ESIM-FSD12-S(offshore)海洋钻井模拟培训系统

盛特海洋钻井模拟培训系统根据IWCF培训要求按照中国半潜式钻井平台“海洋石油981”进行设计。“海洋石油981”是第六代3000米深水半潜式钻井平台,使用Aker MH公司的钻井包,采用一联半式钻塔结构,使用四根单根作为一根立柱。

海洋石油981平台渲染图

盛特海洋钻井模拟培训系统使用了新一代的井下数学模型和高度逼真的三维图形引擎,可模拟海洋钻井及海洋井控的多种工况,模拟范围包含:

钻台设备:绞车、顶驱、液压大钳、动力卡瓦、抓杆机。

循环系统:泥浆泵、泥浆池、立管管汇、节流管汇。

井下设备:钻杆、钻铤、单向阀、钻头、隔水管、套管。

地质:地层、储层。

防喷器:水下防喷器。

钻井功能:
  1. 正常起下钻
  2. 正常钻进
  3. 钻进溢流关井操作
  4. 起下钻溢流关井操作
  5. 空井关井操作
井控功能
  1. 司钻法压井
  2. 工程师法压井
  3. 体积法压井
  4. 低节流法压井
  5. 硬顶法压井
故障模拟
  1. 钻具刺漏
  2. 水眼堵塞
  3. 水眼冲蚀
  4. 节流阀堵塞
  5. 节流阀冲蚀
  6. 泥浆泵故障
  7. 防喷器故障

硬件设备主要包含:海洋智能座椅、海洋防喷器控制台、节流控制箱、节流管汇、立管管汇、教师控制台、计算机系统(参数计算机、主控计算机、图形计算机、网络设备、机柜)、音效系统。设备布局效果图如下图所示:

海洋智能座椅

使用司钻专用座椅,两个15寸参数显示触摸屏,两个17寸操作触摸屏,双五键操作手柄。

立管管汇

采用全金属结构加工,管汇内无介质,阀门内采用模拟量传感器采集阀门状态,采用数字化仪表显示压力数据。

节流管汇

采用全金属结构加工,管汇内无介质,阀门内采用模拟量传感器采集阀门状态,采用数字化仪表显示压力数据。

节流控制箱

全金属结构加工,模拟双液控节流阀控制箱,包含气源开关、节流阀选择、节流阀调节手柄、节流阀调节速度调节开关、重置泵冲数按钮、套压指针表、立压指针表、泵冲数数字表。

防喷器控制台

全金属结构加工,铝材质面板,包含上环形防喷器控制器、下环形防喷器控制器、剪切闸板防喷器控制器、上闸板防喷器、中部闸板防喷器、下闸板防喷器。上下环形泄压控制器、上下内侧节流泄压控制器、上下外侧节流泄压控制器、上下外侧压井控制器、上下内侧压井控制器。

软件系统包含通用平台软件模块、教师控制台软件模块、座椅参数显示触屏软件模块、座椅操作触屏软件模块、旋转驱动模块、图形软件模块、起下钻和钻进软件、故障处理软件模块、事故处理软件模块、井控软件模块、声效控制软件模块、学员管理软件模块、自动评分软件模块。

1.通用平台软件模块
该模块包含软件的框架结构,各功能调度,各类数据接口、数据库操作、网络控制、流程控制、硬件设备交互功能模块,是软件的基础模块。
2.教师控制台软件模块
该模块用于各种工况下参数的计算、显示,流程控制,是软件系统的核心。包含悬重数学模型、钻压数学模型、钻速数学模型、井下循环数学模型、溢流数学模型、地层漏失数学模型、防喷器压力数学模型等多个重要数学模型。

3.座椅参数显示软件
座椅参数显示软件在IOC座椅前侧的两块触摸屏上显示钻井参数。

4.座椅触摸屏控制软件
座椅触摸屏控制软件主要功能为采集触摸屏、操作手柄的操作数据,操作数据发送给控制程序,用于控制钻机系统。

5.旋转驱动模块
旋转驱动模块用于实时计算钻进、划眼、倒划眼过程中各种参数。
6.图形软件模块
三维图形软件重现整个钻井平台的全貌,展现钻井平台设备的工作情况。平台上的三维图形、钻台面的三维图形、钻进操作的三维图形显示如下图所示。

7.起下钻和钻进软件
该模块用于模拟起下钻操作及钻进操作过程中的各种设备动作及计算参数状态。
8.故障处理软件模块
该模块用于模拟IWCF标准中规定的各种设备故障情况,界面如下图所示:

9.事故处理软件模块
该模块用于模拟遇阻、遇卡操作。
10.井控软件模块
该模块采用盛特的最新专利技术“流量耦合”法实时计算井下压力情况,可以高精度模拟司钻法压井、工程师法压井、体积法压井、低节流法压井、硬顶法压井操作。
11.声效控制软件模块
该模块用于模拟钻井现场各种设备声音,例如泵的声音、节流阀的声音、顶驱声音、绞车声音。
12.学员管理软件模块
该模块用于管理学员的相关信息,记录学员的班级信息、培训情况、每次操作的分数记录。支持对数据库的增加、删除、修改操作,便于教师更高效的进行培训与管理。
13.自动评分软件模块
该模块根据教师布置的操作内容,实时将学员的操作情况与标准操作进行对比,给出操作评价,同时对比学员操作的井场数据与标准操作数据,对学生的操作进行自动评价,给出评价分数。

模拟器功能

模拟器操作满足对钻井司钻、副司钻、井队技术员、钻井队队长及钻井监督等不同工种的培训。通过使用模拟器培训,使受训人员掌握软、硬关井及常规、非常规压井技术。

模拟器系统软件采用数学模型模拟石油工程钻井作业中的各种工况和参数,例如压力、扭矩、钻速、排量等,精确反应这些物理参数之间的关系,达到与实际钻井作业相同的效果。

模拟器系统能设置各种钻井参数,如钻具结构、井身结构、地层参数、设备参数等,使培训更加灵活和更有针对性;软件系统采用无定序架构,能真实模拟钻机的各种操作,系统更接近实际;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。

模拟器按照工业级标准设计,数据采集与控制系统采用PLC构成,能最大程度保证设备的可靠性。

具体系统特点
  1. 系统符合IWCF和IADC标准。
  2. 具有无定序模拟软件架构。对受训人员的操作顺序没有任何限制,完全模拟真实钻机的模式和功能,操作者可以按照任何方式去操作模拟系统,就像操作真实钻机一样。
  3. 具有载入一个井况快照,培训多种操作的功能。通过合理设置井况快照,可以在同一个作业中,同时培训学员起下钻杆、钻进、钻井溢流、关井、压井的一体式无缝操作。
  4. 具有参数设置功能。教师可以灵活设置各种参数。例如“钻具组合”、“地层参数”、“泥浆参数”、“钻井设备参数”等。教师可以以真实的井况,现场设备选用情况为基础,对钻井过程中的各个参数进行自定义设置,从而构建对应的真实的井况快照。
  5. 具有故障设置功能。教师可以在学员训练过程中,随时引入故障。学员通过参数的变化来发现故障、判断故障。例如可以设置“钻具刺漏”、“水眼堵塞”、“水眼冲蚀”、“节流阀堵塞”、“节流阀冲蚀”、“泥浆泵故障”、“防喷器故障”等。
  6. 具有模拟速度控制功能。教师可根据需要调整模拟训练的速度。
  7. 具有报警设置功能。受训学员可以设置大量的参数阈限值,当参数超过阈限值后,模拟培训系统将发出不同警报,而且警报的启停与学员的操作、工况及图形显示相一致。
  8. 用3D动画模拟钻井现场的视觉环境。系统中的动画能展现井口与井下场景、设备动作和设备的工作原理等。
  9. 具有模拟钻井现场音效功能。系统能模拟钻井现场的绞车、转盘、泵设备的音效。声音的启停与学员的操作、工况及图形显示相一致。
  10. 能以曲线的形式实时展现各种重要参数的变化趋势,例如泥浆池体积增减量、套管压力、立管压力等,考察培训学员通过曲线正确判断井下情况,预判事故的能力。
  11. 具有数据回放功能,能以曲线方式展现学员操作过程中的参数变化,方便学员查看。
  12. 培训过程控制。能随时暂停作业、保存作业、回调作业等。
  13. 能提供公制单位和英制单位显示,并能及时互相切换。
  14. 能提供中英文界面显示的实时切换。
  15. 具有对学员操作的自动评分功能。根据学员的操作步骤和操作水平,由系统内置的评分系统自动给出成绩和扣分原因,实现技能水平评价公平公正。
  16. 具有受训学员信息管理功能。
  17. 具有一键启动关闭的功能。