中心从逻辑上来讲是一个“总数据库”， 而在物理上来讲，并不需要在一个数据库服务器同一存储。构建钻井数据中心首先要进 行全面、合理的数据表设计，其次是进行数据流设计，最终要进行数据访问和接口设计， 为其上层的决策支持软件提供信息支持。 3 3 1 钻井数据中心总体设计 为充分利用钻井各环节产生的大量数据，进而充分挖掘能为钻井生产和技术决策提 供支持的信息，针对钻井设计、钻井施工、钻井完井的全过程的各个应用主题设计了l o 个主题数据库，这些主题库基本遵循统一的设计原则，保证各库之间数据共享和无缝连 接。其中钻井生产管理数据和经营管理数据主要存储于公司级钻井数据中心，用于公司 级的日常生产衔接及经营分析管理，其他各库在局级和公司级钻井数据中心同时存储且 互为备份，保证局处两级领导和技术人员的决策支持数据保证( 钻井数据中心总体设计 如图3 - 6 所示) 9 1 。 图3 - 6 钻井数据中心总体设计 f i g 3 6d r i l l i n gd a t ac e n t e rl a y o u t 1 2 中国石油大学( 华东) m 程硕士学位论文 3 3 2 主题数据库表设计 钻井数据中心的主题数据库设计首先从钻井生产业务流程出发，优先考虑核心流程 的数据规划，满足不同主题、不同环节决策支持的应用需求，目前设计了以下几类数据 ( 由于生产管理和经营管理数据库主要用于公司级的管理和决策，且目前尚在建设之 中，地质环境数据需要从勘探开发数据库提取，本文不作阐述) ： ( 1 ) 钻井工程设计数据库表 根据钻井工程设计领域进行分类，主要包含：轨道设计、井身结构设计、钻井液设 计、钻井参数设计、固井设计、欠平衡设计等在内的7 5 张数据表。 ( 2 ) i a d c 班报数据库表 根据国际钻井承包商协会制定的标准，包含钻井生产管理、安全管理、钻井设备管 理、井控管理、固井管理等在内的8 4 张数据表。 ( 3 ) 钻井实时数据库表 该库表用来存储通过现场仪器自动采集并实时传输来的数据，主要分为钻井工程参 数、轨迹空间位置参数和地质参数三大类，它们分别来自综合录井仪( 或钻井参数仪) 、 m w d 和l w d ，主要包括钻井工程参数深度序列数据、钻井工程参数时间序列数据、 钻井工程参数实时交换数据、m w d 时间序列数据、l w d 深度序列数据、l w d 时间序 列数据。 ( 4 ) 井史数据库表 根据井史行业标准的设计，包含基础数据、地质、固井、钻具、钻杆测试等在内的 5 2 张数据表。 ( 5 ) 钻井统计数据库表 钻井统计数据库表主要包含技术统计报表、综合统计报表和单井统计报表三类共5 1 张数据表。 ( 6 ) 钻井专家知识库 钻井专家知识库主要针对常见的复杂情况和事故类型设计了相应的数据表，每类事 故包含多个小类，具体数据项包括事故原因、特征、预防、注意问题、事故示意图片或 动画、事故的处理措施、典型案例、处理事故常用工具以及相关计算工具等，在复杂地 质构造和复杂地层安全钻井中，主要包含钻井技术的难点、对策和建议。 ( 7 ) 钻井编码及常量数据库表 包括井型、井别等固定编码及常量数据共7 1 张数据表。 1 3 第三章钻井数据采集与管理 3 3 3 数据加载 尽管钻井数据中心的各主题数据库经过统一设计、相互关联，但不同数据的加载方 式不尽相同。钻井设计数据是通过钻井工程设计一体化系统自动加载到局级数据中心， 同时局级数据中心管理维护人员从勘探开发数据中心提取所需的钻井地质数据并加载 入库，同时负责整理和更新相关编码、常量以及专家经验知识并加载入库；而在钻井施 工现场采集的i a d c 数据、钻井井史数据、钻井实时参数、钻井生产管理和经营管理数 据则首先加载到钻井公司级数据中心，满足公司日常生产运营的数据应用，在此过程中， 钻井公司技术人员需要对相关数据进行审核、修正，同时利用统计系统自动生成统计数 据，最后将正确的i a d c 、日报、井史以及统计数据自动输送至局级钻井数据中心；鉴 于实时数据的特殊性，该数据主要在现场进行仪器校准以保证数据的准确性，因此传输 至公司级数据中心的同时，也同步写入局级钻井数据中心，以支持局级专家和领导的决 策；对于胜利油田四十多年来存档的三万多口井的纸质井史资料，将其全部数字化并加 载到两级数据中心，保证井史资料的完整性。为了满足钻井公司越来越丰富的信息应用， 已经加载至局级钻井数据中心的钻井设计书、信息编码、常量以及经验知识数据，可以 根据需要利用内部接口“倒灌至钻井公司数据中心( 钻井数据中心数据加载流程如图 3 7 所示) 。 图3 7 钻井数据中心数据加载流程 f i g 3 7 d a t al o a df l o wo fd r i l l i n gd a t ac e n t e r 1 4 中国石油大学( 华东) i 程硕士学位论文 3 34 数据发布 钻井数据中心建立起来后，为了方便广大技术人员对数据的简单检索和查询，项目 组开发了钻井数据中心数据旋布系统，实现了数据中心各类数据的全方位展现( 钻井数 据中心查询网页界面如图3 - 8 所示) 。 一1一_i磐m一 口；自 薰l 地悼龇 图3 - 8 钻井数据中心查询阿页界面 f i g j 8d r i l l i n g d a t ac e n t e r q u e r y w e b i n t e r f a c e 钻井工程设计结果网上查询包括快速查询、统计查询、设计查询、末完成设计查询、 已完成设计查询。可按油田、区块、井号、井段、井别、井型、完钻层位、开钻次序、 设计时间、井斜角、水平位移、套管尺寸、套管下深等多个条件任意组合进行查询。快 速查询的数据包括：基本数据、详细数据、以及轨迹图、工程进度计划图钻井液密度 图等；统计查询的数据包括：井口数、总井深、平均井深、钻井液完钻平均密度等，同 时统计结果以直观的柱状图显示。对于入库的设计书可根据井号进行查询；对未完成和 已完成设计井均可查询其各设计子项的设计结果，还可提取完整的电子版钻井工程设计 书。 钻井生产日报可按闩期进行汇总表查询，可按井号查询每天的日报，还可自定义条 件进行灵活查询可根据日期查询搬按井队、完钻井队和正钻井队情况( 钻井日报查询 网页界面如图3 - 9 所示) 。1 a d c 数据查询可查询每口井的8 4 张报表的详细数据，还可 以根据油田一区块井号进行信息筛选查询。 熏露 糊酽器 第= 章钻井数据采集与管理 t 一! 【 ! ! ! ! j ! ! 固e j ! ! ! 口4 些 ? 莒鼍裟i 嚣蓄嚣黜# 嚣矗矗矗矗盘懿鼎昂品盎n 拦器譬 一茹 基”曼篓；i 篡喜黧篓：i i i ：兰童i ：；_ _ ! ! i i 1 i # z _ _ _ e eeq0 m = 0 - 一_ m m e 一h - _ j _ * _l “ l 一 0i = j * n j t1 1 rr ，w， 图3 - 9 钻井日报查询网页界面 f i 9 3 - 9d r i l l i n g d a i 聃r e p o r tq u e r y w e b i n t e r r a 蚀 钻井井史查询可按照区块、井号等条件对井史中的数据表信息进行查询包括封面、 基本数据、地质简介、井身结构、井r 7 装置、钻具、定向井、井径、钻井取心、地层压 力试验、钻杆测试、固井、复杂情况、井下事故、地面重大事故、钻井施工进度分析、 主要材料消耗统计、钻井工程成本结算、钻井日志、钻井月志、技术总结、钻井设计等： 系统提供自定义条件查询功能，即用户可以对选定的数据表任意选择字段按照用户提供 的查询条件进行查询，查询结果可以用户选择按字段升序或将序排列；系统提供了灵活 奋询功能，即可以选择井史中的任意数据表中的任意字段按照用户提供的条件进行灵活 查询；系统提供字段查询功能，即用户可以查询字段的字段名、字段所在表名、表名 描述、表名所属类别等信息：系统提供分支井查询功能即用户可以按照主井号查寻相 应分支井的信息。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第四章钻井决策支持软件 4 1 钻井辅助设计软件 4 1 1 轨道设计 进行轨道设计，需要地质部门提供的设计井基础数据( 如井口纵坐标、横坐标、井 型) 和靶点数据。进行靶点设计时，允许任意多个靶，各靶可为圆靶、半圆靶、四分之 一圆靶、扇形靶、矩形靶( 允许靶上、靶下、靶左或靶右值为0 ) ，并且允许相邻两靶关 联形成靶段。 ( 1 ) 定向井剖面类型 系统所能选择的定向井剖面类型有：直增、直一增一稳、直一增一降、直一增一 降一稳、直一增一稳一降、直一增一稳一降一稳、直一增一稳一增一稳：常规水平井剖 面类型有：单增、双增、三增、增稳增、增稳增稳增，同时可选择进行二维或三维设计。 剖面设计时，可从设计起点( 井口或侧钻点) 开始进行任意轨道的设计，即任意增加若干 个井段，从而设计出任意的轨道类型，也可以在向导式操作指导下，任意增加若于个井 段，将二者进行配合使用。 ( 2 ) 中靶方式 系统可供选择的中靶方式分为常规中靶方式或特殊中靶方式。其中，常规中靶方式 包括稳斜中靶、稳- 增( 降) e p 靶、增( 降) 稳中靶、降增中靶、增降中靶、双增中靶；特 殊中靶方式包括悬链线中靶方式( 悬链线、修正悬链线、准悬链线等) 、斜面圆弧法中靶 方式、恒工具面角法中靶方式【1 0 1 。 ( 3 ) 轨迹图绘制 系统可实现二维图、三维图、真三维图( 钻井轨道二维图绘制界面如图4 1 所示) 。 图中显示当前井、井组( 丛式井组或分支井) 或多口井的相关数据信息。图形辅助功能有： 鼠标在图中移动即时信息显示、局部缩放查看、坐标级值调整等，对于真三维图还可进 行任意角度的旋转。 ( 4 ) 辅助功能 系统辅助功能包括：磁参数计算功能( 针对井口纵坐标、横坐标计算磁偏角与方位 修正角) 和坐标推算功能( 当井口坐标与两个靶点坐标共线时，由已知的两点坐标推算第 三点坐标) ，在己知补心高时进行轨道设计程序计算将自动考虑补心高，在输入漂移规 律后可对设计轨道进行方位漂移校正。 1 7 第口章钻井决策支持软件 e 口口i 口d 口口目日a 日日e a ；目 i 书 删d 一_ - 型! d 删口d 丑4 1 删) b b b b 埋b l ! 剧- r 靠- 曰蹿嚆秘静啭并孺嗝磊簪晶嘎书焉牌簪氍琢霜冁俨辟孵丽1 0 硐 口一 i * r i ，“- i h ，r e j l c 蛳t 删一1 矿扩r i口“6 “ i “w 1 i4 t r l # 2 1 7 “w “t