用Power Builder工具开发通用的喷射钻井水力程序设计软件.doc

用Power Builder工具开发通用的喷射钻井水力程序设计软件吕苗荣（江汉石油学院石油工程系，湖北荆州 434102） 摘要 喷射钻井水力程序设计是进行一口井钻井工程设计的重要内容之一，也是实现安全、快速和优质钻井的重要前提。针对目前所存在的问题，笔者选用Power Builder开发工具结合Sybase数据库，研制了通用的喷射钻井水力设计程序。该软件具有日常的数据维护管理方便、操作简单、用户界面美观友好、并采用了图形显示等优点；该软件可以在个人微机或网络机上运行，是进行钻井工程设计和现场施工参数计算的有力工具。主题词 喷射钻井；水力设计；钻头水力参数；软件开发；数据库一、前言 进行喷射钻井水力程序设计是实现高压喷射钻井的关键，目前已经有很多较为成熟的水力程序设计软件。但是这些软件在编制水平与运行环境上存在着很大的差异，实用性不强、软件维护困难以及与用户的界面友好程度低是带有普遍性的问题。笔者利用Power Builder开发工具，在Windows环境下开发了一个较为完善的喷射钻井水力程序工具软件，较好地解决了这一难题。另外，由于Power Builder是具有图形界面的分布式数据库前端工具，本软件就是利用了这一优点将数据库和工程设计软件之间实现了很好的连接。数据的日常处理可以由数据库应用工具自身完成，从而极大地减轻了数据管理维护和处理的工作量。二、程序设计的体系结构本水力程序设计的体系结构大体上可以分为两个模块：数据输入模块和水力参数设计模块。数据输入模块可以实现数据的输入、修改、追加和删除等日常操作，并将它们保存在Sybase数据库中；这些数据包括钻井泵、喷嘴、钻具尺寸等基础数据，以及泥浆性能、钻头、钻具结构和井身结构等设计数据两大类（见图1）。水力参数设计模块的用户界面图见图2。由于Windows程序是事件驱动的，因此从图上可以看出，水力设计的工作方式（最大水功率或射流冲击力）、喷嘴数量（16个）、喷嘴系列、钻井泵型号、缸套直径等选项可以进行方便的选择与切换。水力程序设计的任务就是在人机交互方式下优选出满足机泵条件的最佳设计结果。在优选过程中，本软件的一大特色是将实际的循环系统水力特性曲线图在图2的右上角进行了直观的表示，以便用户在设计过程中能更好地进行设计方式、状态及效果的判别与处理；同时，在用户给定的条件下程序的运行可以实现缸套直径的自动优选，以及理论最优流量和当量喷嘴直径的计算。 泵维护 钻井泵型号（泵型号和泵额定功率参数） 泵性能（对应缸套直径下的额定泵压与排量） 基础数据 喷嘴维护 喷嘴系列、直径和类型 钻具维护 钻铤内径和外径 钻杆内径和外径 按旋转粘度计读数方式输入 设计数据 泥浆性能 按宾汉流型方式输入 数据输入 按幂律流型方式输入 钻头 钻头尺寸、类型输入模块的功能 钻头的下钻井深和起钻井深 按井段 按井段输入钻具的内外直径和长度， 设计与输出 钻具结构 然后分配到各只钻头对应的记录中 按钻头 输入每只钻头钻具内外直径和长度 流量限制 输入设计井各井段的最大流量和最小流量 水力设计 进入设计模块进行全井各只钻头的水力参数优化设计 结果的显示与输出 显示喷射钻井水力程序设计结果图1 喷射钻井水力程序设计软件体系结构图2 喷射钻井水力程序设计用户界面图例三、程序设计的基本原理目前，这个设计工具是在美国壳牌公司所提供的计算方法的基础上编制而成的，可参见文献1。但由于采用了模块化的体系结构，因此可以很方便地加入其它的计算公式（如宾汉、幂律或卡森流型循环压耗计算公式），并在各种方法之间进行方便的切换。该模块的程序设计原理见图3。从数据库中读入数据，并初始化选择设计钻头的序号，作出循环系统和钻头的水力特性曲线图根据喷射钻井工作方式选择最佳缸套，并计算理论最优流量与泵压按实际钻井条件选择流量（定流量设计）或泵压（定泵压设计） 否 判别给定条件是否可行 是计算单、双和三喷嘴组合的理论当量喷嘴直径以及等径喷嘴直径选择喷嘴组合方式计算相应喷嘴组合下的可行喷嘴组合，并显示按最优条件进行排序的结果 选择实际喷嘴组合 计算相应喷嘴组合下的钻头水力和循环系统水力特性参数 否 按事件驱动方式对不 设计结果合理吗？ 合理部分进行调整 是显示设计结果，并存入数据库进入下一只钻头的设计或退出运行图3 钻头水力程序设计运行逻辑框图运行这个水力设计程序，除了图2中的井号、泵型号、钻头和泥浆数据以及设计结果不能修改外，其他的所有数据均可以直接在屏幕上进行改动，并将改动后的最优计算结果予以显示，人机交互相当方便。四、数据库和水力程序设计过程的接口凡是本设计所用到的数据和设计结果，笔者都将其归口到了Sybase数据库上进行统一的维护与管理，具体情况见表1的说明。由于采用了Power Builder开发工具，因此对输入数据与计算结果的维护管理显得十分的方便，每口井所有的水力设计数据都保存在一个数据库文件中。因此也克服了用一般的数据文件管理方式中存在的分散、重复输入、不能共享、文件多而杂乱等缺陷。表1 喷射钻井水力程序设计数据库表的主要内容表名存储功能主要数据项PUMP1泵型号各种不同钻井泵的型号，冲数和额定功率等数据PUMP2泵性能每种泵型号对应缸套直径的额定流量和额定泵压数据NOZZLE喷嘴数据所有各种不同类型、系列的喷嘴直径数据DRILL_SIZE钻具尺寸所有类型钻铤和钻杆的编号、内外直径等BIT_RESULT钻头数据每只钻头的型号、尺寸、类型、起下钻深度，钻头水力参数，喷嘴组合，循环系统水力损失，上返速度，泥浆泵缸套直径，泵压，流量，泥浆密度等数据DRILLMUD泥浆性能每只钻头的泥浆性能数据，即3转、300转、600转读数，泥浆粘度和切力（宾汉流型）或流性指数和稠度系数（幂律流型）；泥浆密度WELL_CASING井身结构各层套管的外径、下深、钻头直径和下套管时泥浆密度DRILLSTEM钻具组合每只钻头所用钻具的序号、内外直径、长度五、软件的特色 1 本软件采用了目前流行的Power Builder工具进行水力程序设计工具的开发，可以在网络或个人计算机上方便地使用，从而极大地提高了软件的适用性，具备在Windows环境下运行软件的众多优点。 2 利用Power Builder工具和Sybase数据库，实现对所有数据进行日常的维护和管理，从而大大减轻了数据处理的难度和工作量。在输入模块中一旦确定了设计井井名，这些数据均能在相应的数据窗口下调出显示，可直接修改、输入、追加或删除，并按提示进行保存，这是其它开发工具（如Visual Basic，C+等）难以做到的优越性能，即使能做到也要化很大的工作量来开发相应的接口程序。 3 能够将数据库和工程设计软件有机地联结成为一体，使水力程序设计软件成为一个比较独立的单元，既可以用于工程设计，也可以在现场进行即时的计算。 4 由于采用了模块化的设计方法，软件的维护与管理十分方便。而且针对不同的计算方法，完善和提高的工作量不大。 5 在进行水力程序设计时，由于利用了对各种控件的有效控制，使得设计过程既具有事件驱动的特色，也使运行过程更加符合实际的设计逻辑。这一设计过程与同类型的软件相比使用起来更为简便。 6 在设计过程中提供的循环系统和钻头水力特性曲线图，可以大大地方便了设计人员对水力设计总体情况的把握，以便设计出符合实际的最佳结果，为提高钻井泵水力功率的实际利用率打下坚实的基础。六、运行效果 本软件经过了同江汉油田和中原油田大量实际工程设计书设计结果的对比，验证了本软件设计的可行性和可靠性，并通过了相应的技术鉴定。表2