李　瑋　趙菁菁　高　磊　孫維國　劉景宇（.東北石油大學(xué)，黑龍江大慶　68；.新疆油田公司工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依　84000；.新疆油田勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆克拉瑪依　84000）

基于Android的鉆井風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時診斷與評估系統(tǒng)

李瑋1趙菁菁1高磊1孫維國2劉景宇3
（1.東北石油大學(xué)，黑龍江大慶163318；2.新疆油田公司工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依834000；3.新疆油田勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆克拉瑪依834000）

鉆井風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確診斷與及時決策直接影響到鉆井工程作業(yè)的成本，甚至關(guān)系到鉆井作業(yè)的成敗?；贏ndroid平臺構(gòu)建鉆井風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時診斷與評估系統(tǒng)，對鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的井上問題進(jìn)行了實(shí)時診斷和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估。該系統(tǒng)利用Android+ Java Web+ SQL Server框架設(shè)計(jì)，以移動辦公設(shè)備為媒介，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)建，以新疆油田某區(qū)塊T1井為例，分析了該井套管在非均勻構(gòu)造應(yīng)力作用下的套損問題。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)判斷準(zhǔn)確性高，PC機(jī)便攜性好，具有操作簡單、高效準(zhǔn)確等特點(diǎn)。鉆井風(fēng)險(xiǎn)診斷及風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)以智能手機(jī)及平板電腦為載體，保留了PC機(jī)版的準(zhǔn)確性，同時可以隨時隨地辦公、節(jié)約了時間、提升了效率。

鉆井風(fēng)險(xiǎn)；診斷；Android；數(shù)據(jù)庫

隨著油氣勘探開發(fā)的發(fā)展，地質(zhì)條件與鉆井條件越來越復(fù)雜，鉆井事故常有發(fā)生，如果能夠在鉆井操作前對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行初步預(yù)估，可有效降低出錯率、并節(jié)約大量人力物力［1］。早期工程技術(shù)人員對鉆井風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)估及問題判斷、解決主要依靠經(jīng)驗(yàn)，但是人為判斷的準(zhǔn)確性較低，且受精神狀態(tài)、現(xiàn)場環(huán)境、作業(yè)時間點(diǎn)等多方面的因素影響。

目前，計(jì)算機(jī)應(yīng)用已經(jīng)普及。國內(nèi)外工程技術(shù)人員多通過計(jì)算機(jī)對鉆井風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，評估的準(zhǔn)確性和速度都得到了大幅度提高。在國內(nèi)，西南石油大學(xué)陳銳等［2］研究開發(fā)的鉆井風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時監(jiān)測與診斷系統(tǒng)在遼河興隆臺油田進(jìn)行了應(yīng)用；中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院［3］自主研發(fā)的ANYDRILL鉆井工程設(shè)計(jì)與工藝軟件其中也包括對于鉆井問題的監(jiān)測、診斷和評估等功能。國外具有代表性的是斯倫貝謝和BP公司聯(lián)合開發(fā)的無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井（NDS）技術(shù)系統(tǒng)［4-5］，該系統(tǒng)在克拉瑪依和迪那地區(qū)已成功應(yīng)用，大幅度地減少了鉆井成本。以上應(yīng)用軟件都依賴于PC機(jī)，但PC機(jī)不僅便攜性差，且主要放置在科研院所中，遠(yuǎn)離事故現(xiàn)場。在鉆井過程中如遇到突發(fā)井下事故，不在現(xiàn)場的工程技術(shù)人員很難準(zhǔn)確了解現(xiàn)場實(shí)際情況?；诖藛栴}，筆者在Android平臺上，開發(fā)了一款鉆井風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時診斷與評估系統(tǒng)，構(gòu)建了一個穩(wěn)定安全的手機(jī)應(yīng)用APP，來應(yīng)對現(xiàn)場各種鉆井問題。

1　系統(tǒng)的功能及流程

1.1實(shí)時診斷功能

據(jù)近年鉆井?dāng)?shù)據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在施工過程中，處理井下復(fù)雜情況和鉆井事故的時間可占鉆井總時間的6%～8%［6］?？梢姡_預(yù)測和監(jiān)測井下實(shí)時狀況并對相關(guān)問題進(jìn)行初步診斷可以縮短施工時間、提高鉆井效率、減少人力財(cái)力的投入。

鉆井工程是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其過程中會產(chǎn)生大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)表現(xiàn)出不規(guī)則性、不穩(wěn)定性、非線性、不透明性等。這些數(shù)據(jù)卻包含著地層性質(zhì)、巖石性質(zhì)、鉆頭類型、鉆井液性能、鉆具失效及鉆速快慢和成本等方面信息。及時對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理就可以對鉆井問題進(jìn)行實(shí)時診斷。

根據(jù)用戶更新的真實(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)、范例分析算法進(jìn)行計(jì)算分析，可較為準(zhǔn)確地描述井下狀況，避免人為的主觀臆斷影響事故處理進(jìn)度。

1.2實(shí)時評估功能

對鉆井各種問題進(jìn)行指標(biāo)化，以鉆井風(fēng)險(xiǎn)為主，兼顧費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)和地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)建立了鉆井風(fēng)險(xiǎn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別法和模糊綜合評價(jià)法，2種方法相互彌補(bǔ)各自不足，使得鉆井風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果更具參考性和準(zhǔn)確性［3］。該模塊的鉆井風(fēng)險(xiǎn)評估層次結(jié)構(gòu)根據(jù)T. L. Saaty提出的層次分析法（APH）建立［7-8］，如圖1所示。

1.3系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

數(shù)據(jù)流程圖（Data Flow Diagram），簡稱DFD，是軟件工程中需求分析階段描述軟件系統(tǒng)邏輯模型的常用工具，可形象描述信息在系統(tǒng)中流動和加工處理的情況，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖如圖2所示。

圖1　評估層次結(jié)構(gòu)

圖2　系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

本系統(tǒng)主要完成鉆井問題的實(shí)時診斷以及風(fēng)險(xiǎn)評估功能，用戶可通過在手機(jī)上輸入相關(guān)參數(shù)對鉆井問題進(jìn)行初步判斷，也可從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)來查看評估結(jié)果。

2　系統(tǒng)相關(guān)開發(fā)工具

2.1Android平臺簡介

Android平臺是基于Linux內(nèi)核的開源操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用于智能手機(jī)和平板電腦等移動設(shè)備。該平臺早期由Google公司開發(fā)，后由開放手機(jī)聯(lián)盟開發(fā)。Android平臺采用Java編程語言開發(fā)，其體系結(jié)構(gòu)分為四層：Linux內(nèi)核層、中間層、應(yīng)用程序框架層和應(yīng)用程序?qū)樱?］。Android平臺以其開放性、多樣性以及豐富的資源迅速成長，成為全球市場占有率最大的手機(jī)操作系統(tǒng)。

2.2Java Web結(jié)論與建議

Java Web是利用Java解決相近Web互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)綜合，其中Web包括Web服務(wù)器和Web客戶端兩部分。Java在客戶端的應(yīng)用有Java Applet，不過應(yīng)用范圍有限；Java在服務(wù)器端應(yīng)用非常廣泛，如JSP、Servlet等，常用框架有MVC、SSH和SSI等［10］。

2.3SQL Server數(shù)據(jù)庫

SQL Server是一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，最初由Microsoft、Sybase 和Ashton-Tate三家公司共同開發(fā)。本系統(tǒng)所采用的Microsoft SQL Server 2005是一個全面的數(shù)據(jù)庫平臺，使用集成的商業(yè)智能（BI）工具提供了企業(yè)級的數(shù)據(jù)管理。Microsoft SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫引擎為關(guān)系型數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供了更安全可靠的存儲功能，開發(fā)簡便，使用戶可以構(gòu)建和管理用于業(yè)務(wù)的實(shí)用性強(qiáng)并且高性能的數(shù)據(jù)應(yīng)用程序［11-12］。

3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鉆井風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時診斷與評估系統(tǒng)設(shè)計(jì)即采用C/S結(jié)構(gòu)模式。C/S客戶機(jī)服務(wù)器結(jié)構(gòu)具有較高安全性、獨(dú)立性等特點(diǎn)，主要由智能手機(jī)、平板電腦等便攜式終端使用。系統(tǒng)框架如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)框架

客戶端方面：利用Android 4.2.2平臺進(jìn)行開發(fā)，以HTTP作為通信協(xié)議［13］，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)訪問操作同時利用Eclipse+ ADT作為開發(fā)工具，利用JDK1.7作為編譯工具。

服務(wù)器端方面：利用Java Web+ SQL Server結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)客戶端與服務(wù)器端交互。利用Tomcat 7.0作為服務(wù)器，SQL Server作為數(shù)據(jù)庫，同時采用MyEclipse 8.5作為開發(fā)工具，采用JDK 1.7作為編譯工具。系統(tǒng)通過Servlet接收客戶端請求，訪問數(shù)據(jù)庫后獲得數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以JSON格式返回客戶端，客戶端解析數(shù)據(jù)后顯示。

3.2系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

鉆井系統(tǒng)實(shí)時診斷及評估系統(tǒng)主要分為兩個功能模塊：手機(jī)客戶端管理模塊和后臺管理模塊。手機(jī)客戶端主要功能是顯示用戶輸入計(jì)算所得結(jié)果或數(shù)據(jù)庫查詢結(jié)果，服務(wù)器端主要功能是根據(jù)用戶輸入進(jìn)行計(jì)算或根據(jù)數(shù)據(jù)庫表中數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。其中對于鉆井風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算，根據(jù)不同因素的權(quán)值建立矩陣進(jìn)行估算［14］。

3.3連接數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，合理的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)可以縮短軟件開發(fā)周期、提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。本系統(tǒng)采用SQL Server 2005作為數(shù)據(jù)庫，為了方便操作數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫連接方法保存在數(shù)據(jù)庫操作文件DBManger.java中，提高了代碼的封裝性利于日后的擴(kuò)充與修改。文件中具體的數(shù)據(jù)庫連接代碼可參考相關(guān)文獻(xiàn)［15-20］。

4　應(yīng)用實(shí)例

新疆油田某區(qū)塊，由于地層構(gòu)造應(yīng)力較強(qiáng)，且水平地應(yīng)力非均勻性明顯，易造成套管損壞。為分析該區(qū)塊所下套管是否安全，采用診斷及評估系統(tǒng)中的套損分析模塊對該井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，如圖4和圖5。計(jì)算結(jié)果表明，該井N80鋼級7.72 mm壁厚的套管在應(yīng)力作用下將發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷。

圖4　T1井的井壁圍巖應(yīng)力計(jì)算

圖5　T1井某深度套管變形量計(jì)算

5　結(jié)論

基于Android平臺的鉆井風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時診斷及評估系統(tǒng)以自主研究、原始創(chuàng)新為主，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)評估軟件。該系統(tǒng)具有操作簡便、便攜性好、實(shí)用性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)。用戶可選擇自主輸入或從數(shù)據(jù)庫中選擇數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而對當(dāng)前鉆井問題進(jìn)行初步診斷以及對鉆井風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，且可以將計(jì)算結(jié)果保存進(jìn)入數(shù)據(jù)庫。該系統(tǒng)強(qiáng)適應(yīng)、人性化的特點(diǎn)能有效提高作業(yè)質(zhì)量和決策水平，降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用。

［1］蔣希文.鉆井事故與復(fù)雜問題［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.

［2］陳銳，李黔，尹虎，等. 鉆井風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時監(jiān)測與診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2013，20（1）：115-117.

［3］張冬梅，周英操，趙慶，等. ANYDRILL鉆井工程設(shè)計(jì)與工藝軟件［J］.石油科技論壇，2012，31（1）：18-19，24.

［4］連志龍，周英操，申瑞臣，等.無意外風(fēng)險(xiǎn)鉆井（NDS）技術(shù)探討［J］.石油鉆采工藝，2009，31（1）：90-94.

［5］BRATTON T, EDWARDS S, FULLER J, et al. Avoiding drilling problems［J］.Oilfield Review, 2001，13（2）：32-51.

［6］李琪，于琳琳，劉志坤，等.鉆井風(fēng)險(xiǎn)因素綜合評價(jià)方法及模型建立［J］.天然氣工程，2008，28（5）：120-122.

［7］SAATY T L.The analytic hierarchy process ［M］. McGraw Hill International Book Company, 1980.

［8］白其崢.數(shù)學(xué)建模案例分析［M］.北京：海洋出版社，2000.

［9］陳璟，陳平華，李文亮.Android內(nèi)核分析［J］.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)：下半月版，2009（11）：112-115.

［10］孫衛(wèi)琴.Tomcat與Java Web開發(fā)技術(shù)詳解［M］ .北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［11］MLADEN Prajdic. The red gate guide to SQL server team-based development ［M］. Red gate books, 2010.

［12］PAUL Turley. Professional SQL server 2005 reporting services［M］. Wrox Press, 2005.

［13］楊豐盛. Android應(yīng)用開發(fā)揭秘［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［14］李海宏.鉆井風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法與模型建立［J］.石油鉆探技術(shù)，2003，31（6）：66-68.

［15］BURNETTE E D，張波，高朝勤，等. Android基礎(chǔ)教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

［16］SHANE Conder, LAUREN Darcey，張魏，等. Android移動應(yīng)用開發(fā)從入門到精通［M］.北京：人民郵電出版社，2009.

［17］TIMOTEUS Elmo. Android software development ［M］. Duc, 2011.

［18］JEFF Friesen. Learn java for android development［M］. Apress, 2010.

［19］管志川，趙廷峰，勝亞楠，等.復(fù)雜地層鉆井風(fēng)險(xiǎn)程度判別方法研究［J］.石油鉆采工藝，2015，37（3）： 11-14.

［20］魏秦文，朱鑫，梁政，等.智能鉆柱關(guān)鍵密封技術(shù)研究［J］.石油鉆采工藝，2014，36（6）： 105-108.

（修改稿收到日期2015-04-17）

〔編輯薛改珍〕

我國陸上最深氣井克深902井地下8 000 m試獲高產(chǎn)油氣流

2015年7月14日，在未進(jìn)行儲層改造的情況下，克深902在目的層位（井深8 038 m）測試求產(chǎn)，用?5 mm油嘴放噴，獲日產(chǎn)天然氣30×104m3，是迄今為止我國陸上試獲工業(yè)油氣流最深的一口井。

克深902井位于阿克蘇地區(qū)拜城縣境內(nèi)，部署在克拉蘇構(gòu)造帶克深9構(gòu)造高點(diǎn)西南翼的一口評價(jià)井。塔里木油田為探視克拉蘇構(gòu)造帶的“地下珠峰”，創(chuàng)新提出“頂篷構(gòu)造”地質(zhì)理論，大膽預(yù)測地面8 000 m以下仍有優(yōu)質(zhì)油氣儲層。2013年12月，在這里部署的克深9井喜獲高產(chǎn)油氣流，證實(shí)了這一預(yù)測。同時，部署克深902井加快對克深9區(qū)域的勘探評價(jià)。

針對儲層埋藏深、井下巖性復(fù)雜、井底溫度高達(dá)190 ℃、地層壓力大等特點(diǎn)，自2014年1月克深902井開鉆以來，塔里木油田以項(xiàng)目管理為抓手，攻克鹽上地層礫石含量高、掉塊多等提速技術(shù)難題，全面在目的層使用進(jìn)口PDC及渦輪+孕鑲鉆頭順利完鉆。完井中，這口井利用抗高溫超高密度鉆井液固井技術(shù)等一系列深井配套技術(shù)，完成?139.7 mm尾管固井施工作業(yè)，井下套管及固井先后創(chuàng)中國石油新紀(jì)錄。

克深902井獲得高產(chǎn)油氣流，對明確克深9氣藏類型、含氣規(guī)模、氣水分布等情況具有重要意義，在夯實(shí)克深9區(qū)塊資源基礎(chǔ)的同時，為下一步推進(jìn)中國石油超深井的勘探評價(jià)工作積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（供稿石藝）

Realtime diagnosis and evaluation system for drilling risk based on Android

LI Wei1, ZHAO Jingjing1, GAO Lei1, SUN Weiguo2, LIU Jingyu3
（1. Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China; 2. Engineering and Technology Research Institute of Xinjiang Oilfield Company, CNPC, Karamay 834000, China; 3. Survey and Design Institute of Xinjiang Oilfield Company, CNPC, Karamay 834000, China）

Accurate diagnosis and timely decision-making on drilling risks will directly affect the cost of drilling operations, even affecting the success of drilling operations. The realtime diagnosis and evaluation system on drilling risks was established based on Android platform, which can provide realtime diagnosis and risk forecast on the wellsite problems during drilling. This system is designed with the framework of Android+Java Web+SQL Server, using mobile office equipment as the medium and finally constructed as such. Take Well T-1 in Xinjiang Oilfield as an example, this system was used to analyze the problem of casing failure caused by heterogeneous structural stresses on the casing in this well. The test result shows that this system has high accuracy in making judgment and the PC unit can be carried conveniently and is characterized by easy operation, high efficiency and accuracy. This drilling risk diagnosis and evaluation system uses intelligent mobile phone and tablet computer as carrier, which retains the accuracy of PC and the operators can start work at anytime and anywhere, hence saving time and improving work efficiency.

drilling risks; diagnosis; Android; database

TE249

A

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0005 – 04

10.13639/j.odpt.2015.04.002

黑龍江省青年科學(xué)基金“旋轉(zhuǎn)振動鉆具的共振碎巖鉆孔機(jī)理研究”（編號：QC2012C022）。

李瑋，1979年生。2010年畢業(yè)于東北石油大學(xué)油氣井工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事高效鉆井破巖、水力壓裂、鉆井優(yōu)化等方面的理論與技術(shù)研究工作，教授，博士生導(dǎo)師。電話：0459-6503643。E-mail：cyyping@sina.com。

引用格式：李瑋，趙菁菁，高磊，等. 基于Android的鉆井風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時診斷與評估系統(tǒng)［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：5-8.