ESIM-FFA4压裂酸化模拟培训系统

压裂酸化模拟培训系统是由成都盛特石油装备模拟技术股份有限公司开发，目前业界技术先进、功能完善、能满足石油公司培训需求的模拟培训系统。

本系统是石油工程技术、计算机技术、虚拟现实技术、网络技术相结合的产物。系统能灵活设置各类参数，如地层结构、压裂设备、压裂工具、压裂液等，使培训更加灵活和更有针对性。主要用于对新员工/学员，压裂酸化施工操作人员的培训。通过该系统的培训，可以使受训人员掌握试压、循环、泵送等操作的流程，常用的压裂酸化工艺流程，常见的压裂事故分析处理。

系统采用大量数学物理模型用于模拟仿真压裂酸化施工作业中的各种参数（如压力、排量等）的实时变化，精确反应这些物理参数之间的关系，达到与实际压裂酸化作业相同的效果；利用虚拟现实技术构造逼真的感知环境，采用与操作工况同步的三维动画展示现场场景，结合高仿真的现场音效，给人以身临其境的感受。

该系统由压裂操作台、混砂操作台、混配操作台、图形系统以及相关配套软件组成，具备多重特点与优势。首先，它提供了高度逼真的模拟体验，允许用户在虚拟环境中进行实时操作和训练，减少了风险和成本。其次，系统具备可视化图形系统，使用户能够清晰地监测和管理操作过程，提高了工作效率和准确性。此外，不同模块之间的协同性能使得整个系统更加一体化，提供了无缝的操作流程，减少了信息断层。最重要的是，该系统的配套软件提供了数据分析、故障诊断等功能，帮助用户更好地优化生产过程和提高效益，是一款综合性、高效率的解决方案。

根据用户的选择，系统能够实时生成一个动态的三维图形场景，展示不同数量和类型的压裂车。用户可以根据需求指定压裂车的数量、型号、功能配置等参数，系统将根据这些信息生成精准且直观的三维场景，显示每辆压裂车在场景中的具体位置、排列方式和功能运作状态。此外，场景中的压裂车可以与其他设备互动，用户能够直观地查看压裂车在作业过程中的实时表现和与环境的交互效果。整个过程快速响应，确保用户获得一个符合实际需求的虚拟展示效果。

方案一：包含操作台和压裂设备模型
系统布局效果图
系统硬件
项目配置参数
压裂操作台1. 压裂操作台采用全金属结构，工业级控制元器件，使用寿命长，安全稳定可靠。
2. 数据采集使用 PLC 数据采集系统，采集操作面板上的用户操作数据，通过网络形式传输到主控电脑进行处理，主控软件将处理后的数据通过网络形式反馈到操作台上的仪表和数码管。
3. 压裂操作台上的控制和显示与实际压裂车操作台保持一致。能模拟压裂车启动、停车、急停、选档、发动机转速调节等操作。根据作业的实际情况实时显示发动机转速、油压、油温、泵压、排量等重要信息。
3. 压裂操作台软件
操作台内镶嵌一台触摸操作屏，安装一套压裂操作软件，其功能包括：
1）参数设置
2）语言设置
3）单位设置
4）压裂操作设置
混砂操作台1. 混砂操作台采用全金属结构，工业级控制元器件，使用寿命长，安全稳定可靠。
2. 数据采集使用 PLC 数据采集系统，采集操作面板上的用户操作数据，通过网络形式传输到主控电脑进行处理，主控软件将处理后的数据通过网络形式反馈到操作台上的仪表和数码管。
3. 混砂操作台上的控制与显示与实际混砂操作台保持一致。能模拟混砂车启动、停车、吸入、排出控制等操作。并能根据作业的实际情况，以及学员的具体操作实时显示吸入主油压、吸入辅油压、发动机油位、输砂油压、发动机转速、搅拌油压、风扇油压、液压油温、排出排量、压力、体积、砂比、密度等重要信息。4. 混砂操作台软件
操作台内镶嵌一台触摸操作屏，安装一套混砂操作软件，其功能包括：
1）参数设置
2）语言设置
3）单位设置
4）混砂操作设置
混配操作台1. 混配操作台采用全金属结构，工业级控制元器件，使用寿命长，安全稳定可靠。
2. 数据采集使用 PLC 数据采集系统，采集操作面板上的用户操作数据，通过网络形式传输到主控电脑进行处理，主控软件将处理后的数据通过网络形式反馈到操作台上的仪表和数码管。
3. 混配操作台上的控制与显示与实际混配操作台保持一致。能模拟混配中干添、液添等操作。并能根据作业的实际情况，以及学员的具体操作实时显示干添排量、干添体积、液添排量、液添体积等重要信息。
4. 混配操作台软件
操作台内镶嵌一台触摸操作屏，安装一套混配操作软件，其功能包括：
1）参数设置
2）语言设置
3）单位设置
4）混配操作设置
主控电脑CPU：i7或同等配置；内存：16G；硬盘：固态512G；23寸显示器1台
图形电脑CPU：i7或同等配置；内存：16G；硬盘：固态512G；显卡：RTX4060或同等配置；23寸显示器1台
参数电脑一体机，CPU：I5或同等配置 内存：16G，硬盘：固态240G
图形显示系统大屏幕LED全彩显示系统
1）将模拟现场场景的3D动画经专业图形处理器处理后，采用LED全彩显示系统显示。
2）LED P2.5显示屏，分辨率为1920*1080
压裂设备模型根据压裂现场设备制作
音效系统音效系统：双通道音响、调音台、功放
打印机惠普打印机1台
机柜图腾机柜
桌椅桌子1张，椅子2把
方案二：包含操作台但不含压裂设备模型
系统布局效果图
系统硬件
项目配置参数
压裂操作台1. 压裂操作台采用全金属结构，工业级控制元器件，使用寿命长，安全稳定可靠。
2. 数据采集使用 PLC 数据采集系统，采集操作面板上的用户操作数据，通过网络形式传输到主控电脑进行处理，主控软件将处理后的数据通过网络形式反馈到操作台上的仪表和数码管。
3. 压裂操作台上的控制和显示与实际压裂车操作台保持一致。能模拟压裂车启动、停车、急停、选档、发动机转速调节等操作。根据作业的实际情况实时显示发动机转速、油压、油温、泵压、排量等重要信息。
4. 压裂操作台软件
操作台内镶嵌一台触摸操作屏，安装一套压裂操作软件，其功能包括：
1）参数设置
2）语言设置
3）单位设置
4）压裂操作设置
混砂操作台1. 混砂操作台采用全金属结构，工业级控制元器件，使用寿命长，安全稳定可靠。
2. 数据采集使用 PLC 数据采集系统，采集操作面板上的用户操作数据，通过网络形式传输到主控电脑进行处理，主控软件将处理后的数据通过网络形式反馈到操作台上的仪表和数码管。
3. 混砂操作台上的控制与显示与实际混砂操作台保持一致。能模拟混砂车启动、停车、吸入、排出控制等操作。并能根据作业的实际情况，以及学员的具体操作实时显示吸入主油压、吸入辅油压、发动机油位、输砂油压、发动机转速、搅拌油压、风扇油压、液压油温、排出排量、压力、体积、砂比、密度等重要信息。
4. 混砂操作台软件
操作台内镶嵌一台触摸操作屏，安装一套混砂操作软件，其功能包括：
1）参数设置
2）语言设置
3）单位设置
4）混砂操作设置
混配操作台1. 混配操作台采用全金属结构，工业级控制元器件，使用寿命长，安全稳定可靠。
2. 数据采集使用 PLC 数据采集系统，采集操作面板上的用户操作数据，通过网络形式传输到主控电脑进行处理，主控软件将处理后的数据通过网络形式反馈到操作台上的仪表和数码管。
3. 混配操作台上的控制与显示与实际混配操作台保持一致。能模拟混配中干添、液添等操作。并能根据作业的实际情况，以及学员的具体操作实时显示干添排量、干添体积、液添排量、液添体积等重要信息。
4. 混配操作台软件
操作台内镶嵌一台触摸操作屏，安装一套混配操作软件，其功能包括：
1）参数设置
2）语言设置
3）单位设置
4）混配操作设置
主控电脑CPU：i7或同等配置；内存：16G；硬盘：固态512G；23寸显示器1台
图形电脑CPU：i7或同等配置；内存：16G；硬盘：固态512G；显卡：RTX4060或同等配置；23寸显示器1台
参数电脑一体机，CPU：I5或同等配置 内存：16G，硬盘：固态240G
图形显示系统大屏幕LED全彩显示系统
1）将模拟现场场景的3D动画经专业图形处理器处理后，采用LED全彩显示系统显示。
2）LED P2.5显示屏，分辨率为1920*1080
音效系统音效系统：双通道音响、调音台、功放
打印机惠普打印机1台
机柜图腾机柜
桌椅桌子1张，椅子2把
方案三：不含操作台和压裂设备模型
系统布局效果图
系统硬件
项目配置参数
压裂泵模拟电脑一体机，CPU：I5或同等配置 内存：16G，硬盘：固态240G
混砂模拟电脑一体机，CPU：I5或同等配置 内存：16G，硬盘：固态240G
混配模拟电脑一体机，CPU：I5或同等配置 内存：16G，硬盘：固态240G
主控电脑CPU：i7或同等配置；内存：16G；硬盘：固态512G；23寸显示器1台
图形电脑CPU:i7或同等配置；内存：16G；硬盘：固态512G；显卡：RTX4060或同等配置
参数电脑一体机，CPU：I5或同等配置 内存：16G，硬盘：固态240G
图形显示器大屏幕LED全彩显示系统
1）将模拟现场场景的3D动画经专业图形处理器处理后，采用LED全彩显示系统显示。
2）LED P2.5显示屏，分辨率为1920*1080
音效系统音效系统：双通道音响、调音台、功放
打印机惠普打印机1台
机柜图腾机柜
桌椅桌子1张，椅子6把

主控软件
系统设置模块
  1. 中英文切换
  2. 公英制切换
  3. 天气切换
  4. 评分设置
  5. 音效设置
学员管理模块
  1. 班级管理
    • 导入班级
    • 创建班级
    • 删除班级
    • 清空班级
  2. 学员管理
    • 添加学员
    • 清空学员
    • 删除学员
    • 导入学员
成绩管理模块
  1. 查询成绩
  2. 删除成绩
  3. 打印个人成绩
  4. 打印集体成绩
快照管理模块

通过快照管理功能，教员可以根据情况定制培训学员时的井况信息。通过设置井况快照中所需的各种参数，教员可以设计出不同情况的井况，极大地增加了压裂模拟的灵活性和真实性。上述井况数据，将成为学员培训的基础数据，为后续的学员操作，以及核心数学模型模块的求值都有重要意义。教员通过载入快照文件，从而进入到实质的压裂模拟操作过程。快照的管理包括了如下的五个基本功能：新建快照，编辑快照，删除快照，载入快照。

a）地层结构配置

用户可根据需求配置地层结构，如下图 8所示。

b）井身结构配置

用户可根据需求配置井身结构，如下图 9所示。

c）压裂设备配置

用户根据不同的压裂工艺选择不同的压裂设备，如下图 10所示。

d）压裂工具配置

用户根据不同的压裂工艺选择不同的压裂工具，如下图 11所示。

e）井场设备配置

井场设备配置如下图 12所示。

f）压裂液和支撑剂配置

压裂液和支撑剂配置如下图 13所示

(1)编辑快照
根据需求修改快照内的参数，进行保存。
(2)删除快照
选择不需要的快照进行删除。
(3)载入快照
当教员希望运行压裂酸化模拟程序时，可以通过在快照选择界面选择对应快照。

旋钮校正模块（方案三不包含）

旋钮校正功能为硬件设备上的旋钮类、操作杆类传感器提供了诊断校正功能。若操作者发现上述硬件元器件不灵敏，或者数值偏差较大，则可以利用硬件校正功能进行校正，以恢复上述硬件至正常工作状态。

系统自检模块（方案三不包含）

硬件自检功能为全面诊断硬件设备故障提供了帮助。通过该功能，操作人员可以很方便地判别出本模拟系统硬件设备上的各种控制元件（如按钮、旋钮、开关）和显示元件（如仪表、指示灯）是否发生故障。

参数软件
  1. 作业操作模块
  2. 数据显示模块
  3. 曲线显示模块
  4. 模拟管汇模块
图形软件
  1. 压裂施工地面3D场景显示软件模块

2. 压裂施工井下场景显示软件模块

3. 压裂施工视频动画软件播放模块

压裂泵模拟软件（方案三包含）

压裂泵操作软件的控制和显示与实际压裂泵操作保持一致。能模拟压裂泵启动、停车、急停、选档、发动机转速调节等操作。根据作业的实际情况实时显示发动机转速、油压、油温、泵压、排量等重要信息。

混砂模拟软件（方案三包含）

混砂操作软件的控制与显示与实际混砂操作保持一致。能模拟混砂车启动、停车、吸入、排出控制等操作。并能根据作业的实际情况，以及学员的具体操作实时显示吸入主油压、吸入辅油压、发动机油位、输砂油压、发动机转速、搅拌油压、风扇油压、液压油温、排出排量、压力、体积、砂比、密度等重要信息。

混配模拟软件（方案三包含）

混配操作软件的控制与显示与实际混配操作保持一致。能模拟混配中干添、液添等操作。并能根据作业的实际情况，以及学员的具体操作实时显示干添排量、干添体积、液添排量、液添体积等重要信息。

功能特点

1)灵活的参数设置功能
教师可以灵活设置各种参数，例如“地层结构”、“压裂设备”、“压裂工具”、“压裂液”等。教师可根据真实的井况和现场设备选用情况，自定义压裂过程中的各项参数，从而构建出逼真的井况快照，使培训过程更贴近现场，仿佛对一口真实井进行培训。
2)高度还原现场的数据显示
系统能够实时、全面地展示压力、排量、砂比等曲线，并显示其他重要参数的数值，直观反映施工情况，帮助学员通过曲线判断井下状况，提升其应对紧急情况和处理复杂问题的能力。
3)安全操作提示
为增强学员的安全操作意识，系统在学员操作过程中提供相应的语音提示，确保操作规范，减少安全隐患。
4)实时计算设备工作状态
根据学员的操作，系统利用多个数学物理模型实时计算设备的工作状况、压力、排量等重要参数，确保操作过程的精确反馈。
5)三维动画模拟现场环境
系统通过三维动画模拟井下场景、设备动作和工作原理等，生动呈现场环境，帮助学员更好地理解和掌握操作技能。
6)逼真音效模拟
系统提供真实的音效，能够模拟柴油机、压裂泵、混砂车等设备的操作声音，全面复现场景，增强学员的沉浸感和实践体验。
7)自动评分功能
系统根据学员的操作步骤和操作水平，通过内置评分系统自动给出成绩，并说明扣分原因，帮助学员准确评估自己的操作表现。
8)完善的学员信息管理功能
系统具备完善的学员信息管理功能，能够高效管理学员的个人信息、操作项目、得分等情况，便于跟踪学员的学习进度和表现。
9)实时曲线展示重要参数变化
系统能够实时以曲线形式展示各项重要参数的变化趋势，帮助学员通过曲线分析判断井下情况，培养其预判事故和应对问题的能力。
10)数据回放功能
学员可以通过数据回放功能查看操作过程中的任意参数数据曲线，为操作成绩提供数据支持和分析依据。
11)成绩与曲线打印功能
系统提供成绩和曲线的打印功能，方便学员和教师查看、记录和归档培训成果。

可完成培训项目
基本操作：
  1. 压裂泵操作
  2. 混砂操作
  3. 混配操作
  4. 循环走泵操作
  5. 试压操作
  6. 试挤操作
  7. 压裂操作
  8. 加砂操作
  9. 替挤操作
压裂工艺操作：
  1. 常规压裂操作
  2. 滑套分层压裂操作
  3. 堵塞球选择性压裂操作
  4. 蜡球选择性压裂操作
  5. 限流法压裂操作
  6. 端部脱砂压裂操作
  7. 水平井分段压裂操作
  8. 泵送桥塞水平井分段压裂操作
  9. 封隔器水平井分段压裂操作
  10. 低压替酸操作
  11. 坐封封隔器操作
  12. 高压泵注操作
  13. 酸化压裂操作
动画展示：
  1. 酸洗施工展示
  2. 基质酸化施工展示
  3. 标准压裂施工展示
  4. 标准酸化施工展示
  5. 裂缝生成过程展示
  6. 裂缝延伸过程展示
事故分析及处理：
  1. 压不开事故分析
  2. 压窜事故分析
  3. 砂堵事故分析
  4. 管柱脱落事故分析
  5. 泵压突升事故分析
故障模拟

压裂车

  1. 高压管汇、高压弯头有刺漏
  2. 井堵：压力突然上升
  3. 井底压力异常，压力升高
  4. 施工排量异常、发动机突然回怠速或转速下降
  5. 某台车出现异常情况

混砂车

  1. 吸入泵空转
  2. 输砂绞龙故障
  3. 排出泵压力不足，空转
  4. 搅拌罐溢罐
  5. 输砂效率低

混配车

  1. 发动机突然回怠速或转速下降
  2. 吸入离心泵压力低

技术要求
  1. 电源参数：220V/50Hz交流电
  2. 功率参数：<6000W
安装运行环境要求

（1）场地面积：长≥20米，宽≥10米
（2）将设备供电和照明供电分开
（3）系统工作环境温度：0℃～30℃
（4）相对湿度：平均相对湿度小于90％
（5）震烈度：不大于6度