鉆井工程移動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

朱 磊　趙亦朋　尹浚羽　李 磊

(1.中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院， 北京 102206;

2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院， 北京 102249)

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鉆井工程移動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

朱 磊1,2趙亦朋1尹浚羽1,2李 磊1,2

(1.中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院， 北京 102206;

2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院， 北京 102249)

摘要：現(xiàn)代鉆井技術(shù)從方案設(shè)計(jì)到現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)都依賴鉆井軟件的支持，相比通用的鉆井設(shè)計(jì)輔助系統(tǒng)，鉆井移動(dòng)系統(tǒng)在便攜性與計(jì)算效率方面具有優(yōu)勢(shì)。介紹鉆井移動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)備，對(duì)比國(guó)內(nèi)外鉆井移動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀、功能模塊、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用情況，研究開(kāi)發(fā)基于平板電腦的鉆井軟件的可能性，提出了軟件開(kāi)發(fā)方案。

關(guān)鍵詞：鉆井軟件; 鉆井設(shè)計(jì); 移動(dòng)系統(tǒng); 平板電腦; 軟件開(kāi)發(fā)方案

石油鉆井工程涉及多方面知識(shí)，鉆井施工過(guò)程中為保證鉆完井質(zhì)量，需要查閱相關(guān)的工具手冊(cè)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行大量復(fù)雜的工程計(jì)算，這使得鉆井軟件得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展?，F(xiàn)有的鉆井軟件大部分基于臺(tái)式計(jì)算機(jī)或筆記本電腦，但鉆井施工多在野外，隨身攜帶傳統(tǒng)的臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦(以下稱PC)有許多不便。移動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)于PC更加輕便、靈活，同時(shí)具有復(fù)雜計(jì)算、無(wú)線傳輸能力，配合相應(yīng)的鉆井軟件，可以滿足鉆井現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)、工程計(jì)算的需要，可對(duì)鉆井施工起到輔助作用。認(rèn)識(shí)和了解移動(dòng)系統(tǒng)鉆井軟件的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)把握未來(lái)鉆井軟件發(fā)展趨勢(shì)，提高我國(guó)鉆井軟件的整體水平具有重要意義。

1現(xiàn)有鉆井移動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)簡(jiǎn)介

選擇具備電子記事、計(jì)算、上網(wǎng)功能的手持電子設(shè)備，結(jié)合鉆井移動(dòng)系統(tǒng)軟件，才能突出鉆井移動(dòng)系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)有的適用于開(kāi)發(fā)鉆井移動(dòng)系統(tǒng)的手持設(shè)備，大致可分為3類(lèi)。

1.1PDA類(lèi)

PDA(personal digital assistant)是輔助個(gè)人工作的數(shù)字工具，主要應(yīng)用于軍事、工業(yè)技術(shù)等。基于微軟的Windows Mobile操作系統(tǒng)的PDA稱為Pocket PC(以下稱PPC)。此類(lèi)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是攜帶方便，支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，有一定的計(jì)算能力；其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)輸入不便，屏幕太小導(dǎo)致其圖形顯示效果有限，并且隨配置提高，其電池續(xù)航能力(平均水平為4 h左右)在一定程度上會(huì)影響其使用。

1.2平板電腦類(lèi)

平板電腦是一種小型、方便攜帶、以觸摸屏作為基本輸入設(shè)備的個(gè)人電腦。其屏幕尺寸一般在4~10 in(1 in=2.54 cm)之間，處理能力大于PDA類(lèi)。2010年美國(guó)蘋(píng)果公司推出一款名為“iPad”的觸摸屏產(chǎn)品。此后幾年平板電腦市場(chǎng)高速成長(zhǎng)，發(fā)展越來(lái)越成熟。

平板電腦應(yīng)用于鉆井現(xiàn)場(chǎng)，其優(yōu)點(diǎn)有如下幾點(diǎn)：(1)不遜于一般筆記本電腦的計(jì)算能力，可滿足鉆井復(fù)雜計(jì)算的需要；(2)數(shù)字墨水和手寫(xiě)識(shí)別技術(shù)，強(qiáng)大的筆跡、語(yǔ)音、手勢(shì)識(shí)別能力，為快速輸入數(shù)據(jù)提供了可能性；(3)支持二維和三維圖像的呈現(xiàn)，這使得掌上系統(tǒng)在實(shí)時(shí)監(jiān)控方面有很大的開(kāi)發(fā)空間；(4)電池續(xù)航能力(10 h左右)遠(yuǎn)大于一般筆記本電腦，與超級(jí)本持平，且可以長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)，幾秒內(nèi)可從待機(jī)狀態(tài)恢復(fù)到工作狀態(tài)；(5)良好的便攜性和移動(dòng)性，適合野外、現(xiàn)場(chǎng)工作人員使用。

平板電腦還處于發(fā)展階段，應(yīng)用于鉆井工程存在如下缺點(diǎn)：(1)目前市場(chǎng)上的平板電腦在鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用易受污和損壞；(2)部分鉆井現(xiàn)場(chǎng)(如氣體鉆井現(xiàn)場(chǎng))對(duì)民用電子設(shè)備的使用有限制；(3)現(xiàn)有的操作系統(tǒng)主要是Android系統(tǒng)和蘋(píng)果IOS系統(tǒng)，相應(yīng)的鉆井軟件有待開(kāi)發(fā)，且開(kāi)發(fā)成本較高。

1.3智能手機(jī)類(lèi)

智能手機(jī)是普及率極高的民用電子設(shè)備，除通訊功能以外，也可作為鉆井工程移動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)使用。其不足之處，主要表現(xiàn)在：(1)大部分智能手機(jī)屏幕尺寸較小，輸入?yún)?shù)效率、圖像顯示效果都會(huì)受到影響；(2)電池續(xù)航能力弱于平板電腦，僅4 h左右。

如果只需要資料查詢、簡(jiǎn)單工程計(jì)算、GIS等特定功能，智能手機(jī)類(lèi)的鉆井掌上系統(tǒng)具有一定優(yōu)勢(shì)。由于智能手機(jī)普及率高，工作人員只需在手機(jī)上安裝軟件就能使用，這使得該類(lèi)鉆井掌上系統(tǒng)成本更低，更容易被業(yè)內(nèi)人士接受和推廣。

2國(guó)外鉆井移動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1the Driller′s Toolkit for Pocket PC軟件

Petris Technology公司開(kāi)發(fā)的the Driller′s Toolkit for Pocket PC軟件于2004年正式發(fā)布。這套軟件可在PPC上使用，以鉆井參數(shù)快速計(jì)算為主要功能，當(dāng)時(shí)在國(guó)外鉆井公司中得到廣泛應(yīng)用。2013年P(guān)etris公司推出的鉆井軟件工程包中仍然包含該套系統(tǒng)。該軟件計(jì)算模塊較為全面，2004年正式推出時(shí)，工程計(jì)算部分包括了井下鉆具組合參數(shù)模塊、注水泥參數(shù)模塊、鉆柱參數(shù)模塊等，涉及鉆井施工的20類(lèi)127項(xiàng)計(jì)算[1]。

該軟件的突出優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算準(zhǔn)確且效率高，單位制可根據(jù)用戶的習(xí)慣自由組合，且提供圖形輸出，支持手寫(xiě)筆和軟鍵盤(pán)輸入。

2.2Well Control系列軟件

Well Control公司于2011年開(kāi)發(fā)了Well Control系列軟件[2]，該軟件基于蘋(píng)果IOS操作系統(tǒng)，用于iPad或iPhone上，以可視化井控模擬為核心功能。該系列軟件目前包括了10個(gè)獨(dú)立的功能軟件，其中有用于井控模擬和培訓(xùn)的Well Control Simulator，有用于計(jì)算水力參數(shù)的Drilling Hydraulics，有用于模擬和培訓(xùn)正常鉆井過(guò)程的Drilling Simulator等。

相比于Petris公司開(kāi)發(fā)的the Driller′s Toolkit for Pocket PC 軟件，Well Control系列軟件充分發(fā)揮了iPad的硬件優(yōu)勢(shì)：圖形顯示更加精細(xì)，工程計(jì)算功能更加全面，并且具有強(qiáng)大的可視化模擬功能，從硬件和軟件方面都有了很大的進(jìn)步。用戶可選擇滾動(dòng)條、軟鍵盤(pán)或手寫(xiě)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，工作效率大幅提高。

2.3Halliburton公司系列手機(jī)軟件

2010年以后，為優(yōu)化其服務(wù)業(yè)務(wù)，Halliburton公司開(kāi)發(fā)了一系列手機(jī)服務(wù)軟件，主要包括B&C WellCall、eRedBook、InteLift、RapidSuite ETB、InSite Anywhere等5個(gè)獨(dú)立軟件。該系列軟件都基于手機(jī)平臺(tái)，可用于IOS和Android操作系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)：

(1)通過(guò)這一款基于網(wǎng)絡(luò)的“下一代數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)”，可以隨時(shí)隨地通過(guò)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)與哈里伯頓數(shù)據(jù)庫(kù)連接，顯示作業(yè)井的錄井實(shí)時(shí)資料，方便方案決策，極大地提高工程師、專(zhuān)家、管理者的工作效率，降低差旅費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)。

(2)可查詢鉆完井作業(yè)中常用的工程標(biāo)準(zhǔn)、工具尺寸與型號(hào)，可進(jìn)行簡(jiǎn)單的體積計(jì)算(如鉆柱內(nèi)體積和環(huán)空體積)。

(3)能進(jìn)行緊急事件方案、組織辦法、應(yīng)急手段查詢；有井噴事故場(chǎng)景介紹、應(yīng)對(duì)策略以及事故記錄。

(4)隨時(shí)隨地顯示作業(yè)井的總體情況和地理位置。

(5)適用于完井作業(yè)的簡(jiǎn)易計(jì)算。

2.4沙特阿拉伯上游業(yè)務(wù)移動(dòng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)試驗(yàn)

2012年，沙特阿拉伯國(guó)家石油公司發(fā)起了一項(xiàng)用于石油行業(yè)上游業(yè)務(wù)的移動(dòng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)評(píng)估試驗(yàn)項(xiàng)目[6]。該項(xiàng)目以開(kāi)發(fā)部分移動(dòng)應(yīng)用為測(cè)試點(diǎn)，分析并展望未來(lái)石油行業(yè)移動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法。

該項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)硬件平臺(tái)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：平板設(shè)備和智能手機(jī)可以明顯提高辦公效率，且平板設(shè)備有代替筆記本電腦和臺(tái)式機(jī)的趨勢(shì)。該項(xiàng)目組對(duì)Android系統(tǒng)和IOS的應(yīng)用程序分別進(jìn)行開(kāi)發(fā)，分析比較不同系統(tǒng)下的開(kāi)發(fā)效果。作為試點(diǎn)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)有：?jiǎn)T工表現(xiàn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)、報(bào)告評(píng)價(jià)和審批應(yīng)用系統(tǒng)、支持GIS(地理信息系統(tǒng))的油藏位置顯示應(yīng)用系統(tǒng)。

開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論：基于移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)與臺(tái)式電腦軟件開(kāi)發(fā)不同，必須對(duì)屏幕尺寸、CPU和內(nèi)存管理進(jìn)行特殊考慮，也應(yīng)考慮移動(dòng)設(shè)備的特有功能，如觸屏、手勢(shì)識(shí)別、相機(jī)和GPS導(dǎo)航等；開(kāi)發(fā)移動(dòng)應(yīng)用與移植現(xiàn)有的軟件應(yīng)用不同，至少體現(xiàn)在界面設(shè)計(jì)上；移動(dòng)設(shè)備的電力消耗應(yīng)遠(yuǎn)小于臺(tái)式機(jī)，內(nèi)存管理和CPU的使用要有節(jié)制。考慮到需要開(kāi)發(fā)和推廣的時(shí)間，推薦建立平板電腦應(yīng)用的特殊方案。

該開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)還推薦了適合平板設(shè)備的應(yīng)用程序，包括：儀表顯示、報(bào)告審閱與管理、員工培訓(xùn)應(yīng)用、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的檢測(cè)和報(bào)告、GIS應(yīng)用以及其他結(jié)合平板電腦特殊功能的應(yīng)用程序。

除此之外，Schlumberger公司等多家國(guó)際鉆井服務(wù)公司在2011年之后也推出了與鉆井工程相關(guān)的蘋(píng)果應(yīng)用軟件，這些軟件多以鉆井資料查詢、作業(yè)數(shù)據(jù)記錄等為主要功能，兼有部分工程計(jì)算功能。

3國(guó)內(nèi)鉆井移動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

3.1鉆井工程掌中寶

鉆井工程掌中寶是由西安石油大學(xué)2005年開(kāi)發(fā)，基于PPC平臺(tái)的鉆井移動(dòng)系統(tǒng)[3]，功能上除了可進(jìn)行簡(jiǎn)單工程計(jì)算外，還具有工具手冊(cè)查閱、專(zhuān)業(yè)電子書(shū)查詢等功能。該系統(tǒng)包含3部分：第一部分為數(shù)據(jù)手冊(cè)，用于查詢鉆井、鉆頭、管柱、油田化學(xué)、事故工具、地面設(shè)備等相關(guān)設(shè)備和技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)；第二部分為工程計(jì)算模塊，主要涉及定向井、鉆井液、地層壓力、鉆井參數(shù)、壓井計(jì)算、固井計(jì)算、水力參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、井下事故等9個(gè)方面；第三部分為石油工程專(zhuān)業(yè)電子書(shū)。該軟件的優(yōu)點(diǎn)是兼有計(jì)算和查詢功能，不足之處是其計(jì)算模塊相對(duì)簡(jiǎn)單，未開(kāi)發(fā)復(fù)雜計(jì)算模塊。

3.2石油鉆井信息掌上監(jiān)控系統(tǒng)

3.3基于J2ME的鉆井移動(dòng)系統(tǒng)

長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院于2008年成功開(kāi)發(fā)一款鉆井移動(dòng)系統(tǒng)[5]，該軟件包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、筆記本客戶端和手機(jī)客戶端3部分。用戶可以通過(guò)筆記本的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器與數(shù)據(jù)庫(kù)連接，并進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、添加和刪除等操作，或通過(guò)手機(jī)客戶端查詢鉆井信息及常用數(shù)據(jù)。

J2ME鉆井移動(dòng)系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)第一次嘗試以手機(jī)為平臺(tái)開(kāi)發(fā)鉆井移動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)國(guó)內(nèi)鉆井移動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)有一定的借鑒作用和指導(dǎo)意義。不足之處是選用的手機(jī)設(shè)備性能較低，需要數(shù)據(jù)庫(kù)終端支持，造成整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜；系統(tǒng)功能過(guò)于單一，手機(jī)用戶只能查詢數(shù)據(jù)，無(wú)法修改和添加數(shù)據(jù)，也無(wú)法進(jìn)行工程計(jì)算。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的幾類(lèi)鉆井移動(dòng)系統(tǒng)都有各自的適用性：鉆井掌中寶最適合現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算施工參數(shù)，兼有查詢功能；掌上監(jiān)控系統(tǒng)最適合油田管理；J2ME鉆井移動(dòng)系統(tǒng)則合理利用了手機(jī)功能。但是他們的功能都需要擴(kuò)展，才能完全滿足鉆井現(xiàn)場(chǎng)的需要。

3.4國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀比較

從國(guó)內(nèi)外鉆井移動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展和對(duì)硬件設(shè)備的利用方面來(lái)看，國(guó)內(nèi)還存在較大差距，主要表現(xiàn)在：(1)國(guó)內(nèi)的鉆井移動(dòng)系統(tǒng)功能比較單一；(2)計(jì)算功能不強(qiáng)，只能對(duì)簡(jiǎn)單的鉆井參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，無(wú)法完全滿足現(xiàn)場(chǎng)需要；(3)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)前未做市場(chǎng)需求調(diào)查，很難推廣使用；(4)選擇的硬件設(shè)備落后，硬件性能制約軟件功能的實(shí)現(xiàn)。國(guó)外從2011年以來(lái)已經(jīng)有至少10家公司成功開(kāi)發(fā)鉆井行業(yè)的平板電腦客戶端，其中部分是鉆井專(zhuān)業(yè)計(jì)算系統(tǒng)，但國(guó)內(nèi)還沒(méi)有出現(xiàn)基于此平臺(tái)的鉆井系統(tǒng)。

4對(duì)新型鉆井移動(dòng)系統(tǒng)的展望

同時(shí)開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)持續(xù)關(guān)注市場(chǎng)需求變化，如有需求可增加其他功能模塊。開(kāi)發(fā)環(huán)境可選擇為Java程序提供運(yùn)行環(huán)境的JDK(java development kit)以及Android官方網(wǎng)站提供的開(kāi)發(fā)工具ADT(android development tools)[9-11]，其中包括開(kāi)發(fā)工具Eclipse和Android設(shè)備模擬器SDK(software development kit)。

圖1　鉆井移動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5結(jié)語(yǔ)

(1)國(guó)內(nèi)鉆井移動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展與國(guó)外相比還有一定的差距，已開(kāi)發(fā)的該類(lèi)系統(tǒng)受到硬件設(shè)備的限制。

(2)目前國(guó)內(nèi)基于平板電腦的鉆井移動(dòng)系統(tǒng)軟

件還未見(jiàn)報(bào)道。結(jié)合平板電腦各方面的性能，可以選擇適合鉆井工程應(yīng)用的機(jī)型，設(shè)計(jì)一款基于平板電腦的鉆井計(jì)算和分析軟件。匯集工程計(jì)算、鉆井資料及設(shè)備參數(shù)查詢、井場(chǎng)資料實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，更好地輔助現(xiàn)場(chǎng)施工和決策，提高鉆井技術(shù)人員的工作效率。

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The Current Situation and Outlook of Drilling Engineering Handheld System

ZHULei1,2ZHAOYipeng1YINJunyu1,2LILei1,2

(1.Drilling Research Institute of China PetroChina Corporation, Beijing 102206, China;

2.Oil Engineering College of China Petroleum University(Beijing), Beijing 102249, China)

Abstract:Modern drilling engineering rely on drilling software support both in the construction site and program design. Compared to the general software, the drilling handheld system has the advantages of portability and computational efficiency. This paper focused on drilling handheld system by introducing common hardware devices for drilling handheld system, and the present situation of the domestic and international drilling handheld system software were analyzed with detailed description of existing function modules, advantages, disadvantages and application situation. On the basis of the above, it also discussed the possibility of developing drilling software for tablet computers and detailed suggestions for the further development.

Key words:drilling software; drilling design; handheld system; tablet computer; software development plan

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1980(2015)03-0056-04

中圖分類(lèi)號(hào)：TE22

作者簡(jiǎn)介：朱磊(1988 — )，男，河南南陽(yáng)人，中國(guó)石油大學(xué)(北京)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)橛蜌饩こ?、鉆井軟件開(kāi)發(fā)、鉆井水力學(xué)。

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“鉆井工程設(shè)計(jì)和工藝軟件”(2011ZX05021-006)；中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“鉆井工程設(shè)計(jì)與控制一體化軟件V2.0升級(jí)版開(kāi)發(fā)”(2014B-4316)

收稿日期：2014-08-14