钻井工程移动系统发展现状及展望

朱 磊　赵亦朋　尹浚羽　李 磊

(1.中国石油集团钻井工程技术研究院， 北京 102206;

2.中国石油大学(北京)石油工程学院， 北京 102249)



钻井工程移动系统发展现状及展望

朱 磊1,2赵亦朋1尹浚羽1,2李 磊1,2

(1.中国石油集团钻井工程技术研究院， 北京 102206;

2.中国石油大学(北京)石油工程学院， 北京 102249)

摘要：现代钻井技术从方案设计到现场施工设计都依赖钻井软件的支持，相比通用的钻井设计辅助系统，钻井移动系统在便携性与计算效率方面具有优势。介绍钻井移动系统的硬件设备，对比国内外钻井移动系统发展现状、功能模块、优缺点和应用情况，研究开发基于平板电脑的钻井软件的可能性，提出了软件开发方案。

关键词：钻井软件; 钻井设计; 移动系统; 平板电脑; 软件开发方案

石油钻井工程涉及多方面知识，钻井施工过程中为保证钻完井质量，需要查阅相关的工具手册、行业标准，并进行大量复杂的工程计算，这使得钻井软件得到广泛应用和发展。现有的钻井软件大部分基于台式计算机或笔记本电脑，但钻井施工多在野外，随身携带传统的台式机和笔记本电脑(以下称PC)有许多不便。移动系统相对于PC更加轻便、灵活，同时具有复杂计算、无线传输能力，配合相应的钻井软件，可以满足钻井现场收集数据、工程计算的需要，可对钻井施工起到辅助作用。认识和了解移动系统钻井软件的发展现状，对把握未来钻井软件发展趋势，提高我国钻井软件的整体水平具有重要意义。

1现有钻井移动系统平台简介

选择具备电子记事、计算、上网功能的手持电子设备，结合钻井移动系统软件，才能突出钻井移动系统的功能优势。现有的适用于开发钻井移动系统的手持设备，大致可分为3类。

1.1PDA类

PDA(personal digital assistant)是辅助个人工作的数字工具，主要应用于军事、工业技术等。基于微软的Windows Mobile操作系统的PDA称为Pocket PC(以下称PPC)。此类设备的优点是携带方便，支持无线网络数据传输，有一定的计算能力；其缺点是数据输入不便，屏幕太小导致其图形显示效果有限，并且随配置提高，其电池续航能力(平均水平为4 h左右)在一定程度上会影响其使用。

1.2平板电脑类

平板电脑是一种小型、方便携带、以触摸屏作为基本输入设备的个人电脑。其屏幕尺寸一般在4~10 in(1 in=2.54 cm)之间，处理能力大于PDA类。2010年美国苹果公司推出一款名为“iPad”的触摸屏产品。此后几年平板电脑市场高速成长，发展越来越成熟。

平板电脑应用于钻井现场，其优点有如下几点：(1)不逊于一般笔记本电脑的计算能力，可满足钻井复杂计算的需要；(2)数字墨水和手写识别技术，强大的笔迹、语音、手势识别能力，为快速输入数据提供了可能性；(3)支持二维和三维图像的呈现，这使得掌上系统在实时监控方面有很大的开发空间；(4)电池续航能力(10 h左右)远大于一般笔记本电脑，与超级本持平，且可以长时间待机，几秒内可从待机状态恢复到工作状态；(5)良好的便携性和移动性，适合野外、现场工作人员使用。

平板电脑还处于发展阶段，应用于钻井工程存在如下缺点：(1)目前市场上的平板电脑在钻井现场使用易受污和损坏；(2)部分钻井现场(如气体钻井现场)对民用电子设备的使用有限制；(3)现有的操作系统主要是Android系统和苹果IOS系统，相应的钻井软件有待开发，且开发成本较高。

1.3智能手机类

智能手机是普及率极高的民用电子设备，除通讯功能以外，也可作为钻井工程移动系统平台使用。其不足之处，主要表现在：(1)大部分智能手机屏幕尺寸较小，输入参数效率、图像显示效果都会受到影响；(2)电池续航能力弱于平板电脑，仅4 h左右。

如果只需要资料查询、简单工程计算、GIS等特定功能，智能手机类的钻井掌上系统具有一定优势。由于智能手机普及率高，工作人员只需在手机上安装软件就能使用，这使得该类钻井掌上系统成本更低，更容易被业内人士接受和推广。

2国外钻井移动系统发展现状

2.1the Driller′s Toolkit for Pocket PC软件

Petris Technology公司开发的the Driller′s Toolkit for Pocket PC软件于2004年正式发布。这套软件可在PPC上使用，以钻井参数快速计算为主要功能，当时在国外钻井公司中得到广泛应用。2013年Petris公司推出的钻井软件工程包中仍然包含该套系统。该软件计算模块较为全面，2004年正式推出时，工程计算部分包括了井下钻具组合参数模块、注水泥参数模块、钻柱参数模块等，涉及钻井施工的20类127项计算[1]。

该软件的突出优点是计算准确且效率高，单位制可根据用户的习惯自由组合，且提供图形输出，支持手写笔和软键盘输入。

2.2Well Control系列软件

Well Control公司于2011年开发了Well Control系列软件[2]，该软件基于苹果IOS操作系统，用于iPad或iPhone上，以可视化井控模拟为核心功能。该系列软件目前包括了10个独立的功能软件，其中有用于井控模拟和培训的Well Control Simulator，有用于计算水力参数的Drilling Hydraulics，有用于模拟和培训正常钻井过程的Drilling Simulator等。

相比于Petris公司开发的the Driller′s Toolkit for Pocket PC 软件，Well Control系列软件充分发挥了iPad的硬件优势：图形显示更加精细，工程计算功能更加全面，并且具有强大的可视化模拟功能，从硬件和软件方面都有了很大的进步。用户可选择滚动条、软键盘或手写方式进行数据输入，工作效率大幅提高。

2.3Halliburton公司系列手机软件

2010年以后，为优化其服务业务，Halliburton公司开发了一系列手机服务软件，主要包括B&C WellCall、eRedBook、InteLift、RapidSuite ETB、InSite Anywhere等5个独立软件。该系列软件都基于手机平台，可用于IOS和Android操作系统，具有以下特点：

(1)通过这一款基于网络的“下一代数据传输系统”，可以随时随地通过手机网络与哈里伯顿数据库连接，显示作业井的录井实时资料，方便方案决策，极大地提高工程师、专家、管理者的工作效率，降低差旅费用和风险。

(2)可查询钻完井作业中常用的工程标准、工具尺寸与型号，可进行简单的体积计算(如钻柱内体积和环空体积)。

(3)能进行紧急事件方案、组织办法、应急手段查询；有井喷事故场景介绍、应对策略以及事故记录。

(4)随时随地显示作业井的总体情况和地理位置。

(5)适用于完井作业的简易计算。

2.4沙特阿拉伯上游业务移动应用程序开发试验

2012年，沙特阿拉伯国家石油公司发起了一项用于石油行业上游业务的移动应用程序开发评估试验项目[6]。该项目以开发部分移动应用为测试点，分析并展望未来石油行业移动系统的开发方法。

该项目的开发团队对硬件平台进行分析，结果表明：平板设备和智能手机可以明显提高办公效率，且平板设备有代替笔记本电脑和台式机的趋势。该项目组对Android系统和IOS的应用程序分别进行开发，分析比较不同系统下的开发效果。作为试点开发的应用系统有：员工表现评价系统、报告评价和审批应用系统、支持GIS(地理信息系统)的油藏位置显示应用系统。

开发团队得出结论：基于移动设备的应用程序开发与台式电脑软件开发不同，必须对屏幕尺寸、CPU和内存管理进行特殊考虑，也应考虑移动设备的特有功能，如触屏、手势识别、相机和GPS导航等；开发移动应用与移植现有的软件应用不同，至少体现在界面设计上；移动设备的电力消耗应远小于台式机，内存管理和CPU的使用要有节制。考虑到需要开发和推广的时间，推荐建立平板电脑应用的特殊方案。

该开发团队还推荐了适合平板设备的应用程序，包括：仪表显示、报告审阅与管理、员工培训应用、实时数据的检测和报告、GIS应用以及其他结合平板电脑特殊功能的应用程序。

除此之外，Schlumberger公司等多家国际钻井服务公司在2011年之后也推出了与钻井工程相关的苹果应用软件，这些软件多以钻井资料查询、作业数据记录等为主要功能，兼有部分工程计算功能。

3国内钻井移动系统发展现状

3.1钻井工程掌中宝

钻井工程掌中宝是由西安石油大学2005年开发，基于PPC平台的钻井移动系统[3]，功能上除了可进行简单工程计算外，还具有工具手册查阅、专业电子书查询等功能。该系统包含3部分：第一部分为数据手册，用于查询钻井、钻头、管柱、油田化学、事故工具、地面设备等相关设备和技术参数数据；第二部分为工程计算模块，主要涉及定向井、钻井液、地层压力、钻井参数、压井计算、固井计算、水力参数、设备参数、井下事故等9个方面；第三部分为石油工程专业电子书。该软件的优点是兼有计算和查询功能，不足之处是其计算模块相对简单，未开发复杂计算模块。

3.2石油钻井信息掌上监控系统

3.3基于J2ME的钻井移动系统

长江大学石油工程学院于2008年成功开发一款钻井移动系统[5]，该软件包括数据库服务器、笔记本客户端和手机客户端3部分。用户可以通过笔记本的网络浏览器与数据库连接，并进行数据查询、添加和删除等操作，或通过手机客户端查询钻井信息及常用数据。

J2ME钻井移动系统是国内第一次尝试以手机为平台开发钻井移动系统，对国内钻井移动系统的开发有一定的借鉴作用和指导意义。不足之处是选用的手机设备性能较低，需要数据库终端支持，造成整个系统结构过于复杂；系统功能过于单一，手机用户只能查询数据，无法修改和添加数据，也无法进行工程计算。

国内现有的几类钻井移动系统都有各自的适用性：钻井掌中宝最适合现场计算施工参数，兼有查询功能；掌上监控系统最适合油田管理；J2ME钻井移动系统则合理利用了手机功能。但是他们的功能都需要扩展，才能完全满足钻井现场的需要。

3.4国内外现状比较

从国内外钻井移动系统的发展和对硬件设备的利用方面来看，国内还存在较大差距，主要表现在：(1)国内的钻井移动系统功能比较单一；(2)计算功能不强，只能对简单的钻井参数进行计算，无法完全满足现场需要；(3)系统开发前未做市场需求调查，很难推广使用；(4)选择的硬件设备落后，硬件性能制约软件功能的实现。国外从2011年以来已经有至少10家公司成功开发钻井行业的平板电脑客户端，其中部分是钻井专业计算系统，但国内还没有出现基于此平台的钻井系统。

4对新型钻井移动系统的展望

同时开发过程中应持续关注市场需求变化，如有需求可增加其他功能模块。开发环境可选择为Java程序提供运行环境的JDK(java development kit)以及Android官方网站提供的开发工具ADT(android development tools)[9-11]，其中包括开发工具Eclipse和Android设备模拟器SDK(software development kit)。

图1　钻井移动系统结构图

5结语

(1)国内钻井移动系统的发展与国外相比还有一定的差距，已开发的该类系统受到硬件设备的限制。

(2)目前国内基于平板电脑的钻井移动系统软

件还未见报道。结合平板电脑各方面的性能，可以选择适合钻井工程应用的机型，设计一款基于平板电脑的钻井计算和分析软件。汇集工程计算、钻井资料及设备参数查询、井场资料实时监控等功能，更好地辅助现场施工和决策，提高钻井技术人员的工作效率。

参考文献

[1] Maurer Technology inc. Driller′s Toolkit Calculations for Drilling Engineers, Version 3 for Pocket PC User′s Manual[G]. 2003.

[2] Well Control Simulator for iPhone and iPod Touch-User Guide[EBOL]. (2013-06-01)[2014-08-14]. http:www.wellcontrol.com.br.

[3] 李振选.钻井工程掌中宝开发及应用[D].西安：西安石油大学，2005:7-18.

[4] 中国石化集团胜利石油管理局地质录井公司.石油钻井信息掌上监控系统:中国,CN200620082174.8[P].2007-08-22.

[5] 于志强,王越之,刘魁威,等.基于J2ME的超移动钻井软件开发[J].石油工业计算机应用,2008(4):36-38.

[6] Hamad A A，Abdulrahman A Q, Muhammacl T A, et al. Mobile Applications Development for Upstream Solutions [G]. SPE 156154，2012.

[7] 陈晔.平板电脑市场状况及未来发展趋势[J].经济视角,2012(1):91-94.

[8] 张丹.平板电脑发展新趋势[J].无线互联科技,2012(9):178.

[9] 师雄伟.移动宽带终端平板电脑的无线通信系统设计[D].西安：西安电子科技大学,2012:20-30.

[10] 王赛男.纸媒体与平板电脑的融合[D].苏州：苏州大学,2012:20-25.

[11] 李淇越,陈志伟,陈忠.用于iPad平板电脑的核磁共振数据处理软件[C]第十七届全国波谱学学术会议论文摘要集.中国物理学会波谱专业委员会,2012:2.

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

文献标识码：A

文章编号：1673-1980(2015)03-0056-04

中图分类号：TE22

作者简介：朱磊(1988 — )，男，河南南阳人，中国石油大学(北京)在读硕士研究生，研究方向为油气井工程、钻井软件开发、钻井水力学。

基金项目：国家科技重大专项“钻井工程设计和工艺软件”(2011ZX05021-006)；中国石油天然气集团公司科学研究与技术开发项目“钻井工程设计与控制一体化软件V2.0升级版开发”(2014B-4316)

收稿日期：2014-08-14