鑽井仿真操作（鑽井崗位實習、油田生產實習）

課程性質

課程背景

鑽井工程利用石油鑽井設備從地面開始,沿設計軌道鑽穿多套地層到達預定目的層(油氣層或可能油氣層),形成油氣采出或注入流體(水、氣、汽)的穩定通道(即油氣井) , 並在鑽進過程中和完鑽後,完成取心、耕、測井和測試工作,取得勘探、開發和鑽井所需各種信息的系統工程。工程作業在地面涉及沙漠、戈壁、海洋,地下涉及高溫高壓(溫度高達200°C、力超過100MPa)等惡劣環境,加之油氣產品具有易燃、易爆、易擴散甚至含有有毒成分(如高含H2S、SO2)等特殊性,形成作業的高投入、高風險、藝複雜、技術密集、要求理論與實踐緊密結合的工程技術特點。

油氣鑽井工程屬於地下隱蔽工程,建井周期為幾個月甚幾年,作業現場現代化的大重型機械設備規模大、密集且昂貴(幾萬~幾億) ,鑽井作業成本高(即便停工期間每天成本也高達5萬~300萬) ,涉及高溫、高壓、腐蝕、毒性等,任何誤操作有可能延長鑽井周期,引起人身意外傷害、巨額的經濟損失和嚴重生態環境破壞,因此鑽井操作歷來受到高度重視，油田企業在制度上明確規定鑽井作業現場不允許學生到鑽井平台進行實習。校內擺放鑽機因場地面積大、設備昂貴、維護成本高等無法搭建實驗室,實物操作更是無從談起。

然而,隨著我國油氣對外依存度的增加,需提高勘探開發進度、降本增效,這不僅要求為學生提供新的全面系統的課堂理論教學,還要與工程實踐有機結合。為解決這一矛盾,學生可到油田培訓中心真實的鑽機上進行實習,這種學習模式存在鑽機少(僅1台鑽機)、實習成本高、培訓項目少( 2個項目) , 操作實習內容不全面,受教師數量、時間、天氣等因素影響,難以實現“一對一”的教學指導,受設備高度的限制,學生也無法從任意角度觀察學習,從而制約了學生建立起完整的操作流程。此外,對於沒有任何操作經驗的學生而言，有一安全風險。為解決油田培訓中心實習的不足,相關單位開發了鑽井模擬器,這種實習模式解決了操作安全問題、實習成本問題、培訓不全面的問題,尤其貴的是:這種半虛擬仿真操作可以解決實驗內容因周期長無法在有限的幾天或幾周內完成問題,作業和生產事故不可逆性(如井塌、卡鑽、井漏、井噴等故障複雜處理)、無法重復或再現的問題,但這種半虛擬仿真操作實驗模式依然存在設備購置成本高(單台價格150萬-330萬) , 無法滿足大批量學生同時實驗的問題。此外,這種實驗要求學生必須到實驗室方可進行,這顯然無法滿足疫情下的實習。

基於上述原因,在原有的實踐教學條件及油田現有的生產體制下,全面實現對石油工程專業學生理論教學與工程實驗實踐的有機結合難度大,難以及時培養和滿足當前油田企業對高質量人才需求。為了彌補石油工程相關專業實踐教學所存在的不足,我院多年前利用虛擬現實技術、三維仿真技術、多媒體技術、人機互動技術、資料庫技術和網路技術等與石油工程實際相結合,建立了鑽井虛擬仿真實驗實訓平台,克服傳統操作實習的限制,再現了現場作業環境及作業流程,藉助其直觀、生動、安全、全面、成本低和易於更新的優點,開展石油工程專業鑽井操作虛擬仿真實驗教學,提高學生對設備工具、工藝流程的理解,提高學生綜合運用理論知識來完成相應操作能力及動手能力。

鑽井仿真操作（鑽井崗位實習、油田生產實習）

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