基于Android的钻井风险实时诊断与评估系统

李　玮　赵菁菁　高　磊　孙维国　刘景宇（.东北石油大学，黑龙江大庆　68；.新疆油田公司工程技术研究院，新疆克拉玛依　84000；.新疆油田勘察设计研究院，新疆克拉玛依　84000）

基于Android的钻井风险实时诊断与评估系统

李玮1赵菁菁1高磊1孙维国2刘景宇3
（1.东北石油大学，黑龙江大庆163318；2.新疆油田公司工程技术研究院，新疆克拉玛依834000；3.新疆油田勘察设计研究院，新疆克拉玛依834000）

钻井风险的准确诊断与及时决策直接影响到钻井工程作业的成本，甚至关系到钻井作业的成败。基于Android平台构建钻井风险实时诊断与评估系统，对钻进过程中出现的井上问题进行了实时诊断和风险预估。该系统利用Android+ Java Web+ SQL Server框架设计，以移动办公设备为媒介，最终实现系统的构建，以新疆油田某区块T1井为例，分析了该井套管在非均匀构造应力作用下的套损问题。测试结果表明，该系统判断准确性高，PC机便携性好，具有操作简单、高效准确等特点。钻井风险诊断及风险评估系统以智能手机及平板电脑为载体，保留了PC机版的准确性，同时可以随时随地办公、节约了时间、提升了效率。

钻井风险；诊断；Android；数据库

随着油气勘探开发的发展，地质条件与钻井条件越来越复杂，钻井事故常有发生，如果能够在钻井操作前对风险进行初步预估，可有效降低出错率、并节约大量人力物力［1］。早期工程技术人员对钻井风险的预估及问题判断、解决主要依靠经验，但是人为判断的准确性较低，且受精神状态、现场环境、作业时间点等多方面的因素影响。

目前，计算机应用已经普及。国内外工程技术人员多通过计算机对钻井风险进行评估，评估的准确性和速度都得到了大幅度提高。在国内，西南石油大学陈锐等［2］研究开发的钻井风险实时监测与诊断系统在辽河兴隆台油田进行了应用；中国石油集团钻井工程技术研究院［3］自主研发的ANYDRILL钻井工程设计与工艺软件其中也包括对于钻井问题的监测、诊断和评估等功能。国外具有代表性的是斯伦贝谢和BP公司联合开发的无意外风险钻井（NDS）技术系统［4-5］，该系统在克拉玛依和迪那地区已成功应用，大幅度地减少了钻井成本。以上应用软件都依赖于PC机，但PC机不仅便携性差，且主要放置在科研院所中，远离事故现场。在钻井过程中如遇到突发井下事故，不在现场的工程技术人员很难准确了解现场实际情况。基于此问题，笔者在Android平台上，开发了一款钻井风险实时诊断与评估系统，构建了一个稳定安全的手机应用APP，来应对现场各种钻井问题。

1　系统的功能及流程

1.1实时诊断功能

据近年钻井数据资料统计，在施工过程中，处理井下复杂情况和钻井事故的时间可占钻井总时间的6%～8%［6］。可见，正确预测和监测井下实时状况并对相关问题进行初步诊断可以缩短施工时间、提高钻井效率、减少人力财力的投入。

钻井工程是一项复杂的系统工程，其过程中会产生大量复杂的数据。这些数据表现出不规则性、不稳定性、非线性、不透明性等。这些数据却包含着地层性质、岩石性质、钻头类型、钻井液性能、钻具失效及钻速快慢和成本等方面信息。及时对这些数据进行分析和处理就可以对钻井问题进行实时诊断。

根据用户更新的真实数据，系统应用统计学习、范例分析算法进行计算分析，可较为准确地描述井下状况，避免人为的主观臆断影响事故处理进度。

1.2实时评估功能

对钻井各种问题进行指标化，以钻井风险为主，兼顾费用风险和地质风险。该系统建立了钻井风险神经网络识别法和模糊综合评价法，2种方法相互弥补各自不足，使得钻井风险评估结果更具参考性和准确性［3］。该模块的钻井风险评估层次结构根据T. L. Saaty提出的层次分析法（APH）建立［7-8］，如图1所示。

1.3系统数据流程图

数据流程图（Data Flow Diagram），简称DFD，是软件工程中需求分析阶段描述软件系统逻辑模型的常用工具，可形象描述信息在系统中流动和加工处理的情况，系统的数据流图如图2所示。

图1　评估层次结构

图2　系统数据流

本系统主要完成钻井问题的实时诊断以及风险评估功能，用户可通过在手机上输入相关参数对钻井问题进行初步判断，也可从数据库中提取数据来查看评估结果。

2　系统相关开发工具

2.1Android平台简介

Android平台是基于Linux内核的开源操作系统，主要应用于智能手机和平板电脑等移动设备。该平台早期由Google公司开发，后由开放手机联盟开发。Android平台采用Java编程语言开发，其体系结构分为四层：Linux内核层、中间层、应用程序框架层和应用程序层［9］。Android平台以其开放性、多样性以及丰富的资源迅速成长，成为全球市场占有率最大的手机操作系统。

2.2Java Web结论与建议

Java Web是利用Java解决相近Web互联网领域的技术综合，其中Web包括Web服务器和Web客户端两部分。Java在客户端的应用有Java Applet，不过应用范围有限；Java在服务器端应用非常广泛，如JSP、Servlet等，常用框架有MVC、SSH和SSI等［10］。

2.3SQL Server数据库

SQL Server是一个关系型数据库管理系统，最初由Microsoft、Sybase 和Ashton-Tate三家公司共同开发。本系统所采用的Microsoft SQL Server 2005是一个全面的数据库平台，使用集成的商业智能（BI）工具提供了企业级的数据管理。Microsoft SQL Server 2005数据库引擎为关系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能，开发简便，使用户可以构建和管理用于业务的实用性强并且高性能的数据应用程序［11-12］。

3　系统结构设计与实现

3.1系统体系结构设计

钻井风险实时诊断与评估系统设计即采用C/S结构模式。C/S客户机服务器结构具有较高安全性、独立性等特点，主要由智能手机、平板电脑等便携式终端使用。系统框架如图3所示。

图3　系统框架

客户端方面：利用Android 4.2.2平台进行开发，以HTTP作为通信协议［13］，实现对数据库的数据访问操作同时利用Eclipse+ ADT作为开发工具，利用JDK1.7作为编译工具。

服务器端方面：利用Java Web+ SQL Server结构设计，实现手机客户端与服务器端交互。利用Tomcat 7.0作为服务器，SQL Server作为数据库，同时采用MyEclipse 8.5作为开发工具，采用JDK 1.7作为编译工具。系统通过Servlet接收客户端请求，访问数据库后获得数据，数据以JSON格式返回客户端，客户端解析数据后显示。

3.2系统功能实现

钻井系统实时诊断及评估系统主要分为两个功能模块：手机客户端管理模块和后台管理模块。手机客户端主要功能是显示用户输入计算所得结果或数据库查询结果，服务器端主要功能是根据用户输入进行计算或根据数据库表中数据进行计算。其中对于钻井风险的计算，根据不同因素的权值建立矩阵进行估算［14］。

3.3连接数据库

数据库的设计和实现是系统开发的重要环节，合理的数据库设计可以缩短软件开发周期、提高系统运行效率。本系统采用SQL Server 2005作为数据库，为了方便操作数据库，本系统将数据库连接方法保存在数据库操作文件DBManger.java中，提高了代码的封装性利于日后的扩充与修改。文件中具体的数据库连接代码可参考相关文献［15-20］。

4　应用实例

新疆油田某区块，由于地层构造应力较强，且水平地应力非均匀性明显，易造成套管损坏。为分析该区块所下套管是否安全，采用诊断及评估系统中的套损分析模块对该井数据进行计算和分析，如图4和图5。计算结果表明，该井N80钢级7.72 mm壁厚的套管在应力作用下将发生严重损伤。

图4　T1井的井壁围岩应力计算

图5　T1井某深度套管变形量计算

5　结论

基于Android平台的钻井风险实时诊断及评估系统以自主研究、原始创新为主，形成了具有自主知识产权的风险评估软件。该系统具有操作简便、便携性好、实用性强、准确性高等特点。用户可选择自主输入或从数据库中选择数据来进行计算，进而对当前钻井问题进行初步诊断以及对钻井风险进行评估，且可以将计算结果保存进入数据库。该系统强适应、人性化的特点能有效提高作业质量和决策水平，降低钻井风险和费用。

［1］蒋希文.钻井事故与复杂问题［M］.北京：石油工业出版社，2006.

［2］陈锐，李黔，尹虎，等. 钻井风险实时监测与诊断系统设计及应用［J］.断块油气田，2013，20（1）：115-117.

［3］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）：18-19，24.

［4］连志龙，周英操，申瑞臣，等.无意外风险钻井（NDS）技术探讨［J］.石油钻采工艺，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，刘志坤，等.钻井风险因素综合评价方法及模型建立［J］.天然气工程，2008，28（5）：120-122.

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

［8］白其峥.数学建模案例分析［M］.北京：海洋出版社，2000.

［9］陈璟，陈平华，李文亮.Android内核分析［J］.现代计算机：下半月版，2009（11）：112-115.

［10］孙卫琴.Tomcat与Java Web开发技术详解［M］ .北京：电子工业出版社，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］杨丰盛. Android应用开发揭秘［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［14］李海宏.钻井风险评价方法与模型建立［J］.石油钻探技术，2003，31（6）：66-68.

［15］BURNETTE E D，张波，高朝勤，等. Android基础教程［M］.北京：清华大学出版社，2009.

［16］SHANE Conder, LAUREN Darcey，张魏，等. Android移动应用开发从入门到精通［M］.北京：人民邮电出版社，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，赵廷峰，胜亚楠，等.复杂地层钻井风险程度判别方法研究［J］.石油钻采工艺，2015，37（3）： 11-14.

［20］魏秦文，朱鑫，梁政，等.智能钻柱关键密封技术研究［J］.石油钻采工艺，2014，36（6）： 105-108.

（修改稿收到日期2015-04-17）

〔编辑薛改珍〕

我国陆上最深气井克深902井地下8 000 m试获高产油气流

2015年7月14日，在未进行储层改造的情况下，克深902在目的层位（井深8 038 m）测试求产，用Ø5 mm油嘴放喷，获日产天然气30×104m3，是迄今为止我国陆上试获工业油气流最深的一口井。

克深902井位于阿克苏地区拜城县境内，部署在克拉苏构造带克深9构造高点西南翼的一口评价井。塔里木油田为探视克拉苏构造带的“地下珠峰”，创新提出“顶篷构造”地质理论，大胆预测地面8 000 m以下仍有优质油气储层。2013年12月，在这里部署的克深9井喜获高产油气流，证实了这一预测。同时，部署克深902井加快对克深9区域的勘探评价。

针对储层埋藏深、井下岩性复杂、井底温度高达190 ℃、地层压力大等特点，自2014年1月克深902井开钻以来，塔里木油田以项目管理为抓手，攻克盐上地层砾石含量高、掉块多等提速技术难题，全面在目的层使用进口PDC及涡轮+孕镶钻头顺利完钻。完井中，这口井利用抗高温超高密度钻井液固井技术等一系列深井配套技术，完成Ø139.7 mm尾管固井施工作业，井下套管及固井先后创中国石油新纪录。

克深902井获得高产油气流，对明确克深9气藏类型、含气规模、气水分布等情况具有重要意义，在夯实克深9区块资源基础的同时，为下一步推进中国石油超深井的勘探评价工作积累了宝贵经验。

（供稿石艺）

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

黑龙江省青年科学基金“旋转振动钻具的共振碎岩钻孔机理研究”（编号：QC2012C022）。

李玮，1979年生。2010年毕业于东北石油大学油气井工程专业，现主要从事高效钻井破岩、水力压裂、钻井优化等方面的理论与技术研究工作，教授，博士生导师。电话：0459-6503643。E-mail：cyyping@sina.com。

引用格式：李玮，赵菁菁，高磊，等. 基于Android的钻井风险实时诊断与评估系统［J］.石油钻采工艺，2015，37（4）：5-8.