大修磨套銑工藝參數(shù)優(yōu)化設計軟件的研發(fā)

周趙川陳立群李躍謙劉建儀代建偉彭遠進

大修磨套銑工藝參數(shù)優(yōu)化設計軟件的研發(fā)

周趙川1陳立群1李躍謙1劉建儀2代建偉2彭遠進2

1中海油能源發(fā)展工程技術公司增產(chǎn)作業(yè)分公司2西南石油大學

目前國內(nèi)修磨套銑作業(yè)存在諸多問題，出現(xiàn)事故的頻率逐年增加，增加了修井的作業(yè)難度?；诮?jīng)典的力學、水力學分析方法，建立了磨套銑過程中管柱力學、水力學計算模型，完成對大修磨套銑作業(yè)施工工藝參數(shù)的優(yōu)化設計計算。以理論模型為基礎，應用C#語言開發(fā)了大修磨套銑工藝參數(shù)優(yōu)化設計軟件。通過對現(xiàn)場井的實例應用表明，軟件計算結果與現(xiàn)場實際參數(shù)吻合程度高，提高了磨套銑作業(yè)的現(xiàn)場施工效率。

大修磨套銑；管柱力學；水力學；工藝參數(shù)；優(yōu)化設計軟件

大修磨套銑作為油田穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的重要技術手段顯得越來越重要，但目前國內(nèi)修磨套銑作業(yè)存在諸多問題，出現(xiàn)事故的頻率逐年增加，增加了修井的作業(yè)難度[1]。因此，基于管柱力學分析相關模型[2]和流體力學理論，開發(fā)出大修磨套銑施工參數(shù)優(yōu)化設計軟件顯得尤為重要。

1 軟件設計

軟件以大修磨套銑過程分析取得的力學參數(shù)計算模型[3]為基礎，采用Microsoft Visual Studio2010平臺進行開發(fā)，語言使用C#，底層采用SQLServer 2005作為數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具。

1.1 軟件功能設計

（1）文件模塊。文件模塊包括新建工程、保存工程、打開工程和關閉軟件。

（2）查詢模塊。查詢模塊是對數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)保存好的設計成果進行查詢，軟件提供了設計人、設計日期、井號等查詢關鍵字，便于用戶查詢。

（3）優(yōu)化設計。優(yōu)化設計模塊是軟件的主體功能模塊，包括了磨套銑工具組合、磨套銑管柱力學優(yōu)化設計、磨套銑排量優(yōu)化設計、磨套銑水力學參數(shù)優(yōu)化設計。

（4）工具查詢與維護。工具查詢與維護模塊主要是對大修過程中用到的磨銑、套銑工具進行管理，方便用戶查看，且為磨套銑優(yōu)化設計提供基礎數(shù)據(jù)，改變了現(xiàn)場沒有工具數(shù)據(jù)庫的歷史。

（5）幫助。幫助部分為用戶提供軟件的一些基本操作信息。

1.2 數(shù)據(jù)庫設計

磨套銑優(yōu)化設計軟件底層采用SQLServer2005及以上的數(shù)據(jù)庫軟件進行開發(fā)，可對設計數(shù)據(jù)進行保存，便于對單井基礎數(shù)據(jù)的管理，也避免了對同一口井進行二次設計時單井基礎數(shù)據(jù)的重復錄入以及設計中途數(shù)據(jù)丟失的問題。為了使數(shù)據(jù)在使用過程中的邏輯更加清晰，進行了相關的數(shù)據(jù)流程設計。

2 應用實例

SZ36—1油田某A井于1994年9月18日下電泵投產(chǎn)，初期日產(chǎn)液120m3左右，不含水。由于Ⅰu、Ⅰd油組竄，2013年6月6日至9日更換管柱作業(yè)失敗，作業(yè)工程中內(nèi)管斷裂，外管管柱提不動，停止作業(yè)恢復注水，待下步大修。

2.1 管柱力學計算

筆者通過先后對江蘇省10所地方高校(分別用x1,x2,…,x10表示)進行調(diào)研，獲得調(diào)研數(shù)據(jù)，最后用未確知測度模型將10所高校的科研核心競爭力劃分為三個等級?，F(xiàn)以某高校(xi)為例來介紹實證分析的過程。

該井修井過程中進行了2次套銑作業(yè)，此處選擇1451m處的套銑作業(yè)為設計依據(jù)來對管柱力學參數(shù)進行說明。通過現(xiàn)場施工基本參數(shù)，計算上提、下放、鉆進3種不同工況下管柱的彎矩、旋轉扭矩、軸向摩阻力、軸向載荷。

圖1 A23井1451m井深處套銑過程中彎矩

如圖1所示，彎矩隨井身結構變化明顯，隨井深和井斜角的增大而增大，最大彎矩出現(xiàn)在1451m處，上提、下放和鉆進過程中彎矩均相同，為8000N·m左右。

如圖2所示，最大旋轉扭矩出現(xiàn)在井口，為13368.6N·m，最小旋轉扭矩出現(xiàn)在井底，不同工況情況下旋轉扭矩差異不大。

圖2 A23井1451m井深處套銑過程中旋轉扭矩

如圖3所示，最大軸向摩阻力在井口，為80kN，最小軸向摩阻力出現(xiàn)在井底，不同工況下摩阻力差異不大，鉆進過程中的軸向摩阻力最小。

圖3 A23井1451m井深處套銑過程中軸向摩阻力

如圖4所示，最大軸向載荷出現(xiàn)在上提和下放的過程中，井口軸向載荷最大，鉆進過程達到226.6kN。鉆進過程中軸向載荷小于上提和下放作業(yè)過程；同時在鉆進過程中中和點出現(xiàn)在900m左右，套銑筒的軸向載荷為25kN。

圖4 A23井1451m井深處套銑過程中軸向載荷

2.2 水力學參數(shù)計算

在完成排量初步估算的基礎上，選用套銑排量優(yōu)化模塊優(yōu)化排量。輸入?yún)?shù)基本設置：流體狀態(tài)為紊流，地面管線長度為30m，套銑管外徑長度37.48mm，套銑管長度7.9m，泵壓16MPa，初始排量60m3/h。計算得到套銑過程中優(yōu)化后的排量為67.5m3/h，大于井段的臨界環(huán)空排量，在此排量下可以增加銑屑反排速度，縮短大修周期，提高效率。

2.3 現(xiàn)場實際參數(shù)與理論計算參數(shù)比較

如表1所示，A23井第二次套銑已成功實施，經(jīng)與現(xiàn)場各項作業(yè)參數(shù)對比可知，軟件設計相關參數(shù)合理，與現(xiàn)場作業(yè)參數(shù)吻合程度達95.4%以上。

表1 現(xiàn)場施工參數(shù)與設計參數(shù)對比

3 結論

（1）基于經(jīng)典的力學、水力學分析方法，建立了磨套銑過程中管柱力學、水力學計算模型，完成對大修磨套銑作業(yè)施工工藝參數(shù)的優(yōu)化設計計算。

（2）以理論模型為基礎，應用C#語言開發(fā)了大修磨套銑工藝參數(shù)優(yōu)化設計軟件。通過對現(xiàn)場井的實例應用表明，軟件計算結果與現(xiàn)場實際參數(shù)吻合程度高，提高了磨套銑作業(yè)的現(xiàn)場施工效率。

（3）基于先進的分布式開發(fā)工具和數(shù)據(jù)庫管理技術，軟件實現(xiàn)了設計基礎井數(shù)據(jù)與設計成果數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、查詢和分布式應用。

[1]趙文彬，李子豐，王國斌，等．大修井管柱力學分析軟件的研制與應用[J]．石油鉆采工藝，2010，32（3）：23-26.

[2]李子豐，李敬元，馬興瑞，等．油氣井桿管柱動力學基本方程及應用[J]．石油學報，1999，20（3）：87-90.

[3]王瑞娥，汪海閣．QK17—2大位移井的井眼凈化研究[J]．石油鉆采工藝，2004，26（4）：4-6.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.030