ESIM-PDS12B便携式钻井模拟培训系统
便携式钻井模拟培训系统由成都盛特石油装备模拟技术股份有限公司开发,专门从事钻井模拟培训,具有携带方便,功能完善等特点。该系统符合IADC和IWCF标准。
便携式钻井模拟培训系统是石油工程与计算机技术、虚拟现实技术、计算机模拟技术集合的产物。主要用于新员工,钻井司钻/副司钻,井队技术员,钻井队队长及钻井监督等的培训。通过该系统的培训,受训人员可以掌握基本的关井及压井技术。
系统利用数学模型模拟石油工程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。系统能灵活设置各种钻井参数,如钻具组合、井身结构、地层参数、设备参数等,使培训更加灵活,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,使系统更接近实际;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,结合仿真的现场音效,给人以身临其境的感受。
该系统由便携式硬件设备、图形系统及配套软件构成。硬件系统按照工业级标准设计,数据采集与控制系统采用嵌入式设备构成,最大程度保证了设备的可靠性。系统投入成本和维护成本低,无安全风险。
系统主要硬件
本系统包括三种方案,第一种方案的硬件组成包括司钻操作台和节流控制箱(可选配MPD控制箱),第二种方案的硬件组成只包括节流控制箱(可选配MPD控制箱),第三种方案是基于PC的纯软件系统。
- 司钻操作台
司钻操作台如图所示,其控制和显示内容集成实际司钻控制台常用主要部分。能模拟绞车升降、泥浆泵调速、转盘调速等。该操作台根据作业可实时显示泵速、泵压等、转盘转速、转盘扭矩等参数。
- 节流控制箱
节流控制箱如图所示,其上可显示立压、套压、压井管汇压力、泵速、累计泵冲数、节流阀开度等参数,该操作箱提供可调节液动节流阀开度功能。
- 便携式MPD控制箱
便携式MPD控制箱如下图所示,其上可显示回压泵泵速、泵冲数、泵压、套管压力、立管压力、井底压力、节流阀开度、流量、目标ECD等参数。可调节目标ECD,回压泵泵速,节流阀开度等参数。
系统软件
- 主控软件
- 学生端软件模块
- 可实时显示钻井参数,可设置参数报警、可模拟地面循环系统的操作和显示,可提供多个模拟控制箱,包括防喷器控制箱、顶驱控制箱和MPD控制箱等。
- 教师控制台软件模块
- 能完成包括地层参数设置、井类型切换和参数设置、钻具组合设置、管汇循环系统类型设置、泵参数设置、泥浆系统、地面管汇、防喷器等参数的设置和修改;能实现钻井参数如钻压、钻速、进尺、泥浆池体积增减量、返出流量、泵速、排量、累计泵冲数、方入等的实时显示;能设置故障的发生;能设置参数单位、语言的选择;能实现作业的模拟速度控制;能保存和恢复存档作业。
- 井控软件模块
- 能实现井控的作业控制,能对井控参数如套压、立压、节流阀开度、套管鞋压力、井底压力进行实时读取;能绘制、保存和打印多个实时参数如立压、套压、泥浆池体积增减量、井底压力、地层压力的参数曲线。
- 声效控制模块软件
- 能模拟钻井现场泵、绞车、转盘等设备的音效
- 系统自检模块
- 能通过该模块检测硬件设备的状态。
- 学员管理模块
- 图形软件
- 基于顶部驱动的3D场景显示软件模块
- 基于转盘驱动方钻杆的3D场景显示软件模块
序号 | 名 称 | 单位 | 数量 | 配置 |
1 | 便携式司钻操作台 | 台 | 1 | 选配 |
2 | 便携式节流控制箱 | 台 | 1 | 选配 |
3 | 便携式MPD控制箱 | 台 | 1 | 选配 |
4 | 便携式笔记本(CPU:i7,独立显卡) | 台 | 1 | 标配 |
5 | 触摸显示屏(21.5吋) | 台 | 1 | 标配 |
6 | 盛特石油便携式钻井模拟器工艺软件 | 套 | 1 | 标配 |
7 | 盛特石油便携式钻井模拟器图形软件 | 套 | 1 | 标配 |
系统功能
- 模拟器音响效果
- 所有钻井作业模拟图画中出现的钻井设备运行时、碰撞时、加减速运转时的音效均与钻井现场设备实际声音一致,音效逼真、贴近现场。
- 模拟器功能特点
- 模拟器具备便携功能,体积、重量、数量均能满足教师外出培训时方便携带要求;模拟器操作能满足钻井司钻、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。
- 模拟器系统软件能用数学物理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,如钻具组合、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工业控制器,最大程度保证设备的可靠性。
- 具体系统要求
- 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。
- 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。
- 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”、“管汇类型”、“井类型”、“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。
- 具有故障设置功能。教师可以在学员训练过程中,随时引入设备和井下故障。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”、“泵故障”、“防喷器故障”。
- 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。
- 具有报警设置功能。受训学员可以设置参数阈限值,当参数超过阈限值后,模拟培训系统将发出不同警报,而且警报的启停能与学员的操作、工况及图形显示相一致。
- 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设备动作和设备的工作原理等。同时在场景中能以动画人物来表现钻井过程中各工种在作业的角色关系、站位以及操作规范。能根据需要切换和分屏展示不同的场景,如:钻井液流动路径以及各种曲线及实时数据等。
- 具有模拟钻井现场音效功能。系统能模拟钻井现场的泵、绞车、转盘等设备的声音。声音的启停能与学员的操作、工况及图形显示相一致。
- 能以曲线的形式实时展现各种重要参数的变化趋势,如套管压力、立管压力、泥浆池体积增减量等,可考察、培训学员通过曲线正确判断井下情况,预判事故的能力。
- 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。
- 培训过程控制。能随时暂停作业,保存作业、回调作业等。
- 能提供公制单位和英制单位显示,并能及时互相切换。
- 能提供多个管汇循环系统的切换功能。
- 能提供MPD控压钻井自动节流和手动节流功能。
- 能提供直井和斜井多种井况。
- 能提供中英文界面显示的实时切换。
- 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。
- 具有受训学员信息管理功能。
系统联网功能
系统联网功能的教室布局如下图所示,分别是方案一、方案二和方案三的布局方式。
主要功能:
- 任意分配学员作业
- 教师机可以为各个学员机分配的不同的练习作业,从而达到多个学员进行多种作业操作的目的。
- 进行成绩回传管理
- 多个学员机可以将考试成绩回传教师机进行管理。
可完成的培训项目
- 关井操作
- 空井发生溢流的关井操作
- 压井操作
- 司钻法压井
- 工程师法压井
- 体积法压井
- 故障模拟
- 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
- MPD操作培训
模拟工艺特点
- 钻进过程中,系统能模拟计算钻压;开泵后,系统能计算泵压;起下钻过程中,系统能计算波动压力。
- 系统能模拟硬关井过程和软关井过程。
- 系统能模拟使用钻具内防喷工具(如旋塞、回压凡尔)关井。
- 关井后,系统能完成对装有止回阀的钻具求关井立压。
- 系统能模拟气体发生运移的压力变化。
- 系统能计算钻柱或钻柱接头通过关闭的环形和闸板时的摩擦力。
- 系统能反应钻柱接头通过关闭的环形防喷器时产生的压力波动。
- 系统提供了直井和斜井的井控操作。
- 系统能进行MPD钻井。
技术要求
- 电源参数:110~240V/50~60Hz交流电
- 功率参数:0.3kw
安装运行环境要求
- 系统工作环境温度:0℃~30℃
- 相对湿度:平均相对湿度小于90%