4.1.1 設計信息子模塊
設計信息子模塊主要用於存儲當前設計井眼的具體參數。如圖4.1所示，設計信息子模塊分為基礎數據、地層巖層分布和地層壓力梯度圖3個板塊。
圖4.1 設計信息子模塊結構劃分
（1）基礎數據板塊
在基礎數據板塊中，用戶需要就區域地質概況、地理環境資料和基本鉆井參數3個方向對當前設計鉆井進行定義，具體需要定義的資料如表4.1所示。基礎板塊填寫截圖如圖4.2所示。
（2）地層巖層分布板塊
地層巖層分布板塊中，參考石油鉆井設計中將劃分出地層和巖層兩層結構。用戶首先需要將當前設計鉆井深度內的地層按地質年代的不同劃分為若幹地層；而後依次向每個地層中添加巖層，在添加時需指明添加巖層的類型、名稱、底界深、地溫梯度、壓力梯度和破裂壓力梯度；確定整個鉆井深度的巖層分布後，軟件自動調用地質巖性數據庫將各巖層的特征（包括可鉆性、硬度、密度、孔隙度、泊松比、研磨性、松散性、裂隙性、水敏性
表4.1 基礎數據板塊填寫資料表
圖4.2 基礎信息填寫界面
和彈塑性）展現出來以供用戶修改（圖4.3）。
圖4.3 巖層特征修改界面
（3）地層壓力梯度圖板塊
為了計算井身結構和對後續的套管設計進行校核，軟件設計過程中進行了地層壓力梯度和地層破裂壓力梯度圖的繪制（圖4.4）。壓力梯度圖的繪制采用了最新的HTML5技術，因此允許用戶在頁面上直接調節圖形，包括圖幅大小、坐標軸刻度大小、兩條圖線的顏色和線寬。軟件自動保存用戶調節好的圖像並在設計報告中顯示。
圖4.4 壓力梯度圖繪制展示
4.1.2 井身結構子模塊
井身結構設計子模塊邏輯流程如圖4.5所示，在該子模塊中軟件首先給出計算井身結構需要的計算參數供用戶確定。根據石油鉆井規範SYT5431—2008《井身結構設計方法》，需要用戶確定的計算參數包括井眼抽吸壓力當量密度、井眼激動壓力當量密度、地層破裂壓力安全允許值、溢流允許值、正常及異常地層壓差卡鉆臨界值六大參數。用戶確定計算參數後，軟件結合設計信息子模塊中自動繪制的地層壓力梯度圖可計算出當前設計井眼的井身結構。軟件計算出井眼結構後交由用戶審核，用戶可根據經驗自行修改。用戶審核通過後軟件類似的采用HTML5技術自動繪制井身結構圖如圖4.6所示，該圖中包含了井深刻度標尺、地層標尺、井身結構和套管結構4大內容。
最後為了結合科學鉆井過程中可能出現的超前裸眼鉆進等技術，在獲取經用戶確定的井眼結構圖後軟件會要求用戶設計每段井身結構中的施工程序，用戶可從全面鉆進、取心鉆進、擴孔鉆進、下套管與固井和下活動套管幾個步驟中為每壹段井身結構選擇合理的程序。
圖4.5 井身結構設計子模塊邏輯流程
圖4.6 軟件繪制井身結構圖
4.1.3 設備選擇子模塊
設備選擇子模塊提供了兩類主要設備的選擇：鉆機及其配套設備和固控設備圖4.7。
圖4.7 設備選擇子模塊邏輯流程
鉆機及其配套設備選擇時需要用戶首先確定鉆機類型，用戶可在地質鉆機、石油鉆機和特種鉆機之間選擇需要使用的類型；確定類型後軟件根據設計信息子模塊填寫的設計井深查詢鉆探設備數據庫即可將合適類型、合適深度的鉆機列表供用戶選擇。由於石油鉆井中相關規範的設置（SYT6724—2008《石油鉆機和修井機基本配置》），用戶若選擇了石油鉆機軟件可直接配套相應的設備；而地質巖心鉆探中尚無此規範的設置，因此用戶還需要根據其鉆機型號自行從鉆探設備庫中選擇配套的設備。
軟件設計固控設備選擇子模塊時參考石油鉆井規範（SYT6223—2005《鉆井液凈化設備配套安裝使用和維護》），由當前設計井眼的井深可以直接列出必須設備和可選設備列表供用戶參考，由用戶選擇需要添加的固控設備（圖4.8）。
圖4.8 鉆井設備選擇子模塊截圖
4.1.4 鉆具組合子模塊
如圖4.9所示，在鉆具組合子模塊中，用戶需要對先前井身結構設計子模塊中的每壹個井段設計鉆具軟件設計將鉆具分為3類進行設計，用戶除了選擇鉆具類型和位置外，還需要編輯填寫相應的鉆具特征用於後續的計算。
圖4.9 鉆具組合設計子模塊邏輯流程
1）鉆頭。由於鉆頭直接關系到後續規程參數的設計，因此在鉆具設計時需要將鉆頭劃為壹類進行設計。本軟件在設計過程中將鉆頭分為牙輪、PDC和金剛石鉆頭3類進行設計，除鉆頭尺寸外每類鉆頭需要填寫的特征如表4.2所示。
表4.2 鉆頭分類及其需要填寫的特征
2）無需校核直接添加的鉆具。此類鉆具包括除鉆頭、鉆鋌和鉆桿外所有鉆具。在軟件設計過程中，允許用戶自行添加的鉆具包括取心鉆具、擴孔器、穩定器、螺桿鉆具、渦輪鉆具、沖擊器、隨鉆震擊器、鉆柱減震器。用戶可從鉆探設備庫中調出符合當前設計井眼尺寸的相關鉆具任意添加。
3）需要校核強度的鉆具。鉆具組合設計子模塊需要校核強度的鉆具為鉆鋌和鉆桿，在用戶設計過程中軟件自動依據材料力學和相關規程規範（SYT6288—2007《鉆桿和鉆鋌選用做法》、SYT6427—1999《鉆柱設計和操作限度的推薦做法》）對用戶選擇的鉆鋌和鉆桿自動進行校核。如果強度設計不符合安全要求，軟件會提示並要求用戶重新設計鉆鋌和鉆桿，直到符合要求為止（圖4.10）。
圖4.10 鉆具組合子模塊運行界面截圖
4.1.5 鉆井液設計子模塊
如圖4.11所示，在鉆井液設計子模塊中，與鉆具組合子模塊類似，用戶需要逐壹設計每壹個井段的鉆井液。與常規鉆井液設計方法不同的是在本模塊中獨創地加入了對地層的推斷。在用戶確定需要進行設計的井段後，軟件根據當前設計井段的巖層分布即可推理出當前設計井段的地層屬性，並由此判定地層屬於鉆井作業中常見六大地層（破碎性地層、膨脹性地層、水溶性地層、堅硬地層、漏失性地層和常規地層）中的哪壹種。借助鉆井基礎數據庫中的鉆井液相關信息，即可給出系統推薦的鉆井液體系。若用戶同意系統的推理並采用推薦的鉆井液體系，即可直接調用該體系的配方和性能信息做相應的修改完成鉆井液體系、配方設計；若用戶不同意系統推薦的鉆井液體系，也可根據施工經驗自行創建新體系。如圖4.12所示，當前地層系統判定為普通地層，因此自動給出了常規鉆井液膨潤土漿的體系和配方。
圖4.11 鉆井液設計子模塊邏輯流程圖
圖4.12 鉆井液體系、配方設計界面截圖
完成鉆井液體系、配方設計之後，為了體現本軟件用於科學鉆井的特征，特加入包括基本計算、水力計算和流型計算三大鉆井液計算功能（圖4.13）。對於基本計算功能，根據用戶設計鉆井液配方時指定的材料用量和井眼口徑及井段深度，軟件自動完成材料用量的計算。當然，在用戶指定加重劑（稀釋劑）的前提下，系統自動根據其密度和設計井段鉆井液用量完成加重稀釋的計算。參考SYT 6613—2005《鉆井液流變學與水力學計算程序推薦作法》，根據前面已設計的鉆具組合，軟件能夠進行水力計算。由於賓漢流體計算精度低於冪律流體，而卡森流體和赫巴流體尚沒有成熟的計算公式可采用，出於計算精度的考慮，軟件在設計時直接采用冪律流體參數進行水力計算，而沒有進行其他流體的水力計算。對流型參數的計算而言，軟件中設計了常規公式計算和回歸計算兩種方式，用戶只需輸入當前井段設計鉆井液的六速旋轉黏度計試驗參數即可進行流型參數的計算和判斷。軟件鉆井液計算功能截圖如圖4.14至圖4.16所示。
圖4.13 鉆井液計算內容示意
圖4.14 鉆井液基本計算截圖
4.1.6 鉆井參數設計子模塊
鉆井參數設計子模塊主要是為了確定井身結構中每壹個井段的鉆井參數，包括鉆壓、轉速和泵量。如圖4.17所示，在鉆井參數設計子模塊中設計了常規計算和優化計算兩種計算方法以供用戶自由選用。常規計算方法是根據DZT0227—2010《地質巖心鉆探規範》、SYT5234—2004《優選參數鉆井基本方法及應用》和相關教材而編寫，可直接根據用戶在鉆具組合子模塊設計的鉆頭特征計算出適宜的鉆井參數；當用戶選擇進行優化計算時，軟件根據當前設計井段地層類似鉆井液設計模塊中進行地層屬性的推斷，並利用模糊數學的理論研發出的優化算法對常規計算結果進行優化，得到範圍更小更精確的參數值，優化計算的結果如圖4.18所示。
圖4.15 鉆井液水力計算截圖
圖4.16 基於回歸的流型參數計算截圖
圖4.17 鉆井參數設計子模塊邏輯流程
圖4.18 鉆井參數設計子模塊優化計算結果截圖
4.1.7 固井設計子模塊
在石油工業中，固井設計幾乎和鉆井設計平級，可見其包含的內容之廣泛。因此，在本軟件的設計中將固井設計簡化為如圖4.19所示結構，只保留了鉆井過程中需要的三大固井步驟：套管強度設計、套管串結構設計和註水泥設計。
圖4.19 固井設計子模塊結構劃分
1）套管強度設計。套管強度設計主要是校核在井身結構設計中計劃采用的套管是否能夠滿足使用過程中的強度要求。在此功能中軟件從鉆井基礎數據庫中讀出用戶選用的套管各項指標，參考規範SYT5322—2000《套管柱強度設計方法》，對套管進行抗外擠、抗拉和抗內壓強度校核，若強度不能滿足要求，軟件會要求用戶更改套管設計直到符合要求後才能繼續下面的設計。套管強度校核設計截圖如圖4.20所示。
圖4.20 套管強度校核設計截圖
2）套管串結構設計。套管串結構設計的核心是根據不同的固井方式而選擇不同的套管串附件和扶正器。軟件設置了4種不同的固井方式：常規固井、分級固井、內管固井和尾管固井。當用戶選擇不同的固井方式後，系統自動從鉆井基礎數據庫中讀出該固井方式下推薦的套管串附件列表和扶正器使用方案，而後用戶可根據經驗進行編輯選用。套管串結構設計截圖如圖4.21所示。
圖4.21 套管串結構設計截圖
3）註水泥設計。類似於鉆井液選型配方子模塊，註水泥設計中需要首先進行配方設計。用戶需要自主從數據庫中選取固井水泥漿需要的材料搭配而成水泥漿。而後參考SYT5480—1992《註水泥流變性設計》對設計水泥漿進行性能計算。最後根據套管串結構設計中確定的固井方式確定不同的註水泥工藝完成整個固井設計子模塊。註水泥設計截圖如圖4.22所示。
圖4.22 註水泥設計截圖
4.1.8 完井設計子模塊
在軟件研發過程中，完井設計子模塊偏重於完井液的設計。由於完井液同鉆井液類似，但不用鉆井液復雜的計算，因此該模塊算法和邏輯上更類似於鉆井液的配方選型模塊。如圖4.23所示，用戶在該模塊中需要確定要設計的完井液屬於三大類***9種完井液中的哪壹種，選定完井液類型之後，軟件自動從鉆井基礎數據庫中調出該種完井液的配方（圖4.24）。類似於鉆井液的選型配方設計，用戶在完井液配方設計時也可根據施工經驗自行添加需要的材料。
圖4.23 完井液類型設計
圖4.24 完井液配方設計截圖
4.1.9 事故預防子模塊
如圖4.25所示，事故預防子模塊仍然以井身結構為基礎分段進行設計。用戶確定要設計事故的井段後，軟件直接調用出該井段在鉆井液子模塊中推斷得出的地層屬性，並根據該地層屬性直接判斷出可能發生的事故列表。用戶從事故列表中根據經驗確定最有可能發生的事故，而後軟件從數據庫中直接給出該類事故常見的預防措施以供用戶編輯完成事故預防子模塊。通過本模塊設計好的井眼事故預防方案如圖4.26所示。
圖4.25 事故預防子模塊邏輯流程
圖4.26 事故預防子模塊顯示截圖
4.1.10 施工組織管理子模塊
施工組織管理子模塊主要用途是生成鉆井設計中常見的組織管理措施，具體包括4個方面的內容：健康要求、安全要求、環境要求和管理措施。鉆井基礎數據庫中內置了常見的施工組織管理要求，用戶在操作此模塊進行施工組織管理設計時直接將數據庫中常見要求選出進行修改編輯即可。如圖4.27所示為施工組織管理子模塊顯示截圖。
圖4.27 施工組織管理子模塊顯示截圖
4.1.11 施工進度子模塊
用戶在進行施工進度設計時，軟件自動讀取當前設計井眼井身結構信息，並結合每個井段的施工工序生成壹張空白的施工進度表，用戶只需按照經驗填寫每個工序可能需要耗費的時間，而後軟件類似地通過HTML5技術直接將施工進度圖繪制出（如圖4.28顯示），用戶在施工進度圖上任意指向壹個點均可查看該點位設計的生產時間和井深。
4.1.12 施工預算子模塊
不同於地質行業常用的定額預算，軟件設計中采用更加精確詳細的多級單項預算方式。如圖4.29所示，在鉆前工程費、鉆井工程費、固井工程費和完井工程費四個壹級大項的基礎上又進壹步劃分了若幹二級小項，進行詳細的施工預算設計。用戶在進行施工預算設計時系統根據用戶已進行的設計自動形成完整的施工預算設計表，用戶只需按項目填寫即可完成。
圖4.28 施工進度圖繪制示例
圖4.29 施工預算子模塊費用劃分示意圖