基于Android的鉆井風險實時診斷與評估系統

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

基于Android的鉆井風險實時診斷與評估系統

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，黑龍江大慶163318；2.新疆油田公司工程技術研究院，新疆克拉瑪依834000；3.新疆油田勘察設計研究院，新疆克拉瑪依834000）

鉆井風險的準確診斷與及時決策直接影響到鉆井工程作業的成本，甚至關系到鉆井作業的成敗。基于Android平臺構建鉆井風險實時診斷與評估系統，對鉆進過程中出現的井上問題進行了實時診斷和風險預估。該系統利用Android+ Java Web+ SQL Server框架設計，以移動辦公設備為媒介，最終實現系統的構建，以新疆油田某區塊T1井為例，分析了該井套管在非均勻構造應力作用下的套損問題。測試結果表明，該系統判斷準確性高，PC機便攜性好，具有操作簡單、高效準確等特點。鉆井風險診斷及風險評估系統以智能手機及平板電腦為載體，保留了PC機版的準確性，同時可以隨時隨地辦公、節約了時間、提升了效率。

鉆井風險；診斷；Android；數據庫

隨著油氣勘探開發的發展，地質條件與鉆井條件越來越復雜，鉆井事故常有發生，如果能夠在鉆井操作前對風險進行初步預估，可有效降低出錯率、并節約大量人力物力［1］。早期工程技術人員對鉆井風險的預估及問題判斷、解決主要依靠經驗，但是人為判斷的準確性較低，且受精神狀態、現場環境、作業時間點等多方面的因素影響。

目前，計算機應用已經普及。國內外工程技術人員多通過計算機對鉆井風險進行評估，評估的準確性和速度都得到了大幅度提高。在國內，西南石油大學陳銳等［2］研究開發的鉆井風險實時監測與診斷系統在遼河興隆臺油田進行了應用；中國石油集團鉆井工程技術研究院［3］自主研發的ANYDRILL鉆井工程設計與工藝軟件其中也包括對于鉆井問題的監測、診斷和評估等功能。國外具有代表性的是斯倫貝謝和BP公司聯合開發的無意外風險鉆井（NDS）技術系統［4-5］，該系統在克拉瑪依和迪那地區已成功應用，大幅度地減少了鉆井成本。以上應用軟件都依賴于PC機，但PC機不僅便攜性差，且主要放置在科研院所中，遠離事故現場。在鉆井過程中如遇到突發井下事故，不在現場的工程技術人員很難準確了解現場實際情況。基于此問題，筆者在Android平臺上，開發了一款鉆井風險實時診斷與評估系統，構建了一個穩定安全的手機應用APP，來應對現場各種鉆井問題。

1　系統的功能及流程

1.1實時診斷功能

據近年鉆井數據資料統計，在施工過程中，處理井下復雜情況和鉆井事故的時間可占鉆井總時間的6%～8%［6］。可見，正確預測和監測井下實時狀況并對相關問題進行初步診斷可以縮短施工時間、提高鉆井效率、減少人力財力的投入。

鉆井工程是一項復雜的系統工程，其過程中會產生大量復雜的數據。這些數據表現出不規則性、不穩定性、非線性、不透明性等。這些數據卻包含著地層性質、巖石性質、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。及時對這些數據進行分析和處理就可以對鉆井問題進行實時診斷。

根據用戶更新的真實數據，系統應用統計學習、范例分析算法進行計算分析，可較為準確地描述井下狀況，避免人為的主觀臆斷影響事故處理進度。

1.2實時評估功能

對鉆井各種問題進行指標化，以鉆井風險為主，兼顧費用風險和地質風險。該系統建立了鉆井風險神經網絡識別法和模糊綜合評價法，2種方法相互彌補各自不足，使得鉆井風險評估結果更具參考性和準確性［3］。該模塊的鉆井風險評估層次結構根據T. L. Saaty提出的層次分析法（APH）建立［7-8］，如圖1所示。

1.3系統數據流程圖

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

圖1　評估層次結構

圖2　系統數據流

本系統主要完成鉆井問題的實時診斷以及風險評估功能，用戶可通過在手機上輸入相關參數對鉆井問題進行初步判斷，也可從數據庫中提取數據來查看評估結果。

2　系統相關開發工具

2.1Android平臺簡介

Android平臺是基于Linux內核的開源操作系統，主要應用于智能手機和平板電腦等移動設備。該平臺早期由Google公司開發，后由開放手機聯盟開發。Android平臺采用Java編程語言開發，其體系結構分為四層：Linux內核層、中間層、應用程序框架層和應用程序層［9］。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操作系統。

2.2Java Web結論與建議

Java Web是利用Java解決相近Web互聯網領域的技術綜合，其中Web包括Web服務器和Web客戶端兩部分。Java在客戶端的應用有Java Applet，不過應用范圍有限；Java在服務器端應用非常廣泛，如JSP、Servlet等，常用框架有MVC、SSH和SSI等［10］。

2.3SQL Server數據庫

SQL Server是一個關系型數據庫管理系統，最初由Microsoft、Sybase 和Ashton-Tate三家公司共同開發。本系統所采用的Microsoft SQL Server 2005是一個全面的數據庫平臺，使用集成的商業智能（BI）工具提供了企業級的數據管理。Microsoft SQL Server 2005數據庫引擎為關系型數據和結構化數據提供了更安全可靠的存儲功能，開發簡便，使用戶可以構建和管理用于業務的實用性強并且高性能的數據應用程序［11-12］。

3　系統結構設計與實現

3.1系統體系結構設計

鉆井風險實時診斷與評估系統設計即采用C/S結構模式。C/S客戶機服務器結構具有較高安全性、獨立性等特點，主要由智能手機、平板電腦等便攜式終端使用。系統框架如圖3所示。

圖3　系統框架

客戶端方面：利用Android 4.2.2平臺進行開發，以HTTP作為通信協議［13］，實現對數據庫的數據訪問操作同時利用Eclipse+ ADT作為開發工具，利用JDK1.7作為編譯工具。

服務器端方面：利用Java Web+ SQL Server結構設計，實現手機客戶端與服務器端交互。利用Tomcat 7.0作為服務器，SQL Server作為數據庫，同時采用MyEclipse 8.5作為開發工具，采用JDK 1.7作為編譯工具。系統通過Servlet接收客戶端請求，訪問數據庫后獲得數據，數據以JSON格式返回客戶端，客戶端解析數據后顯示。

3.2系統功能實現

鉆井系統實時診斷及評估系統主要分為兩個功能模塊：手機客戶端管理模塊和后臺管理模塊。手機客戶端主要功能是顯示用戶輸入計算所得結果或數據庫查詢結果，服務器端主要功能是根據用戶輸入進行計算或根據數據庫表中數據進行計算。其中對于鉆井風險的計算，根據不同因素的權值建立矩陣進行估算［14］。

3.3連接數據庫

數據庫的設計和實現是系統開發的重要環節，合理的數據庫設計可以縮短軟件開發周期、提高系統運行效率。本系統采用SQL Server 2005作為數據庫，為了方便操作數據庫，本系統將數據庫連接方法保存在數據庫操作文件DBManger.java中，提高了代碼的封裝性利于日后的擴充與修改。文件中具體的數據庫連接代碼可參考相關文獻［15-20］。

4　應用實例

新疆油田某區塊，由于地層構造應力較強，且水平地應力非均勻性明顯，易造成套管損壞。為分析該區塊所下套管是否安全，采用診斷及評估系統中的套損分析模塊對該井數據進行計算和分析，如圖4和圖5。計算結果表明，該井N80鋼級7.72 mm壁厚的套管在應力作用下將發生嚴重損傷。

圖4　T1井的井壁圍巖應力計算

圖5　T1井某深度套管變形量計算

5　結論

基于Android平臺的鉆井風險實時診斷及評估系統以自主研究、原始創新為主，形成了具有自主知識產權的風險評估軟件。該系統具有操作簡便、便攜性好、實用性強、準確性高等特點。用戶可選擇自主輸入或從數據庫中選擇數據來進行計算，進而對當前鉆井問題進行初步診斷以及對鉆井風險進行評估，且可以將計算結果保存進入數據庫。該系統強適應、人性化的特點能有效提高作業質量和決策水平，降低鉆井風險和費用。

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（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試獲高產油氣流

2015年7月14日，在未進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，用?5 mm油嘴放噴，獲日產天然氣30×104m3，是迄今為止我國陸上試獲工業油氣流最深的一口井。

克深902井位于阿克蘇地區拜城縣境內，部署在克拉蘇構造帶克深9構造高點西南翼的一口評價井。塔里木油田為探視克拉蘇構造帶的“地下珠峰”，創新提出“頂篷構造”地質理論，大膽預測地面8 000 m以下仍有優質油氣儲層。2013年12月，在這里部署的克深9井喜獲高產油氣流，證實了這一預測。同時，部署克深902井加快對克深9區域的勘探評價。

針對儲層埋藏深、井下巖性復雜、井底溫度高達190 ℃、地層壓力大等特點，自2014年1月克深902井開鉆以來，塔里木油田以項目管理為抓手，攻克鹽上地層礫石含量高、掉塊多等提速技術難題，全面在目的層使用進口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等一系列深井配套技術，完成?139.7 mm尾管固井施工作業，井下套管及固井先后創中國石油新紀錄。

克深902井獲得高產油氣流，對明確克深9氣藏類型、含氣規模、氣水分布等情況具有重要意義，在夯實克深9區塊資源基礎的同時，為下一步推進中國石油超深井的勘探評價工作積累了寶貴經驗。

（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

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

李瑋，1979年生。2010年畢業于東北石油大學油氣井工程專業，現主要從事高效鉆井破巖、水力壓裂、鉆井優化等方面的理論與技術研究工作，教授，博士生導師。電話：0459-6503643。E-mail：cyyping@sina.com。

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