国内外钻井工程软件对比及对国内软件的发展建议

赵庆，蒋宏伟，石林

霍宗强，连志龙，王思敏

（中国石油集团钻井工程技术研究院，北京100195）

国内外钻井工程软件对比及对国内软件的发展建议

赵庆，蒋宏伟，石林

霍宗强，连志龙，王思敏

（中国石油集团钻井工程技术研究院，北京100195）

石油勘探开发向复杂深层领域扩展，导致钻井工程设计与施工越来越复杂，对钻井工程软件的依赖性逐步增强，而国内钻井工程软件与国外钻井工程软件相比，有很大差距。介绍了国内外钻井工程软件的开发过程和应用现状，对比分析了国内外钻井工程软件的差别，并结合我国钻井工程软件开发和应用过程中存在的问题，提出我国钻井工程软件的发展要遵循软件开发的一般规律，要有明确的用户定位并解决软件开发相关的基础理论模型等关键问题，阐述了钻井工程软件的总体研究思路和总体技术路线，指出要重视钻井工程软件集成平台和单项专业软件的研发以及钻井工程软件的测试和维护。指出钻井工程软件的开发在注重整体规划的同时，应是平台先行、滚动开发、持续集成，选择一个单项专业软件作为开发重点并加强推广应用，形成具有自主知识产权的成熟实用的钻井工程软件。

钻井工程软件；用户定位；软件集成平台；单项专业软件；软件测试；升级维护

随着现代社会对石油不断增长的需求，石油勘探开发呈现全球化特点，钻井施工区域遍布世界各地，并广泛分布于海洋、沙漠、沼泽、丘陵、山区等复杂地表和复杂地下地质条件下，增加了钻井施工的复杂程度和钻井施工过程的不确定性，对钻井工程设计、风险分析与控制技术提出了更高的要求，复杂井的钻井工程数据分析、钻井风险分析与控制、钻井方案实时优化等，都需要钻井工程软件提供技术支撑。钻井工程软件在提高钻井效益、增强钻井作业安全等方面发挥着越来越重要的作用。因此，充分分析国内外钻井工程软件的开发过程和应用现状，并结合我国钻井工程软件开发和应用过程中存在的问题，提出相应发展建议，对研发我国自主品牌的钻井工程软件体统，满足钻井工程不断增加的需求具有重要意义。

1 国外钻井工程软件

由于钻井工程软件在钻井工程设计和施工分析中的重要性，国际知名的石油工程服务公司如Halliburton、Schlumbger等都研发了钻井工程系列软件，代表了钻井工程软件的国际水平。根据不同的功能，主要包括以下软件：

1）钻井工程设计、分析和实时监测一体化软件 ①哈里伯顿公司Landmark软件；②斯伦贝谢公司DrillingOffice软件；③Petris公司DrillNET软件；④Paradigm公司Sysdrill软件。

2）钻井工程设计专用软件 ①GeoMechanics公司GMI岩石力学软件；②哈里伯顿公司Drillworks地层压力预测软件；③Signa公司HUBS欠平衡软件；④斯伦贝谢公司Drillbench欠平衡软件；⑤斯伦贝谢公司MUDWARE钻井液软件。

3）钻井、地质、油藏、测井等多学科集成软件 ①哈里伯顿公司DecisionSpace软件；②斯伦贝谢公司Petrel Drilling软件。

1.1 哈里伯顿公司Landmark钻井工程软件

哈里伯顿公司的Landmark钻井工程软件是国际上应用最多、市场占有率最高的软件产品；已为世界前20大油气生产商中的18家提供钻井软件服务，并不断改进产品，以满足不同客户的需求［1］。Landmark钻井工程系列软件是运行于EDM（engineering data model工程数据模型）数据平台之上的软件系统，其产品覆盖了钻井工程设计和施工分析的各个环节，包括井眼轨迹设计软件Compass、井身结构设计软件CasingSeat、套管设计软件StressCheck／WellCat、钻井施工设计与分析软件WellPlan（包括水力学计算分析、波动压力计算、井控分析、钻具摩阻／扭矩、钻具临界转速分析、固井模拟、卡钻分析）、周期成本设计软件WellCost、钻具实时数据传输软件OpenWire、钻井施工数据管理软件OpenWells、钻井施工数据网络发布软件iWellFile以及三维软件DecisionSpace，在远程实时数据传输软件支持下，Landmark软件可远程实时计算钻井水力学和钻具摩阻／扭矩，在DecisionSpace中，能够进行三维地质环境中井眼轨迹的可视化设计和实钻轨迹监控［2］。

Landmark钻井工程软件从最开始的DOS版本模块到Windows版本模块，用了10年的时间；又用了8年的时间，形成了一体化软件数据平台；同时Landmark钻井工程软件采用了不断收购成熟软件的发展方式。Landmark钻井工程软件是完整的钻完井软件，为钻井工程师、地质学家和钻井承包商提供了信息共享与专业协作的平台，包括Compass、CasingSeat、WellCat等；混合使用多种软件开发技术，开发语言包括C＃、C＋＋和Java等；在集成方式方面，该软件在形式上是各自独立的一系列软件，但采用了统一的数据底层、应用界面、功能组件；底层基于EDM数据库。Landmark的EDM 2003数据库基于SQL Server 2000版本，是Landmark软件众多功能模块的基础；从规模上看，Landmark的EDM非常巨大，数据项众多，门类繁多，但内在的统一性并不明显，从数据表的前缀不难发现这是一个杂合体，这和Landmark通过不停收购来扩充软件实力的方式有关。

1.2 斯伦贝谢公司系列钻井工程软件

斯伦贝谢公司的钻井工程软件主要在其公司内应用和对外提供技术服务。偏重于钻井施工数据的管理与分析，如Osprey Operations Manager，该软件基于Web，能用于对世界范围内的钻井、完井作业进行管理、优化和监控。该公司的Petrel Drilling Workflows系统，能够在三维地质体中设计井眼轨迹，监测钻井事件 （井漏、卡钻、井控、井眼稳定）。为了分析控制钻井风险，斯伦贝谢公司开发了NDS钻井风险分析系统，该系统包含了WellTRAK知识系统、RiskTRAK钻井风险数据库、Drill-MAP风险评估软件，以及DrillCAST短期风险预测软件。这些软件构成了风险管理、识别、预测和预防所需的功能。NDS团队借助这些软件收集、整理和分析数据，确保钻井成功所需的钻井施工措施，总结失败教训与成功的经验，从而减少事故的发生，降低钻井费用［3］。

1.3 Petris公司的DrillNET软件

DrillNET软件是由Petris公司开发的高级钻井与完井工程设计软件，它将原Maurer软件的功能集成到一个具有操作简单、界面直观的软件平台上，使钻井工程设计变得更加简单，能够减少培训时间，允许实现数据存储与重复使用。同时，DrillNET软件的优势集中体现在稳健、高级的算法与输出结果上；可完成复杂井眼轨迹设计、井眼轨迹防碰设计、套管强度设计、井眼内扭矩及拉力计算、下套管计算、注水泥设计、复杂井眼钻具寿命计算、钻井水力学压力控制设计和井控设计［4］。DrillNET软件在2013年已被哈里伯顿公司收购。

2 国内钻井工程软件

国内油田所使用的钻井软件大多是通过项目研究形式与石油院校合作开发的，不能完全满足油田钻井工程设计的需要。这些软件的开发大多局限于常规钻井工程部分设计与分析软件，还没有形成完整的、满足钻井工程设计和施工需要的钻井软件体系，钻井风险分析、工程与地质一体化软件、钻井远程实时分析与决策等方面的软件还是空白。国内的软件公司和石油院校开发的钻井工程软件主要有：中国石油集团钻井工程技术研究院与大庆钻探工程公司、石油高校联合开发的ANYDRILL钻井工程软件1.0，北京怡恒阳光公司的井轨迹设计软件Navigator，中国石油大学 （华东）开发的欠平衡钻井多相流动水力参数设计和计算软件系统，北京奥尔创新石油工程技术有限公司研发的欠平衡钻井设计和监测软件，北京超思唯科石油软件开发有限责任公司开发的井场信息管理系统、钻井工程设计一体化系统（IDDS）、钻井动态实时监测与专家诊断系统，西安新生代公司开发的钻井信息管理与工程服务系统和西部世纪开发的石油工程技术服务信息管理平台，中国石油大学 （北京）开发的钻井工程监测与辅助决策系统等。

2.1 ANYDRILL钻井工程软件1.0

中国石油集团钻井工程技术研究院与长城钻探工程公司、大庆钻探工程公司、西南石油大学、中国石油大学 （北京）、长江大学联合开发的ANYDRILL钻井工程软件1.0，主要包括钻井软件平台、钻井专用分析软件、钻井实时监控与技术决策系统、钻井设计集成系统V1.0，软件功能丰富、计算准确、使用方便，可较好地满足现场钻井工程设计与施工需要；可为陆上油气勘探开发示范工程和复杂深井钻井工程提供技术支撑［5］。

1）钻井软件平台 包括钻井数据库访问层模块、井浏览器模块、井眼轨迹编辑器、地层描述编辑器、地温梯度编辑器、钻机编辑器、钻井复杂编辑器、井身结构编辑与绘制模块、钻具组合编辑与绘制模块、钻井软件模块集成管理框架与主应用程序模块。

2）钻井专用分析软件 欠平衡／气体钻井设计及分析系统、控压钻井设计与分析系统、钻井液设计与分析系统、固井设计与分析系统、地层压力预测分析与监测系统、岩石力学分析系统、钻柱力学分析系统等［6］。

3）钻井实时监控与技术决策系统 建立了钻井风险模糊评价模型和钻井风险BP神经网络分析模型，实现了井漏和地层流体侵入风险的量化分析［7，8］。

4）钻井设计集成系统V1.0 能够完成直井、定向井、水平井、分支井等井型的钻井工程设计，自动生成设计文本；基于统一的钻井工程数据库，做到了钻井数据一处录入多处使用，并增强了数据安全性和保密性。

2.2 Navigator定向井水平井轨迹设计及计算分析系统

Navigator定向井水平井轨迹设计及计算分析系统是北京怡恒阳光公司开发的一套定向井水平井钻井工程软件，该系统拥有轨迹设计、实钻计算分析、防碰扫描、轨迹图形的实时显示、可视化编辑输出等功能。轨迹设计功能提供十几种设计模型，能够进行任何类型的定向井水平井剖面、任意多个靶段的轨迹设计，具备侧钻定向井、侧钻水平井和大斜度井段扭方位的设计功能。

2.3 钻井工程设计一体化系统 （IDDS）

北京超思唯科石油软件开发有限责任公司的钻井工程设计一体化系统 （简称IDDS）具有一体化钻井工程设计、设计书生成与管理及实时监测与统计分析等功能，可完成井眼轨迹设计、井身结构设计、水力计算、钻具组合设计、钻头及钻井参数设计、油气井压力控制、钻井液设计、固井设计等，自动生成符合行业规范的钻井工程设计书；提供多套钻井设计模版，供用户灵活选择［9］。

3 国内外钻井工程软件对比分析

通过对国内外钻井工程软件进行的对比分析可以看出它们具有各自的特点。

国外钻井工程软件的特点是：①大——系统庞大，形成一体化钻井软件体系；②精——软件算法精确，应用面广；③高——软件研发队伍大，水平高；④长——软件开发周期长，特别在长期持续维护完善和升级方面。

国内钻井工程软件的特点是：①小——系统分散，影响力小，不能形成完整的钻井软件体系，对决策和服务影响小；②少——软件特色技术少；③低——软件研发队伍小，低水平重复开发；④短——项目式开发，开发过后持续维护少，我国大型钻井工程软件研发刚刚起步［10］。

4 国内钻井工程软件的发展建议

1）遵循软件开发的一般顺序 软件开发一般分为6个阶段：问题的定义及规划、需求分析、软件设计、程序编码、软件测试以及推广应用。钻井工程软件涉及众多的工程分析计算，诸如流体力学计算、管柱力学计算等，而且要紧密结合现场生产实际。因此，钻井工程软件必须遵循软件开发的一般顺序，不能不考虑钻井工程和软件开发的实际，而简单人为地去设计钻井工程软件开发和应用的时间点，以为就应该在一定的时间内开发出成熟的钻井工程软件。我们可以分析国外成熟的钻井工程软件：Landmark软件在1984年开发完成DOS版本WellPlan模块，1995年开发完成Windows版本WellPlan模块和Compass模块，2个不同的版本用了11年的时间；一直到今天，相关人员仍然在对WellPlan模块和Compass模块进行持续的完善和升级。因此，对于国外成熟的钻井软件，我们不能仅仅关注国外成熟软件的优点，同时也应关注其软件的开发、应用以及维护过程，吸取国外成熟软件成功的经验。

2）针对不同用户定制开发相应的钻井工程软件 钻井工程软件要有明确的用户定位，能够针对不同的用户开发功能不同的软件。经过调研分析，建议划分为如下4类用户：①钻井工程设计中心用户，主要是指各个油田公司的钻井工程设计中心。各个油田公司的钻井工程设计中心在进行钻井设计的时候，虽然遵循了钻井设计标准，但不同的设计中心有不同的设计中心和设计习惯，需要软件开发人员根据具体情况对软件功能进行相应的调整。这类软件应该首先考虑软件的全面性和实用性。②科研机构，主要是指各类石油研究院所、国内石油院校等。这类用户更关注软件的准确性和先进性，要求软件相应的基础理论要有一定的深度。③专业化公司，主要是指定向井公司、固井公司、钻井液公司、欠平衡钻井公司等，这类用户更关注软件的专业性。④个人用户，主要是指各级管理部门领导、井队技术工程师、井队监督人员等，这类用户更关注软件的友好性和简捷性。

3）钻井工程软件开发需要解决的关键问题 钻井工程软件开发之前需要解决以下方面的关键问题：①钻井基础理论模型应符合现场实际——钻井基础理论模型准确是软件实用的先决条件，如人们经常说国外的钻井工程软件计算结果更加准确，虽然我们引进了很多国外钻井工程软件，但一直没有掌握国外钻井工程软件采用的基础数学模型，也就是软件的核心技术。钻井基础理论模型的建立涉及岩石力学、流体力学、管柱力学和油田化学等基础学科，需要加大研究力度；钻井工程软件开发应加强与高等院校、科研院所的合作，充分利用高等院校、科研院所在钻井基础理论方面的研究成果；同时要处理好其知识产权的归属问题。②先进信息技术与钻井工程结合——信息技术已成为支撑当今经济活动和社会生活的基石，钻井工程软件的开发必须要与先进信息技术相结合，但目前我国钻井工程与先进信息技术如信息融合、数据挖掘、专家系统等的结合还处于起步阶段。③软件功能满足生产需求——钻井工程软件要首先满足实用性，软件功能必须满足生产实际需求，体现先进的钻井工艺、技术和装备。

4）钻井工程软件的总体研究思路 国内对钻井工程软件进行了很多的研究，结合目前的进展情况，认为钻井工程软件的总体研究思路是：①集成已有软件，如岩石力学分析系统、固井设计与分析系统、欠平衡／气体钻井设计与分析系统等；②结合先进钻井技术，如控压钻井技术、井眼轨迹设计与控制技术、地层压力预测技术等；③注重多学科集成，如计算机专业、钻井专业、物探专业、测井专业、油田化学专业等；④优选软件开发模式，如采用先进的软件开发架构，形成先进的软件开发平台，采用先进的软件项目管理模式等。

5）钻井工程软件的总体技术路线 钻井工程施工是一项复杂的系统工程，涉及众多的工程分析计算，诸如流体力学计算、管柱力学计算、岩石力学计算、地层压力分析计算等，需要钻井、钻井液、固井、测井等部门协作配合。与此相对应，在钻井工程设计和施工分析方面需要研发众多的分析计算软件，并将这些软件进行集成应用，以实现对钻井工程设计与工艺分析的一体化应用。

钻井工程软件的总体技术路线是：应用最新的软件开发工具，开发统一的钻井工程软件平台，结合最新的钻井科技成果和钻井现场经验，进行软件开发需求分析，划分软件功能模块，强化软件开发过程中的单元测试与模块测试，应用企业服务总线思想进行软件系统集成，最终形成结构开放、功能扩展的钻井工程软件平台和钻井工程设计与分析软件系统，如图1。

软件总体开发方式应是整体规划、平台先行、滚动开发、过程管理、定量考核、动态调整、持续集成、逐步完善。

6）钻井工程软件集成平台的研发 钻井工程软件集成平台是各个单项钻井软件的基础，它能够提供统一的数据库支持、远程通信支持、数值计算支持、图形可视化支持、报表打印支持等等，属于软件基础建设部分。软件平台建设影响到软件的功能规划、界面设计、交互习惯、后期的推广应用和整体维护等。一个功能完善的软件集成平台，将使得每一个功能模块具有较高的重用性，从而提高钻井软件开发的效率。

钻井工程软件集成平台应采用当前国际上最先进的计算机软件开发技术，其中包括统一而灵活的数据库，统一的开发环境和极其丰富的开发工具以及微软开源的集成模式。应包括数据库访问层及面向文件系统、网络实时数据的数据访问接口、平台模块管理集成框架、平台主应用程序、通用钻井工程编辑器组件库 （如井浏览器组件、井身结构编辑组件等）、绘图组件库 （钻具组合绘图组件、井眼轨迹绘图组件等）、图表组件库 （曲线图组件、饼状图组件等）、常用钻井工程算法库、钻井工程设计报告书生成服务、远程现场钻井工程数据实时通信服务、钻井软件应用日志自动记录服务、应用软件配置集成服务和软件系统自动更新服务等。

7）单项专业软件的研发 单项专业软件的研发，严格按照软件开发的一般步骤，详细进行需求分析；建立软件的逻辑模型，编写需求规格说明书，设计建立相应的软件系统的体系结构，并将整个系统分解成若干个子系统或模块，定义子系统或模块间的接口关系，对各子系统进行具体设计定义；编写软件概要设计和详细设计说明书，数据库或数据结构设计说明书；按照软件详细说明书，进行软件的编码工作；同时，按照软件的测试要求，同步进行软件各阶段的测试，形成软件的测试版本。

单项专业软件的研发过程是一个逐步完善的迭代过程，如图2。

图1 钻井工程设计和工艺软件研发技术路线

图2 单项专业软件研发技术路线

8）注重钻井工程软件的测试和维护 钻井工程软件要达到稳定、实用的目标，必须要经过反复的测试，包括室内的程序测试和现场的应用测试；同时要注重搜集实际应用人员，也就是软件用户的反馈意见，及时修改完善软件功能。国内外成熟的钻井工程软件，都有一批相对固定的用户，持续的为软件开发单位提出意见和建议。同样，钻井工程软件也要形成一批相对固定的用户 （用户数量可以不要求多，一定要能够接受软件存在的缺陷，对钻井工程软件的完善抱有信心，提出真实的意见和建议，比如说钻探集团的钻井院），能够及时反馈软件存在的缺陷。软件开发人员和实际使用人员紧密结合在一起，从修改钻井工程软件的源代码做起，逐步完善钻井工程软件。因此，应该利用共同承担国家科技重大专项、集团公司课题的机会、以及 “十一五”期间合作钻井工程软件的经历，加强与油田公司、钻探集团的合作，形成一批钻井工程软件的固定用户，为钻井工程软件的现场应用测试提供基地，达到搜集软件缺陷和建议、完善软件功能的目的。避免钻井工程软件是项目式开发，因科研项目攻关而开发，也因科研项目验收而结束，导致软件开发过后持续应用少甚至不应用［11］。

5 结论

1）钻井工程软件涉及专业广、系统庞大、研发难度大，需要跨学科、多专业和跨部门协作，是一个长期循序渐进的过程；需要与国内各油田公司、钻探公司、研究院所、石油高校紧密合作，形成功能齐全的钻井工程软件，并规模推广应用。

2）国际上著名的大型钻井工程软件都是基于统一的集成平台和统一的钻井工程数据库，据此可以共同完成各种复杂井的综合设计，并可以做到数据一次录入，各单项软件共同使用。因此，大型软件集成平台的开发尤为重要。

3）钻井工程软件集成平台作为整个大型钻井工程软件的基础，可提高各单项钻井工程软件的协作性和互补性，缩短开发周期，同时既可以充分满足钻井工程软件用户的复杂需求，又可以显著提高其工作效率，增强庞大钻井工程数据的统一性和完整性，为钻井工程向深井、超深井、多分支井、复杂井的快速发展提供有力支撑。

4）钻井工程软件的开发，要注重整体规划，软件功能设计要全面，具体开发过程应是平台先行、滚动开发、持续集成，即在进行平台开发的同时，选择一个单项专业软件作为开发重点。单项专业软件达到稳定、实用的目标后，集成到软件平台上来检验平台的实用性，同时加强单项专业软件的推广应用，为软件平台的推广应用和其他单项专业软件的推广应用奠定基础。

［1］董振国 .美国钻井信息管理系统DFW［J］.计算机应用，1996，10（5）：34～36.

［2］华远信，张桂强，朱伟鸿，等 .COMPASS、WellPlan软件在钻井设计和施工中的应用 ［J］.西南石油学院学报，2004，26（1）：83～86.

［3］张冬梅，周英操，蒋宏伟，等 .国外石油钻井软件的发展现状 ［J］.石油科技论坛，2012，31（3）：46～50.

［4］刘岩生，赵庆，蒋宏伟，等 .钻井工程软件的现状及发展趋势 ［J］.钻采工艺，2012，35（4）：38～40.

［5］张冬梅，周英操，赵庆，等.ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件 ［J］.石油科技论坛，2012，31（1）：17～19.

［6］石林，蒋宏伟，周英操，等 .钻井工程设计与工艺软件ANYDRILL1.0的研发与应用 ［J］.石油天然气学报 （江汉石油学院学报），2012，34（6）：108～111.

［7］赵庆，刘岩生，蒋宏伟，等 .钻井实时监控与技术决策系统研发进展 ［J］.石油科技论坛，2013，32（3）：11～14.

［8］连志龙，赵庆，霍宗强，等 .井下风险管理系统设计及应用 ［J］.石油钻采工艺，2011，33（2）：25～28.

［9］张冬梅，周英操，赵庆，等 .钻井工程设计与工艺软件的发展现状 ［J］.重庆科技学院学报 （自然科学版），2012，14（2）：66～68.

［10］李大伟 .对中石油专业应用软件的现状分析与发展思考 ［J］.石油工业计算机应用，2008，（4）：2～5.

［11］李大伟，刘海英 .关于石油工业软件工程化的思考 ［J］.中国石油勘探，2000，5（1）：32～36.

［编辑］ 黄鹂

Suggestions for Development of Dom estic Drilling Engineering Software

ZHAO Qing，JIANG Hongwei，SHI Lin，HUO Zongqiang，LIAN Zhilong，WANG Sim in (First Author's Address:CNPC Drilling Research Institute，Beijing 100195，China)

The exploration and development of petroleum has extended tomore complex and deeper fields，which resulted in more complex well drilling design and construction and more dependence on the software of drilling engineering increasingly.However，compared with other countries'drilling engineering software，software in our country was less developed.The developing process and application status of internal and external drilling engineering softwarewere introduced，and the differences between them were analyzed.Based on the problems in China's software development and application，general rules of China's drilling engineering software developmentwere proposed，the major problems of targeting specific customers，finding the basic theoretical model related to software development and so forth were needed.The overall research ideas and technical route of drilling engineering software are illustrated，it is pointed out thatemphasis should be puton software integrating platform of drilling engineer，testing and maintenance of drilling engineering software and professional software development of singlemodule.It is also pointed out that during the drilling engineering software developing process，attention should be paid to the overall planning.Meantime，it should focus on the platform，rolling development of the software and sustainable integration，a professional software of single module is chosen as the key developing point for promoting its application.Eventually，themature and practical drilling engineering software with independent intellectual property rights is developed.

drilling engineering software;customer position;software integration platform;single professional software;software testing;upgrade and maintenance

TE22

A

1000-9752（2014）05-0087-06

2013-10-12

国家科技重大专项 （2011ZX05021-006）。

赵庆 （1970-），男，1992年西南石油学院毕业，硕士，高级工程师，现从事钻井软件研发及管理工作。