计算机在固井设计中的应用.ppt

1,计算机在固井设计中的应用,2,固井工程概述,1、固井工程的概念 为了加固井壁，保证继续钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层试油及在整个开采中合理的油气生产，为此下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井工程。,3,2、工艺介绍 下套管 注水泥 候凝 检测评价,固井工程概述,4,3、固井目的封隔易塌、易漏等复杂地层，保证钻井顺利进行封隔油气水层，建立油气流出通道，防止产层间互窜进行增产措施安装井口,固井工程概述,5,4、内容套管与下套管水泥与注水泥,固井工程概述,6,5、对固井质量的要求套管有足够的强度能承受井下各种外力作用，抗腐蚀、不断、不裂、不变形水泥环有可靠的密封环空封固段不窜、不漏、能经受高压挤注的考验,固井工程概述,7,6、固井工程的特殊性(1)是一次性工程,如果质量不好,一般情况下难以补救;(2)是隐蔽性工程,主要流程在井下,施工时不能直接观察,质量控制往往决定于设计的准确性和准备工作的好坏,受多种因素的综合影响;(3)影响后续工程的进行;(4)是一项花钱多的工程;(5)施工时间短,工序内容多,作业量大,是技术强的工程.,固井工程概述,8,主题,1.固井工程设计概述2.计算机在固井设计中应用情况3.固井研究室有关固井软件介绍4.固井软件设计方法,9,主题,1.固井工程设计概述2.计算机在固井设计中应用情况3.固井研究室有关固井软件介绍4.固井软件设计方法,10,1.固井设计概述,1.1 涉及的内容1.2 设计技术的发展1.3 设计遇到的难度1.4 提高设计水平的途径,11,1.1 涉及的内容,注水泥方式选择套管柱设计扶正器安放位置设计下套管作业计算水泥浆设计注水泥施工设计固井质量预测与评价固井成本预算,12,1.1 涉及的内容,注水泥方式选择单级注水泥选择尾管注水泥选择非常规注水泥方法选择双级注水泥选择内管注水泥选择。,13,1.1 涉及的内容,套管柱设计强度设计密封设计磨损计算特殊条件下的设计。,14,1.1 涉及的内容,扶正器安放位置设计扶正器安放位置优选套管居中度校核。,15,1.1 涉及的内容,下套管作业计算套管上扣扭矩下套管摩阻与大钩载荷下套管速度下套管事故处理。,16,1.1 涉及的内容,水泥浆设计环空水泥浆组成与密度对水泥浆的性能要求水泥浆体系选择水泥浆配方设计水泥浆性能试验。,17,1.1 涉及的内容,注水泥施工设计前置液选用水泥与外加剂用量注水泥排量计划施工步骤与技术措施。,18,1.1 涉及的内容,注水泥质量预测与评价注水泥作用的仿真模拟注水泥后气窜分析注水泥综合质量评价。,19,1.1 涉及的内容,固井成本预算材料消耗施工作业设备使用人员费用。,20,1.2 设计技术的发展,科学化系统化规范化,固井设计,21,1.3 设计遇到的难度,各种复杂条件井的出现与技术要求的增大大斜度定向井、水平井固井小井眼、侧钻井固井深井、高温高压井固井高压气井酸性气井低压低渗气井注蒸汽热采井盐岩层井尾管完成井注采调整井含复杂地层条件下固井,22,1.4 提高设计水平的途径,复杂计算知识处理数据管理,23,主题,1.固井工程设计概述2.计算机在固井设计中应用情况3.固井研究室有关固井软件介绍4.固井软件设计方法,24,2.计算机在固井设计中应用情况,早期,近期,发展,25,2.计算机在固井设计中应用情况,国外情况,Halliburton:CJobSim,ESDSDS:CemCADEMaurer:CEMENT,CASARCO:,大庆油田：注水泥、套管、扶正器华北职大：注水泥、套管西南石油学院：套管、下套管、注水泥、,国内情况,26,2.计算机在固井设计中应用情况,主要应用领域,科学计算:管柱力学分析 套管设计 扶正器计算 摩阻计算 流变学设计 多模式选择 流态计算 平衡压力计算“U”型管效应,施工模拟：下套管模拟 注水泥模拟 水泥失重模拟包括：动态参数计算 动态图形描述,数据管理：材料管理 施工数据管理 实验数据管理 设计数据管理 数据分析 施工报告 统计表报,知识与信息工程：注水泥方式选择 水泥浆性能要求 水泥浆体系设计 水泥浆配方优选 前置液设计 特殊工艺设计 施工措施步骤 质量分析评价 事故处理,施工监测：施工参数实时测量 施工过程实时分析 施工方案决策 施工数据实时管理,27,2.计算机在固井设计中应用情况,主要应用领域,科学计算:管柱力学分析 套管设计 扶正器计算 摩阻计算 流变学设计 多模式选择 流态计算 平衡压力计算“U”型管效应,施工模拟：下套管模拟 注水泥模拟 水泥失重模拟包括：动态参数计算 动态图形描述,数据管理：材料管理 施工数据管理 实验数据管理 设计数据管理 数据分析 施工报告 统计表报,知识与信息工程：注水泥方式选择 水泥浆性能要求 水泥浆体系设计 水泥浆配方优选 前置液设计 特殊工艺设计 施工措施步骤 质量分析评价 事故处理,施工监测：施工参数实时测量 施工过程实时分析 施工方案决策 施工数据实时管理,28,2.计算机在固井设计中应用情况,国内外研究情况,软件应用,研究经费,维护与更新支持,项目资助单位,100%,50%,各公司有专门经费支持60%,同时有上百个公司资助,单一公司,很少,以一系统软件为项目，一般大于百万,29,主题,1.固井工程设计概述2.计算机在固井设计中应用情况3.固井研究室有关固井软件介绍4.固井软件设计方法,30,3.固井研究室有关固井软件介绍,3.1 已完成软件:油气井注水泥流变学设计软件 1.0,2.0版，DOS版系列固井工程设计与仿真系统(专家系统)，DOS版系列固井仿真与智能设计软件系统(智能设计部分)Windows版系列固井工程数据管理与分析系统3.2 应用情况：塔里木、新疆、长庆、吉林、辽河、大港、四川、地矿部、海洋石油固井、江苏,31,3.固井研究室有关固井软件介绍,3.3 正在研究项目固井仿真与智能设计软件系统(仿真部分)，Windows版系列国家863项目，固井工程仿真与优化设计 智能子系统，工作站版系列固井施工实时监测指挥系统,Windows版系列固井数据管理系统升级版,Windows版系列固井水泥化验室应用系统,Windows版系列固井工程师助手,Windows版系列,32,固井设计模型的研究与选用特殊井固井设计方法研究固井专家知识与现场经验的收集与处理信息与知识工程技术的应用数据库技术的应用计算机仿真技术应用计算机网络技术应用计算机自动监控技术应用,3.固井研究室有关固井软件介绍,3.4 研究与发展方向,33,3.固井研究室有关固井软件介绍,3.5 典型软件介绍固井工程设计与仿真系统 CCDESIM 2.0专家系统版 for Dos固井仿真与智能设计系统 CemSAIDS 1.0 for windows,34,CCDESIM 2.0 and CemSAIDS 1.0,主要功能固井智能设计套管柱强度设计与校核扶正器合理安放位置设计与套管居中度校核注水泥方式设计注水泥流体设计注水泥施工设计挤水泥设计平衡注水泥塞设计注水泥成本预测,35,CCDESIM 2.0 and CemSAIDS 1.0,固井施工仿真模拟下套管过程模拟摩阻与大钩载荷预测注水泥过程模拟顶替过程图形描述，井下顶替参数仿真计算注水泥后环空失重与气窜模拟施工结果分析与施工报告固井施工咨询与培训设计数据管理知识与材料数据管理,36,CCDESIM 2.0 and CemSAIDS 1.0,主要特点,工程特点设计内容全面设计方式灵活，支持全井固井概念设计。全井固井 施工设计及单层套管设计设计理论先进，国外技术与固井室成果结合适用条件广泛，各种井况、地层固井，水平井、深井、陆地与海洋固井智能设计方式，理论计算与专家知识相互支持,37,CCDESIM 2.0 and CemSAIDS 1.0,计算机特点适用于 MS Windows 3.x/Windows 95 操作系统开放的知识与数据管理功能全面的数据输入输出与共享管理灵活的设计结果与报告输出打印功能可视化的设计方法快速与简便的操作方式,38,主题,1.固井工程设计概述2.计算机在固井设计中应用情况3.固井研究室有关固井软件介绍4.固井软件设计方法,39,4.固井软件设计方法,4.1 应满足的要求4.2 设计思路与基本结构4.3 实现方法 设计模型 知识工程应用 数据库技术应用 操作界面 图形处理,40,4.固井软件设计方法,4.1 应满足的要求工程要求满足固井设计内容的要求设计模型合理可行软件要求操作方便、简单、直观数据的录入、修改、管理方便对设计使用的数据有系统的管理输出方便,41,4.固井软件设计方法,4.2 设计思路与基本结构设计流程,42,4.固井软件设计方法,框架结构,43,4.固井软件设计方法,组成结构,44,4.固井软件设计方法,4.1 应满足的要求4.2 设计思路与基本结构4.3 实现方法 设计模型 知识工程应用 数据库技术应用 操作界面 图形处理,45,4.固井软件设计方法,设计模型:“U”型管效应计算出现时间条件：环空静液压力管内静液压力流动阻力0返出排量：真空段长度 摩阻 静压,实现方法,46,4.固井软件设计方法,预测环空压力下降失重压力计算HF评价因子预测水泥浆气窜阻力直接反映胶凝强度：SRN系数间接反映胶凝强度：SPN因子 综合考虑GFP法CCGM法,实现方法,设计模型:气窜评价方法,47,4.固井软件设计方法,考虑因素：地层因素 静液压力因素 水泥浆性能系数 SPN 泥浆清除因素 MF,实现方法,设计模型:气窜评价方法:CCGM法,48,4.固井软件设计方法,影响关系：,实现方法,设计模型:气窜评价方法:CCGM法,HF,FF,MF,SPN,CCGM,49,4.固井软件设计方法,解析计算：,实现方法,设计模型:气窜评价方法:CCGM法,当：0 CCGM 10表示防气窜效果极好；10 CCGM 20表示防气窜效果中等；20 CCGM 30表示防气窜效果差。,50,4.固井软件设计方法,存在问题：单因素的影响结果与综合结果有出入；如：有严重窜槽时，会出现气窜，但CCGM不一定能 反映出来。解决方法将单因素与综合方法结合 即：先由单因素判别是否一定气窜；再由综合值判断总的气窜可能性.,实现方法,设计模型:气窜评价方法:CCGM法,51,4.固井软件设计方法,4.1 应满足的要求4.2 设计思路与基本结构4.3 实现方法 设计模型 知识工程应用 数据库技术应用 操作界面 图形处理,52,4.固井软件设计方法,知识工程应用 固井知识内容由理论计算模型支持的知识一般设计知识经验与数据现场技术规范,实现方法,53,4.固井软件设计方法,固井知识内容由理论计算模型支持的知识：指可通过固定的计算模型，考虑不同条件后通过数学计算可得出的一些结果。如环空气窜潜力系数GFP的获得，注水泥过程环空压力平衡情况的获得，注入液体临界返速的获得等。这部分内容一般不纳入知识数据范畴，但其计算结果常常被作为中间事实或知识内容与其它知识一起参与推理过程。,实现方法,54,4.固井软件设计方法,固井知识内容一般设计知识：现场套管外载计算方式要求注水泥方式/方法的选择原则与各种注水泥方法的使用条件不同井况对水泥浆与前置液性能与体系的要求注水泥流态的选择原则与要求不同井况下有关施工技术措施选择原则,实现方法,55,4.固井软件设计方法,固井知识内容经验与数据：现场选用套管外载计算方式经验典型的环空浆柱结构与适用条件典型的水泥浆体系与典型的水泥浆配方不同井况对注水泥施工流速的限制现场常用的施工技术措施与适用条件,实现方法,56,4.固井软件设计方法,固井知识内容现场技术规范：现场对选用套管外载计算方式的规定现场对不同井况下水泥浆与前置液性能与体系的要求规定现场注水泥作业的有关规范,实现方法,57,4.固井软件设计方法,知识信息的结构与表述规则表述,实现方法,规则：结论：如果：井底循环温度90,且：循环温度45deg则：水泥浆失水应小于20ml如果：生产层是气层，则：考虑防窜如果：且：则：,58,4.固井软件设计方法,知识信息的结构与表述事实表述,实现方法,59,4.固井软件设计方法,知识的处理与使用推理方式知识处理,实现方法,60,4.固井软件设计方法,4.1 应满足的要求4.2 设计思路与基本结构4.3 实现方法 设计模型 知识工程应用 数据库技术应用 操作界面 图形处理,61,4.固井软件设计方法,数据库技术应用,实现方法,62,4.固井软件设计方法,4.1 应满足的要求4.2 设计思路与基本结构4.3 实现方法 设计模型 知识工程应用 数据库技术应用 操作界面 图形处理,63,4.固井软件设计方法,界面-图形(清晰的井眼条件描述）,实现方法,64,4.固井软件设计方法,界面-图形（灵活的打印输出控制）,实现方法,65,4.固井软件设计方法,界面-图形（快捷的基本数据录入）,实现方法,66,4.固井软件设计方法,界面-图形（规范的水泥浆配方设计）,实现方法,67,4.固井软件设计方法,界面-图形(醒目的设计结果显示）,实现方法,