1.1 研究目的及意义

近年来，常规能源的短缺已经成为制约经济发展的瓶颈，新增油气田开发多来自深海、页岩气等开采难度更大的地区。大位移井、长封固段、高密度和高压力等特殊固井作业逐年增多，用于解决现场固井技术难题的新型水泥浆体系也不断推出。常规固井装备在水功率、自动化程度、混配能力、密度和流量检测等方面已经无法满足上述特殊固井作业的需求，功率更大、自动化程度更高、功能更全的新型固井装备已成为新的发展趋势。

固井作业是整个钻井施工中重要的组成部分，固井质量的好坏直接影响石油勘探开发能否顺利进行，固井设计是影响固井质量的关键因素。因此，如何有针对性地科学地进行固井优化设计是提高固井质量的关键。研制开发固井优化设计软件，可以提高固井设计的针对性和科学性，提高固井成功率和固井质量，保证油气勘探开发的顺利进行。

在钻完井软件方面，国内外都有所研究，目前的软件设计采用的都是以windows单机版为主。单机版固井软件采用客户机/服务器（C/S）模式，需要安装专门的软件，开发、维护费用较高，可移植性较差，软件升级困难，工程师遇到问题时要获得支持也较难。开发基于浏览器/服务器（B/S）模式的固井优化设计系统成为发展的趋势。本课题基于JavaEE的固井优化主控软件设计，实现调用固井优化的相关子功能模块，可将该软件开放给更多研究人员使用，并方便维护管理。因此，基于JavaEE的固井优化主控软件设计具有较大的实际意义和研究价值。

1.2 国内外研究现状

在钻完井软件方面，国外在钻井界比较有名的成熟的软件有美国Schlumberger公司的CemCADE软件和Halliburton公司的Landmark钻井工程软件中的WELLPLAN模块（钻完井工程施工参数设计分析）等。

CemCADE软件固井设计模块，其设计的特点：①确保井内套管和井眼的安全；②提供了有效的泥浆顶替计算与模拟方法，优化泥浆顶替设计，提高固井质量，减少气窜的发生；③优化套管扶正器位置，计算下套管过程中的大钩拉力；④对循环系统的温度进行模拟，缩短了水泥候凝时间，提高水泥胶结强度；⑤计算静态与动态水利压力，考虑U形管效应，模拟水泥浆顶替效果；⑥确定是否需要补注水泥。CemCADE软件固井设计模块具有的优点：①浆液顶替模拟—固井施工之前及时发现存在的问题；②循环系统温度模拟—降低候凝时间，降低钻机日费；③扶正器位置设计—保证套管居中的情况下减少套管扶正器的数量；④套管壁/井壁清洁—优化泥浆顶替效果；⑤水泥胶结测井解释—为挤注水泥等补救措施提供决策依据；⑥进行固井施工前和施工后的模拟与评价，总结经验，指导后续设计与施工。

Landmark的软件固井设计方面包括：强度设计、扶正器设计、顶替模拟，设计的特点和优点与CemCADE软件中这方面的功能大致相同，顶替过程的模拟是施工泵施工的模拟。

虽然以上几家固井设计软件存在诸多优点，但也存在一些缺陷，如没有涉及到注水泥三维可视化动态模拟等。

国内固井模拟软件主要有西南石油大学的固井工程设计软件，其主要由数据管理、固井设计、注水泥作业过程计算机注水泥模拟计算与知识管理四大部分组成。该固井工程软件主要特点：①软件中计算内容以API推荐公式为基础；②提供了专家知识收集、管理的工具；③可完成下套管、扶正器设计、水泥浆设计与模拟工作。该固井工程软件优点是比较适应国内固井设计的模式和习惯，但缺点是不够系统全面，设计过程中考虑的条件较少，不能实现在多维条件下动画模拟替浆过程。

无论是国内还是国外目前的软件设计采用的都是以windows单机版为主，在授权上都比较麻烦，工程师遇到问题时要获得支持也比较困难，这是单机软件固有的特性决定的。

2.1 设计的基本内容

采用B/S架构，完成基于JavaEE的固井优化主控程序设计，使得主控程序可以调用固井优化的相关子功能模块，并且界面友好。要求了解Java程序设计方法，熟悉JavaEE；熟悉B/S架构程序开发，JSP技术与MySQL数据库。

2.2 设计的目标

开发基于JavaEE的固井优化主控程序，完成源程序与流程图设计，使得主控程序可以调用固井优化的相关子功能模块，实现数据库服务器、web服务器、访问终端分离，便于系统维护和管理。

固井优化主控程序采用B/S(浏览器/服务器)架构设计，客户端通过浏览器对服务器端进行访问。Web服务器采用Windows操作系统，通过Tomcat中间件构建整个应用。数据库服务器采用Windows操作系统，数据库软件为MySQL。如图1所示。

（1）固井优化设计相关数据，由关系型数据库MySQL存储。采用JDBC驱动器实现Web服务器与数据库的连接。

（2）由Servlet/JSP组件实现Web层功能，负责将客户端发送请求后服务器端给出的处理结果，转换成HTML文件返回给客户端。Servlet/JSP组件采用轻量型的Tomcat实现。

（3）由EJB实现业务层相关的事务逻辑。

（4）基于JSP实现动态网页，根据操作和数据库改变动态显示查询计算结果，并且能实现用户注册、用户登录、用户管理等功能，方便系统管理维护。

（5）对于计算功能模块，需要跨语言移植/调用技术。

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