專利名稱：一種基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
油田的套管失效，在石油工程領(lǐng)域，通常被稱為套管損壞和套管變形，簡稱“套損套變”。套管失效是指在油田生產(chǎn)過程中由于工程、地質(zhì)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)變化等因素對套管產(chǎn)生的載荷超過套管承載能力時(shí)造成套管的變形、破裂、錯(cuò)斷等損壞形式的總稱。油氣田開發(fā)過程中，特別是油氣田開發(fā)中后期的套管失效問題是目前困擾我國乃至整個(gè)世界石油工業(yè)發(fā)展的的一個(gè)痼疾。也是影響著石油工業(yè)開發(fā)、提高效益的關(guān)鍵難題之一。幾十年來，有關(guān)油氣田套管失效的研究從未間斷，各國的油田對套管失效的研究都投入了巨大的人力物力，人們從石油地質(zhì)、油藏工程、材料科學(xué)與工程、巖石力學(xué)、材料力學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、滲流力學(xué)、腐蝕電化學(xué)等多學(xué)科不同的角度對套管失效的形式、套管失效產(chǎn)生的原因，套管失效的數(shù)值模擬、套管失效的測量方式、套管失效的機(jī)理以及套管失效的防治、修復(fù)等方面進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的成果。但由于套管失效問題的復(fù)雜性，上述的研究一般都是針對某一油田、區(qū)塊、特定井況進(jìn)行的，數(shù)值模擬也往往是根據(jù)單井周圍的很小的局部區(qū)域范圍進(jìn)行的有限元分析，缺乏對上述問題的多學(xué)科大范圍的總體考慮，并且由于套管失效中的很多問題似乎更適合采用數(shù)值模擬的方式進(jìn)行分析，因此到目前為止，也還沒有人將幾十年來的人們進(jìn)行套管失效分析的經(jīng)驗(yàn)、知識進(jìn)行歸納，進(jìn)行專家系統(tǒng)處理，所以目前套管失效問題的治理收效仍然甚微，油田套管失效問題仍然頻頻發(fā)生，成了制約油田發(fā)展的一大難題?？偫ㄆ饋碚f，造成油田套管失效的原因很多。習(xí)慣上人們將套管失效的原因歸結(jié)于地質(zhì)因素如泥巖吸水膨脹、巖層蠕變、斷層運(yùn)動(dòng)、地層出砂等；工程因素；如工程設(shè)計(jì)不當(dāng)，生產(chǎn)過程中的長期的高壓注水開發(fā)、壓裂酸化等各種施工作業(yè)不當(dāng)?shù)鹊?；其他因素如射孔問題、腐蝕問題等等。并且這種失效往往并不是一種因素作用的結(jié)果，而是由于多種不同的因素的相互作用的共同結(jié)果。這給套管失效的研究工作帶來了很大的困難。從科學(xué)的角度來說，油田開發(fā)過程中的套管失效，實(shí)際上是深埋于地層結(jié)構(gòu)中的油水井套管在巖層地應(yīng)力和其它物理化學(xué)因素的作用之下的變形和損壞的結(jié)果。實(shí)際上是套管結(jié)構(gòu)物與巖層地應(yīng)力和其它的物理化學(xué)等因素相互作用的結(jié)果。除了像腐蝕等損壞是受化學(xué)作用或電化學(xué)作用因素影響外，油田的套管失效問題幾乎都與油井周圍地應(yīng)力的變化有關(guān)。所以從某種意義上說，套管失效問題實(shí)際上就是套管結(jié)構(gòu)物與具有孔隙流體的巖體相互作用相互耦合問題，這里既包括套管材料的抗擠毀強(qiáng)度問題又包括了在生產(chǎn)過程中油水井周圍的圍巖應(yīng)力的變化問題。已有的大量的研究工作已經(jīng)證明，要解決好一個(gè)油田的套管失效問題，其核心的關(guān)鍵問題是搞清楚這個(gè)油田的套管失效機(jī)理，這個(gè)問題在套管失效防治中起著決定性的作用。正是由于這個(gè)原因，幾十年來，大量的套管失效與防治的研究工作者，分別針對不同的油田具體情況，提出了許多不同的套管失效機(jī)理理論。但是由于套管失效問題的復(fù)雜性，并且套管失效問題涉及到油田的幾乎所有的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，從油田地質(zhì)、鉆井設(shè)計(jì)到完井技術(shù)；從油水井生產(chǎn)規(guī)程到開發(fā)方案的調(diào)整、生產(chǎn)措施的實(shí)施以及工程措施的采納，使探討油田的套管失效機(jī)理問題變得非常復(fù)雜。特別是近幾年，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，石油工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，稠油的開采、深井、超深井的出現(xiàn)以及定向井、水平井、多底井及分支井技術(shù)的大量使用，使得在鉆井過程中對套管的損傷的可能增大，更增大了套管失效的幾率，增大了確定套管失效機(jī)理的難度。因此，如何能夠從錯(cuò)綜復(fù)雜的油田地質(zhì)、工程、設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)開發(fā)、修井的大量資料及過程中，盡快的、正確的找出導(dǎo)致油田套管失效主要原因，正確的判斷油田套管失效機(jī)理，對解決和防止油田套管失效問題是十分重要的。套管失效的機(jī)理分析,是一項(xiàng)復(fù)雜的、艱苦的創(chuàng)造性的勞動(dòng)。是一項(xiàng)涉及到油田地質(zhì)、鉆井工程，整體開發(fā)方案的制定與調(diào)整，生產(chǎn)措施的采用等方方面面的系統(tǒng)工程；是針對性的防治、延緩、解決油田套管失效問題的核心。這項(xiàng)工作，同樣對油田進(jìn)行新井建設(shè)的的地質(zhì)、工程設(shè)計(jì)，以及油田開發(fā)方案的調(diào)整，生產(chǎn)措施的制定，均具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。但是油田套管失效原因和機(jī)理的研究判斷，早期全部是由這個(gè)領(lǐng)域中的專家們完成的，近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和有限元方法的廣泛應(yīng)用，以及人類對巖石力學(xué)、滲流力學(xué)以及彈塑性力學(xué)的認(rèn)識的不斷深入，在一部分套管變形的原因分析中人們越來越多的使用了數(shù)值模擬的方法來分析套管失效問題，形成了對套管失效問題采用知識分析與數(shù)值分析并重的方式。任何一種方式的偏廢都不可能全部解決油田的套管失效問題。而采用知識分析為主或者即使能夠采用數(shù)值分析，但數(shù)值分析又不可能解決全部問題的領(lǐng)域恰好是專家系統(tǒng)施展能力的天地。到目前為止，油田套管失效的研究基本上停留在針對單一的套管失效形式的知識分析或數(shù)值分析上，還沒有人從事建立一個(gè)能夠覆蓋整個(gè)油田的對所有發(fā)生的套管失效問題，進(jìn)行統(tǒng)一分析處理的高效、快捷的專家系統(tǒng)研究。建立一個(gè)涵蓋整個(gè)油田套管失效的專家系統(tǒng)對我國乃至全世界的油田對套管失效的治理均具有重要的理論意義與現(xiàn)時(shí)意義。公理設(shè)計(jì)理論將設(shè)計(jì)問題分為4個(gè)域。設(shè)計(jì)是“想得到什么”和“如何選擇以滿足需求”相互作用的過程。為了將這種相互作用的過程系統(tǒng)化引入了“域”的概念，“域”是4個(gè)不同的設(shè)計(jì)活動(dòng)的分界線，是公理設(shè)計(jì)的一個(gè)重要基礎(chǔ)。公理設(shè)計(jì)理論認(rèn)為設(shè)計(jì)問題可分為 4 個(gè)設(shè)計(jì)域客戶域(Consumer Domain)、功能域(Function Domain)、結(jié)構(gòu)域(PhysicalDomain)和工藝域(Process Domain)。每個(gè)域中都對應(yīng)各自的設(shè)計(jì)元素，即客戶需求(CustomerNeeds)，功能要求(Function Requirements)，設(shè)計(jì)參數(shù)(Design Parameters)和工藝變量(Process Variables)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法能快速完成基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且設(shè)計(jì)步驟簡單，設(shè)計(jì)方法準(zhǔn)確，大大降低了分析設(shè)計(jì)成本。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟(a)首先，確定用戶域中系統(tǒng)必須滿足的消費(fèi)者的需求CAs及其屬性，.然后再在功能域中確定系統(tǒng)滿足CAs的FRs及其這些FRs的約束條件Cs ；(b)然后，域間映射；(c)接著，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功能的獨(dú)立性；(d)最佳設(shè)計(jì)；(e)定義模塊；(f)分解；(g)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的表征。所述步驟(C)中當(dāng)有幾個(gè)FRs同時(shí)必須得到滿足時(shí)，設(shè)計(jì)者必須使得設(shè)計(jì)矩陣成為對角陣或三角陣。所述步驟(d)中，允許DPs和PVs有較大的方差并能夠是設(shè)計(jì)滿足FRs的設(shè)計(jì)稱之為強(qiáng)健設(shè)計(jì)。所述步驟(g)中FRs、DPs、PVs在分解過程中建立起的層次結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)矩陣表征了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通過模塊的連接圖清晰的表征出來。綜上所述，本發(fā)明的有益效果是能快速完成基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且設(shè)計(jì)步驟簡單，設(shè)計(jì)方法準(zhǔn)確，大大降低了分析設(shè)計(jì)成本。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例本發(fā)明涉及一種基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟(a)首先，確定用戶域中系統(tǒng)必須滿足的消費(fèi)者的需求CAs及其屬性，然后再在功能域中確定系統(tǒng)滿足CAs的FRs及其這些FRs的約束條件Cs ；(b)然后，域間映射；(C)接著，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功能的獨(dú)立性；(d)最佳設(shè)計(jì)；(e)定義模塊；(f)分解；(g)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的表征。所述步驟(C)中當(dāng)有幾個(gè)FRs同時(shí)必須得到滿足時(shí)，設(shè)計(jì)者必須使得設(shè)計(jì)矩陣成為對角陣或三角陣。所述步驟(d)中，允許DPs和PVs有較大的方差并能夠是設(shè)計(jì)滿足FRs的設(shè)計(jì)稱之為強(qiáng)健設(shè)計(jì)。所述步驟(g)中FRs、DPs、PVs在分解過程中建立起的層次結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)矩陣表征了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通過模塊的連接圖清晰的表征出來。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)上對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟(a)首先，確定用戶域中系統(tǒng)必須滿足的消費(fèi)者的需求CAs及其屬性，然后再在功能域中確定系統(tǒng)滿足CAs的FRs及其這些FRs的約束條件Cs ；(b)然后,域間映射；(C)接著，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功能的獨(dú)立性；(d)最佳設(shè)計(jì)；(e)定義模塊；(f)分解；(g)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的表征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(c)中當(dāng)有幾個(gè)FRs同時(shí)必須得到滿足時(shí)，設(shè)計(jì)者必須使得設(shè)計(jì)矩陣成為對角陣或三角陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(d)中，允許DPs和PVs有較大的方差并能夠是設(shè)計(jì)滿足FRs的設(shè)計(jì)稱之為強(qiáng)健設(shè)計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(g)中FRs、DPs、PVs在分解過程中建立起的層次結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)矩陣表征了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通過模塊的連接圖清晰的表征出來。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，包括步驟(a)首先，確定用戶域中系統(tǒng)必須滿足的消費(fèi)者的需求CAs及其屬性，然后再在功能域中確定系統(tǒng)滿足CAs的FRs及其這些FRs的約束條件Cs；(b)然后，域間映射；(c)接著，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功能的獨(dú)立性；(d)最佳設(shè)計(jì)；(e)定義模塊；(f)分解；(g)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的表征。本發(fā)明能快速完成基于公理設(shè)計(jì)下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且設(shè)計(jì)步驟簡單，設(shè)計(jì)方法準(zhǔn)確，大大降低了分析設(shè)計(jì)成本。
文檔編號G06F17/50GK102999653SQ20111029038
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者王維 申請人:王維