CN101916527B

CN101916527B - 一种固井作业仿真培训系统

Info

Publication number: CN101916527B
Application number: CN2010102687621A
Authority: CN
Inventors: 罗宇维; 唐军; 叶纪东; 罗东辉; 张金霞; 陈彬平; 曲玉强; 陈春霞; 董奇斌; 郑豪
Original assignee: China Oilfield Services Ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC; SJS Ltd
Current assignee: China Oilfield Services Ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC; SJS Ltd
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-08-31
Also published as: CN101916527A

Abstract

本发明提供了一种固井作业仿真培训系统，包括：双机双泵混浆橇包括发动机、传动箱、柱塞泵、橇座、罐体及高低压管汇，罐体连接设置橇座上，发动机、传动箱及柱塞泵依次连接；空压机橇包括橇架、空压机、储气罐及冷干机，储气罐、空压机及冷干机依次相连，设置在橇架上；下灰立罐；衡压罐；水泥头与井口装置包括模拟水泥头结构与模拟井口装置；模拟控制模块采集并模拟、反馈双机双泵混浆橇、空压机橇、下灰立罐、衡压罐及水泥头与井口装置信息。本发明采用双机双泵混浆橇、空压机橇、下灰立罐、衡压罐、水泥头与井口装置及模拟控制模块，可完全模拟固井作业过程，并模拟故障处理，可方便学员全方位掌握固井作业操作及故障处理过程，实战性极强。

Description

一种固井作业仿真培训系统

技术领域

本发明涉及一种固井作业仿真培训系统

背景技术

现有的油田固井水泥浆混配操作培训主要集中在理论授课、设备讲解、现场传授和实践摸索等环节上。

在一些配备了模拟功能模块的固井设备混浆系统上，操作者可以在无灰、无水的情况下进行自主的操作培训，但这种培训模块的目的主要是为了让操作者熟悉设备系统的操作，而不是如何混配出符合设计要求的水泥浆，因此没有对液位和水泥浆浆体的模拟，也没有对混配操作的评价；同时，安装该培训模块的固井设备不进行运转时，操作者无法对灰阀、水阀等设备进行模拟操作，操作者学习的实战性很差。这种方式培养的学员，还不能进行实战，还需要在岗位上跟随其他操作人员进行实践学习，这就大大浪费了学习资源、人力资源。另外即使在实际操作中进行学习，由于实习时间有限，在实习期间不可能出现所有实践中的问题，学习具有极大片面性，而一旦自行操作时遇到问题，则很可能由于处置不当而造成极大的经济、人身损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可完全按照固井实际作业条件进行模拟操作的固井作业仿真培训系统。

为了解决上述问题，本发明提供了一种固井作业仿真培训系统，包括：

双机双泵混浆橇，所述双机双泵混浆橇与水泥头与井口装置连接设置，包括发动机、传动箱、柱塞泵、橇座、罐体及高低压管汇，所述罐体连接设置在所述橇座上，所述发动机、传动箱及柱塞泵依次连接；

空压机橇，所述空压机橇与所述双机双泵混浆橇并列设置，包括橇架、空压机、储气罐及冷干机，所述储气罐、空压机及冷干机依次相连，设置在所述橇架上；

下灰立罐，所述下灰立罐摸拟在所述储气罐输送来的压缩空气控制下向所述衡压罐送灰；

衡压罐，所述衡压罐模拟接收所述下灰立罐送灰，并进行衡压后，在所述储气罐输送来的压缩空气控制下向所述罐体送灰；

水泥头与井口装置，所述水泥头与井口装置包括模拟水泥头结构与模拟井口装置；

模拟控制模块，所述模拟控制模块采集所述双机双泵混浆橇、空压机橇、下灰立罐、衡压罐及水泥头与井口装置信息，并模拟、反馈所述双机双泵混浆橇、空压机橇、下灰立罐、衡压罐及水泥头与井口装置动作。

进一步，所述模拟控制模块包括：

固井模拟控制单元，所述固井模拟控制单元模拟采集所述双机双泵混浆橇、空压机橇、下灰立罐、衡压罐及水泥头与井口装置信息，进行分析处理后发送到数据采集管理单元并模拟、反馈所述固井模拟控制单元；

数据采集管理单元，所述数据采集管理单元对所述模拟控制单元发送来的信息处理后转发给固井流程监控单元及泥浆状态监控单元；

固井流程监控单元，所述固井流程监控单元根据所述数据采集管理单元发送来的信息监控、显示模拟固井流程状态；

泥浆状态监测单元，所述泥浆状态监测单元根据所述数据采集管理单元发送来的信息监控、显示模拟泥浆实时状态。

进一步，所述模拟控制模块还包括故障模拟单元，所述故障模拟单元模拟固井过程中发生故障时设备运行状态，并发送到所述固井模拟控制单元。

进一步，还包括多媒体教学系统。

本发明具有如下优点：

1、本发明采用双机双泵混浆橇、空压机橇、下灰立罐、衡压罐、水泥头与井口装置及模拟控制模块，可完全模拟固井作业过程，并模拟故障处理，可方便学员全方位掌握固井作业操作及故障处理过程，实战性极强。

2、本发明中模拟控制模块简单、且方便实现人机交互，可增强学员对固井作业的感性认识。

3、本发明中还采用了多媒体教学系统，方便理论与实践结合，避免理论脱离实际，提高学员的现场学习能力。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1示出了本发明一种固井作业仿真培训系统结构示意图；

图2示出了本发明一种固井作业仿真培训系统模拟控制模块结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明包括双机双泵混浆橇1、空压机橇2、下灰立罐3、衡压罐4、水泥头与井口装置5、模拟控制模块6及多媒体教学系统7。

本发明包括灰路与气路，灰路包括下灰立罐3及衡压罐4，下灰立罐3内模拟存灰，在压缩空气控制下并在衡压罐衡压4作用下，向双机双泵混浆橇1中罐体15内模拟送灰，在双机双泵混浆橇1中罐体15内模拟混合灰水混合物，模拟泥浆，并由双机双泵混浆橇1中柱塞泵13在发动机11、传动箱12带动下向水泥头与井口装置5中模拟注入该混合物。

气路包括空压机22、储气罐23及冷干机24，空压机22将环境空气压缩后存入储气罐23中，储气罐23中空气先通过冷干机24进行冷却、干燥后分别向下灰立罐3及衡压罐4中输送。下面对其他各个组成部分的结构作详细说明：

1)双机双泵混浆橇1

双机双泵混浆橇1的发动机11、传动箱12、柱塞泵13由模型构建而成，与实物比例为7∶10；橇座14、罐体15、高低压管汇等机械部分均为实物加以改装对接。

由于混浆密度控制在整个固井操作中非常关键，是操作培训的重点，因此控制柜、操作台采用实物标准建造，下灰阀、喷射器及高能混合器采用MINI-HEMI混浆系统实物，由电机提供液压动力源。控制柜中的工业控制计算机系统可实现广泛应用于油田固井设备中的自动混浆控制系统ACM-4.1的模拟作业功能。在此基础上，该计算机系统还负责为整个固井仿真系统实现所有的操作信号采集、作业数据模拟和模拟数据输出至仪表或软件界面上的功能。

双机双泵混浆橇2上采集的操作信号包括：

①设备作业前检查点，包括发动机燃油检查等；

②混浆橇作业流程阀门、应急操作流程阀门；

③控制台面板操作，包括：左、右发动机的启动、停机、急停、油门调节；左、右传动箱换档；灰阀、水阀手/自动开关；灰阀、水阀阀位调节；混浆罐、均衡罐搅拌器开关；清水泵、循环泵、灌注泵的转速调节。

双机双泵混浆橇1上的作业数据模拟和模拟数据输出包括：

①设备状态报警提示信息，包括左、右发动机水温报警等；

②设备状态，包括左、右发动机转速等；

③液面变化，包括：左、右计量罐、均衡罐、混浆罐液面高度；

④密度液位控制相关参数，包括：进水能力、下灰能力、密度计密度、左/右大泵压力、灰阀阀位、水阀阀位、左、右大泵排量、大泵累计排量、设定密度、混浆罐设定液位、左大泵压力极限、右大泵压力极限；

2)空压机橇2

空压机橇2由橇架21、空压机22、储气罐23、冷干机24构建。

空压机橇2上采集的操作信号包括：

①储气罐23出口阀门、主管线出口阀门；②空压机22的启动、停止；③储气罐23气压调节。

空压机橇2上的作业数据模拟和模拟数据输出包括：

①空压机22转速；②储气罐23压力。

3)下灰立罐3

下灰立罐3由2个立罐组成。

下灰立罐3上采集的操作信号包括：

①1、2号下灰立罐3进气阀门、浮化阀门、除尘阀门、出灰阀门；

②灰罐倒管线阀门。

下灰立罐3上的作业数据模拟和模拟数据输出包括：

①1、2号下灰立罐3进气气压；②罐内气压；③干灰重量。

4)衡压罐4

衡压罐4上采集的操作信号包括：

①进灰口阀门、出灰口阀门、主进气阀门、浮化进气阀门、顶风助吹进气阀门、平衡进气阀门、排污阀门、旁通阀门、除尘阀门；

②灰量低、中、高位指示；

③平衡气压调节、浮化压力调节、进气气压调节。

衡压罐4上的作业数据模拟和模拟数据输出包括：

①进气气压、浮化气压、平衡气压、罐内气压；②干灰重量。

5)水泥头与井口装置5

①模拟水泥头结构51上采集的操作信号包括：顶阀、中阀、底阀、底塞、顶塞、上挡销、下挡销、顶盖；

②模拟井口装置52上采集的操作信号包括：通往泥浆泵的阀门、通往固井泵的阀门；井口瞬时排量调节量；

③模拟井口装置52上的作业数据模拟和模拟数据输出包括：泥浆泵压力、井口瞬时排量和井口累计排量。

6)模拟控制模块6

模拟控制模块6包括：

固井模拟控制单元61，固井模拟控制单元61模拟采集双机双泵混浆橇1、空压机橇2、下灰立罐3、衡压罐4及水泥头与井口装置5信息，进行分析处理后发送到数据采集管理单元62并模拟、反馈固井模拟控制单元61；

数据采集管理单元62，数据采集管理单元62对模拟控制单元61发送来的信息处理后转发给固井流程监控单元63及泥浆状态监控单元64；

固井流程监控单元63，固井流程监控单元63根据数据采集管理单元62发送来的信息监控、显示模拟固井流程状态；

泥浆状态监测单元64，泥浆状态监测单元64根据数据采集管理单元62发送来的信息监控、显示模拟泥浆实时状态。

模拟控制模块6还包括故障模拟单元65，故障模拟单元65模拟固井过程中发生故障时设备运行状态，并发送到固井模拟控制单元61。

7)多媒体教学设备7

①计算机处理系统：3台高性能台式计算机，4台19寸标准显示器及系统附件用于安装仿真软件系统。

②音响设备：4路可单独控制的音响装置和麦克风，用于播放实时模拟的作业现场设备噪声和用于多媒体基础教学。

③视频监控装置：6台可远程控制摄象机及配套视频设备。

④投影设备：2台投影仪及配套附件，用于多媒体基础教学和实时互动仿真操作的画面投影教学观摩。

⑤对讲系统：4套摩托罗拉对讲机，模拟现场作业监管、井口、主操、副操四个岗位之间的协调交流。

采用本发明进行的培训具有以下特点：

1.相似性：学员操作的设备与真实设备仿真度很高，平均达到95％以上，提高了培训的逼真度，增强了学员操作的手感和临场感；系统设定的作业流程和模拟的作业数据仿真程度与现场作业相近程度很高，达到90％以上。

2.灵活性：系统培训内容呈进阶安排，由点及面；根据固井作业过程的特点和固井作业培训的目的，各流程操作可单独进行或组合进行，并且可进行功能扩展。

3.通用性：系统采用标准化模块设计，其机械装置、硬件软件系统可以用来进行其它系列固井作业类型的仿真操作。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种固井作业仿真培训系统，其特征在于，包括：

双机双泵混浆橇(1)，所述双机双泵混浆橇(1)与水泥头与井口装置(5)连接设置，包括发动机(11)、传动箱(12)、柱塞泵(13)、橇座(14)、罐体(15)及高低压管汇，所述罐体(15)连接设置在所述橇座(14)上，所述发动机(11)、传动箱(12)及柱塞泵(13)依次连接；

空压机橇(2)，所述空压机橇(2)与所述双机双泵混浆橇(1)并列设置，包括橇架(21)、空压机(22)、储气罐(23)及冷干机(24)，所述空压机(22)、储气罐(23)及冷干机(24)依次相连，设置在所述橇架(21)上；

下灰立罐(3)，所述下灰立罐(3)模拟在所述冷干机(24)输送来的压缩空气控制下并在衡压罐(4)衡压作用下向所述罐体(15)送灰；

衡压罐(4)，所述衡压罐(4)模拟接收所述下灰立罐(3)送灰，并进行衡压后，在所述冷干机(24)输送来的压缩空气控制下向所述罐体(15)送灰；

水泥头与井口装置(5)，所述水泥头与井口装置(5)包括模拟水泥头结构(51)与模拟井口装置(52)；

模拟控制模块(6)，所述模拟控制模块(6)采集所述双机双泵混浆橇(1)、空压机橇(2)、下灰立罐(3)、衡压罐(4)及水泥头与井口装置(5)信息，并模拟、反馈所述双机双泵混浆橇(1)、空压机橇(2)、下灰立罐(3)、衡压罐(4)及水泥头与井口装置(5)动作。

2.如权利要求1所述的固井作业仿真培训系统，其特征在于：所述模拟控制模块(6)包括：

固井模拟控制单元(61)，所述固井模拟控制单元(61)模拟采集所述双机双泵混浆橇(1)、空压机橇(2)、下灰立罐(3)、衡压罐(4)及水泥头与井口装置(5)信息，进行分析处理后发送到数据采集管理单元(62)并模拟、反馈所述固井模拟控制单元(61)；

数据采集管理单元(62)，所述数据采集管理单元(62)对所述固井模拟控制单元(61)发送来的信息处理后转发给固井流程监控单元(63)及泥浆状态监控单元(64)；

固井流程监控单元(63)，所述固井流程监控单元(63)根据所述数据采集管理单元(62)发送来的信息监控、显示模拟固井流程状态；

泥浆状态监控单元(64)，所述泥浆状态监控单元(64)根据所述数据采集管理单元(62)发送来的信息监控、显示模拟泥浆实时状态。

3.如权利要求2所述的固井作业仿真培训系统，其特征在于：所述模拟控制模块(6)还包括故障模拟单元(65)，所述故障模拟单元(65)模拟固井过程中发生故障时设备运行状态，并发送到所述固井模拟控制单元(61)。

4.如权利要求1所述的固井作业仿真培训系统，其特征在于：还包括多媒体教学系统(7)。