1 前言
井身结构设计是钻井工程工作开展的基础，它不仅能保障钻井作业的安全，还能延长油气井的开采时间[1]。现阶段的井身结构规划主要通过收集地层压力信息来进行套管层次及下深的确立，这种方法过于依赖专家经验而缺少理论数据的支持[2]。而国内与石油工程行业结合的软件少之又少。因此，针对国内在井身结构设计软件开发方面的不足，笔者团队研发了基于自上而下和自下而上井身结构设计方法的一体化风险设计及评价软件，该软件可以运用数值计算的方法来对井塌、井涌等复杂问题进行预防和检测。随着各石油公司开始精简投资组合，成本和经济效益会越来越成为吸引资本的优势，将井身结构设计程序化，减少不必要的试井探井支出，将会成为未来资源开采的新趋势[3]。
2 井身结构程序化设计方法
2.1自下而上井身结构设计方法
自下而上井身结构设计方法遵循由内向外的原则，在收集所钻地区地层特性剖面、地层破裂压力剖面数据后，自下往上的对每层套管的下入深度进行计算[4]。先从目的层出发，在满足裸眼井段压力约束条件的基础上，再向上计算安全裸眼井段的长度，由此来得出第一层技术套管的深入距离，然后再以相似的方法在上一层的位置逐层计算，直到井口位置。其具体步骤如下：
（1）在获取最大地层压力梯度的基础上对中间套管的下入深度进行求解，且确保中间套管在进行下入操作时不会发生卡钻等现象；
（2）求出钻井尾管的下入深度并校核其是否会发生卡套管现象；
（3）计算表层套管的下入深度。
自下而上井身结构设计方法从目的层出发，设计井深为生产套管下深，在确定下层套管以上窗口下限最大值的基础上，过最大值处作垂线，从而确定上层套管下深数值。再通过设置循环条件不断进行循环来计算出井深到井口之间所需要的数据。
2.2自上而下井身结构设计方法
自上而下井身结构设计方法与自下而上相类似，其不同在于该过程是一个由外向内进行设计的过程。该方法在参考所在地区地质数据的基础上，从表层套管深入位置出发，在满足裸眼井段约束条件的基础上向下计算安全裸眼井段的下部长度[5]。自上而下设计方法从井口处出发，在确定窗口上限最小值的基础上，过最小值处作垂线，来确定第一层套管下深的数值。同样通过设置循环条件不断地对数值进行计算，直至整段井身数据全部获取。
2.3适用范围及优缺点分析
自下而上井身结构设计方法较为经济实惠，其有两个方面的特点。第一，套管下入时较浅；其二，出现复杂问题须下套管时，易受限。因此，这种方法适用于已被探明地区的井身结构方案设计[6]。自上而下井身结构设计方法则更为安全，它也具备两个特点。第一，套管下入时更深[7]；其二，当钻井工作开展时，如果有复杂事故发生，则有更大空间去对突发情况进行处理，其更适用于对下部地层了解不充分的深探井[8]。井身结构设计及评价软件的开发，可以最大程度上推动行业发展，降低井塌、卡钻等一系列事故发生的概率，提高企业经济效益。
3 井身结构设计及软件开发
3.1主要功能介绍
井身结构风险设计及评价软件主要分为井概况、地层压力系数、常规井身结构设计、动态井身结构设计四大模块[9]，每个模块都对应着不同的功能。井概况模块主要是负责记录不同油田不同井的各项数据以此对油田井进行高效管理[10]。地层压力系数模块则通过数据导入来进行图像绘制从而更直观的找出结论。其需求分析图如图3所示：
图3 功能需求图
综上所述，井身结构设计及评价软件主要如下功能：
（1）读取确定的地层压力单值曲线，并以图形形式显示；
（2）读取含可信度的地层压力双值曲线，并以图形形式显示；
（3）根据单值地层压力，进行常规井身结构设计；
（4）根据含可信度的地层压力，进行井身结构风险设计；
（5）根据地层压力信息，对给定的井身结构进行风险评价。
井身结构设计及评价软件的开发打破了传统的基于试探模式下的井身结构设计方法，首次采用“垂线作图法”来对井身结构进行设计[11]，即通过确定窗口最值作垂线的方式来对下入套管长度进行计算，这种方式极大降低了钻井生产成本。同时，该软件井身结构设计功能的实现，减少了我国石油产业对国外软件的依赖性，具有较大的现实意义。
4 结论
（1）井身结构设计方法通过确定套管层次、各层套管下深、套管与井眼尺寸配合等内容来提高钻井工程的整体效益[12]，延长油气井产能的建设以及全井的寿命。其主要运用了自上而下和自下而上两种方法，其可以根据不同的现场情况来进行合理的调用，以此来保证油气的高效开发。
（2）利用软件提前计算出井漏、井涌、井塌等复杂情况的发生概率，有利于进一步规避风险，降低生产成本；同时，也能及时的对井身结构设计方案进行修改，降低现场事故的发生概率，保障人员的生命安全。
（3）井身结构设计在钻井过程中十分重要，因此，对井身结构进行合理规划必不可少。笔者将计算机技术与石油化工产业相结合，极大提高了现场工作时的安全性以及钻井过程中的效率[13]。井身结构设计软件的使用降低了人力以及物力的需求，给企业带来了更大的经济效益。
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