CN114464032A - 一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练系统及方法，所述系统包括：登录模块：连接桌面显示模块，通过桌面显示模块登录深水关井多岗位协同演练系统；模型构建模块：根据钻井参数和虚拟现实技术构建3D深水关井井控模型；工况选择模块：连接桌面显示模块，通过桌面显示模块进行工况选择，并获得工况信息；角色选择模块：连接桌面显示模块和工况选择模块，通过桌面显示模块选择所在工况下的角色，并获得角色信息；桌面显示模块：提供深水关井井控多岗位协同演练的交互界面，进行演练过程展示。本系统支持各种钻井参数设置，如钻具结构、井深结构、地层参数、设备参数等，使演练过程更加灵活多变，更具培训针对性。
Description
技术领域
本发明涉及协同演练技术领域，特别是一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练系统及方法。
背景技术
深水钻井作业时，由于隔水管及阻流压井管线长，压力窗口窄，井控难度较大，其主要难点有：(1)深水低温，(2)压井、阻流管线摩阻大，(3)呼吸效应，(4)套管鞋承压低，(5)存在圈闭气，(6)隔水管余量。太长的阻流压井管线和低温导致的阻流和压井管线内泥浆粘度增加会遮蔽关井套管压力(SICP)，低温下高粘度的合成基泥浆更加明显。所以，由于低温的影响，检查到溢流，但是却没有关井套管压力，使得井涌难以监测并影响作业人员判断；对于相同沉积厚度的地层来说，随着水深的增加，地层的破裂压力梯度在降低，致使破裂压力梯度和地层孔隙压力梯度之间的窗口较窄，安全泥浆窗口小，钻井操作要求极高；且深水钻井的钻井液在循环过程中会出现漏失、关掉泵后又重新回到井筒的呼吸效应现象，井控难度更大。
此外，在深水作业中，如果关井时候，气体已经移动或者循环到防喷器(BOP)上。在气体到达地面的时候，转喷器和泥浆－气体分离器(MGS)将不能控制回流速度，如果没有检查到隔水管内气体的膨胀，气体将在一定高度快速喷发，导致爆炸和人员设备的伤害，国内外有些深水井钻井中由于井控措施不当，引起了灾难性的后果。
在申请号为CN201420542260.7的发明专利申请文件中提到了一种深水钻井井筒气侵模拟可视化实验装置，其中有提到：油气钻井过程中，由于受到地质环境、钻井工况及人为操作等各种因素的影响，造成井底压力失衡，地层流体(油、气、水)侵入井筒，导致井下复杂事故，尤以气相侵入诱发的井下事故最为严重。气体侵入井筒后，气体的滑脱上升将钻井液顶出井筒导致整个井筒压力迅速下降，如果不及时处理就会演变为井涌、井喷，甚至井喷失控，给油气井安全带来严峻考验，如川东北地区清溪1井、元坝222井和元陆3井发生气侵后没能及时得当的处理，最后酿成严重后果。
因此，深水井下作业相关人员的井控水平就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中井下作业相关人员井控水平不稳定，且培训效果不佳的缺点，提供一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练系统及方法
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练系统，包括登录模块、桌面显示模块、角色选择模块、工况模式选择模块，其中：
登录模块：连接桌面显示模块，通过桌面显示模块登录深水关井多岗位协同演练系统；
模型构建模块：根据钻井参数和虚拟现实技术构建3D深水关井井控模型；
工况选择模块：连接桌面显示模块，通过桌面显示模块进行工况选择，并获得工况信息；
角色选择模块：连接桌面显示模块和工况选择模块，通过桌面显示模块选择所在工况下的角色，并获得角色信息；
桌面显示模块：提供深水关井井控多岗位协同演练的交互界面，进行演练过程展示。
优选的，还包括参数配置模块，用于设置钻井参数，包括：钻具结构、井深结构、地层参数及设备参数。
一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练方法，包括以下步骤：
S1：采集深水关井井控作业流程的钻井参数；
S2：根据采集到的钻井参数和虚拟现实技术构建3D深水关井井控模型；
S3：通过主控模块下发工况演练任务，分配岗位信息；
S4：接受演练任务列表和岗位信息，在重置设备状态后，生成演练分项的初始化场景及设备状态；
S5：通过桌面式虚拟显示软件及unity3D网络架构同步所有参与演练人员的显示终端三维图形状态信息，进行深水关井井控多岗位演练。
优选的，所述S1还包括：
S11：根据虚拟现实技术构建三维模型，所述三维模型包括：演练场景模型、井控设备模型、人员模型、环境状况模型及事故发生发展过程模型；
S12：对三维模型进行优化，并最终生成3D深水关井井控模型。
优选的，所述S3中演练任务包括：钻进工况下硬关井、起下钻杆工况下硬关井、起下钻铤工况下硬关井及空井工况下硬关井。
优选的，所述S3中还包括：
S31：根据各岗位信息配置对应岗位操作参数。
优选的，所述S3中岗位包括：司钻、副司钻、泵工、钻工、录井工程师、钻井监督、队长、高级队长及水下师。
优选的，所述S5还包括：
S51：执行主控模块发送的指令；
S52：命令执行完毕，发送给主控模块所需的当前场景状态和完成的命令号；
S53：持续接收数据并执行操作，支持重复初始化及重复作业。
本发明具有以下优点：
1、系统支持各种钻井参数设置，如钻具结构、井深结构、地层参数、设备参数等，使演练过程更加灵活多变，更具培训针对性；
2、系统采用的数学物理模型支持无定序操作架构，能真实模拟作业过程的各种操作，真实表达人为操作的差异性，使系统表现更接近实际；
3、在演练过程中，系统可根据受训人员的实际操作真实再现作业操作过程、事故演化过程和参数变化过程；
4、能够做到不同的人使用该系统，在不同的操作过程下，能够实现与真实规律相仿的数据表现和事件发展，在钻进高压底层、误操作或处理不当的情况下，该系统支持井控事故的触发和事故现象的表现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图的结构获得其他的附图。
图1为本发明的工作流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本实发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练系统，包括登录模块、桌面显示模块、角色选择模块、工况模式选择模块，其中：
登录模块：连接桌面显示模块，通过桌面显示模块登录深水关井多岗位协同演练系统；
模型构建模块：根据钻井参数和虚拟现实技术构建3D深水关井井控模型；
工况选择模块：连接桌面显示模块，通过桌面显示模块进行工况选择，并获得工况信息；
角色选择模块：连接桌面显示模块和工况选择模块，通过桌面显示模块选择所在工况下的角色，并获得角色信息；
桌面显示模块：提供深水关井井控多岗位协同演练的交互界面，进行演练过程展示。
在本实施例中，还包括参数配置模块，用于设置钻井参数，包括：钻具结构、井深结构、地层参数及设备参数。
一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练方法，包括以下步骤：
S1：采集深水关井井控作业流程的钻井参数；
S2：根据采集到的钻井参数和虚拟现实技术构建3D深水关井井控模型；
S3：通过主控模块下发工况演练任务，分配岗位信息；
S4：接受演练任务列表和岗位信息，在重置设备状态后，生成演练分项的初始化场景及设备状态；
S5：通过桌面式虚拟显示软件及unity3D网络架构同步所有参与演练人员的显示终端三维图形状态信息，进行深水关井井控多岗位演练。
在本实施例中，所述S1还包括：
S11：根据虚拟现实技术构建三维模型，所述三维模型包括：演练场景模型、井控设备模型、人员模型、环境状况模型及事故发生发展过程模型；
S12：对三维模型进行优化，并最终生成3D深水关井井控模型。
在本实施例中，所述S3中演练任务包括：钻进工况下硬关井、起下钻杆工况下硬关井、起下钻铤工况下硬关井及空井工况下硬关井。
在本实施例中，所述S3中还包括：
S31：根据各岗位信息配置对应岗位操作参数。
在本实施例中，所述S3中岗位包括：司钻、副司钻、泵工、钻工、录井工程师、钻井监督、队长、高级队长及水下师。
在本实施例中，所述S5还包括：
S51：执行主控模块发送的指令；
S52：命令执行完毕，发送给主控模块所需的当前场景状态和完成的命令号；
S53：持续接收数据并执行操作，支持重复初始化及重复作业。
在本实施例中，当演练任务为钻进工况下硬关井时，其操作流程如下：
1、发出井涌信号：
此时司钻部门：钻台广播：各岗位注意，发现溢流，准备关井；将钻具提离井底，使钻杆接头避开上闸板BOP芯子；调节钻具补偿器至中位；停顶驱、停泵；
此时泵工（井架工）：泵舱待命；
此时钻工A：拨打和接收电话，传递信息，协助司钻记录信息；
此时钻工B：钻台待命，听从司钻指令；
此时钻工C：钻台待命，听从司钻指令；
此时钻工D：听到警报后，立即到司钻房拿对讲机和手电筒；到远控台处待命；
此时录井工程师：发现返出异常等信号，先后汇报钻台和监督办；
此时钻井监督：接到录井上报的溢流警报后立即到钻台；
此时队长：立即到钻台；
此时高级队长：立即到钻台；
2、停止钻井，上提钻具至合适位置，调整钻具补偿器至中位，停顶驱及钻井泵；
3、关闭环形BOP后再关闭上闸板BOP：
此时司钻：关闭环形BOP，观察远控台压力是否先降后升，环形控制压力是否先降后升，观察流量是否与环形BOP所需流量一致；调节环形BOP操作压力到500psi，游车上提至钻杆接头到环形BOP底部；关闭上闸板BOP，并确认压力和流量是否正常；通知钻工D：已关闭环形和上闸板BOP；
此时副司钻：准备纸、笔，放于司钻房阻流阀控制盘处；
此时泵工（井架工）：泵舱待命；
此时钻工A：观察司钻操作BOP过程，以防误操作；接听电话；
此时钻工D：1.在远控台处等待接受操作BOP信号；2.迅速检查环形和上闸板对应的三位四通阀是否成功关闭，如未成功关闭，立即手动操作；3.及时向司钻汇报防喷器已关闭信号；
此时录井工程师：密切监控录井参数，如有异常，立即汇报监督；
此时水下师：配合司钻确认环形防喷器已关闭，关闭压力调节是否正常，上闸板已关闭；
4、关闭节流管汇上的液动节流阀：
此时司钻：1.在司钻房确认液动节流阀关闭，如未关闭，立即关闭；2.通知钻工A关闭节流阀上游平板阀；
此时钻工A：到钻台关闭节流阀上游平板阀；
5、打开节流端的水下事故安全阀：
此时司钻：打开节流端的水下事故安全阀；
此时钻工A：观察司钻操作水下事故安全阀过程，防止误操作；
此时钻工B：钻台待命，听从司钻指令；
此时钻工C：观察泥浆槽处是否有返出，及时向司钻汇报，并接收队长或司钻的指令；
此时钻工D：1.在远控台处等待接受操作水下事故安全阀的信号；2.迅速检查节流端水下事故安全阀的三位四通阀是否成功打开，如未成功打开，立即手动操作；3.及时向司钻汇报水下事故安全阀已打开信号；
此时水下师：配合司钻确认节流端水下事故安全阀已打开。
6、打开环形防喷器：
此时司钻：将环形防喷器与上闸板防喷器间的压力泄放掉后，打开环形防喷器；
此时泵工（井架工）：做好加重泥浆的准备；
此时钻工A：观察司钻操作环形防喷器过程，防止误操作；
此时钻工D：在远控台等待接受打开环形BOP信号，并确认三位四通阀打开，如未打开，手动操作；
此时水下师：配合司钻确认环形防喷器已打开；
7、监控隔水管是否有返出：
此时司钻：1.关闭振动筛阀，打开通向计量罐阀；2.计量罐监测隔水管内是否溢流；
此时副司钻：协助司钻操作控制面板；
此时钻工C：观察计量罐液位否有稳定，及时向司钻汇报，并接收队长或司钻的指令；
8、报告钻井监督和高级队长：
此时司钻：汇报监督：报告监督，钻进至多少米时发现生命信号，（经溢流检查）发现溢流，已经关闭上闸板防喷器，打开下阻流阀，目前已关井成功。泥浆池增量为多少方，当前立压，套压，正在上涨；
此时副司钻：在司钻房节控箱处记录15分钟内每1分钟的立压、套压和泥浆池增量；
此时录井工程师：监测并记录压力数据，做好随时汇报监督的准备；
此时钻井监督：1.接到司钻汇报后，告知司钻记录数据；2.获取关井压力后，完成压井施工单，准备压井作业。
需注意的是，第8步中，按照钻具安装有不带孔浮阀，则关井立压和套压按照以下步骤求取：
当套压稳定后，司钻以极小的泵速缓慢开泵，一旦当副司钻观察套管压力上升，则停泵，此时的立管压力即为关井立压。
在本实施例中，当演练任务为起下钻杆工况下硬关井时，其操作流程如下：
1、发出井涌信号：
此时司钻：钻台广播：各岗位注意，发现溢流，准备关井；
此时录井工程师：显示录井参数；
此时钻井监督：显示录井参数；
此时队长：显示录井参数；
此时高级队长：显示录井参数；
2、上提钻具至关闭BOP的合适位置：
此时司钻：立即停止起钻，上提钻具，使钻杆接头避开上闸板BOP芯子；
此时泵工（井架工）：泵舱待命；
此时钻工A：拨打和接收电话，传递信息，协助司钻记录信息；
此时钻工B：钻台待命，听从司钻指令；
此时钻工C：钻台待命，听从司钻指令；
此时钻工D：1.听到警报后，立即到司钻房拿对讲机和手电筒；2.到远控台处待命；
此时录井工程师：发现溢流信号后，先后汇报钻台和监督办；
此时钻井监督：1.接到录井上报的返出异常信号后，询问钻台情况；2.立即到钻台；
此时队长和高级队长立即到钻井；
3.1、抢接钻杆内防喷器：
此时司钻：1.快速下放钻具至坐卡瓦的合适位置；2.指挥钻工抢接考克和IBOP；
此时副司钻：井口安装完考克和IBOP后操作铁钻工紧扣；
此时钻井A：1.迅速到钻台，与钻工B迅速坐好卡瓦；2.与钻工B、C合作抢接考克和IBOP（尝试抢接，关闭考克，抢接IBOP，卸IBOP顶盖）；
钻工B：1.与钻工A迅速坐好卡瓦；2.与钻工A、C合作抢接考克和IBOP（尝试抢接，关闭考克，抢接IBOP，卸IBOP顶盖）；
钻工C：1.与钻工A、B合作抢接考克和IBOP（尝试抢接，关闭考克，抢接IBOP，卸IBOP顶盖）；
钻工D：到远控台处等待司钻关闭BOP操作后，确认BOP关闭状态；
录井工程师：持续监控返出，有异常汇报监督；
3.2、接顶驱：
此时司钻：若钻杆内喷势较大，立即接顶驱，并关闭顶驱的液动旋塞阀；
钻工A：1.与钻工B迅速坐好卡瓦；2.协助司钻抢接顶驱；
钻工B：1.与钻工A迅速坐好卡瓦；2.协助司钻抢接顶驱；
钻工C：协助司钻抢接顶驱
4、关闭环形BOP后再关闭上闸板BOP：
此时司钻：1.关闭环形BOP，观察远控台压力是否先降后升，环形控制压力是否先降后升，观察流量是否与环形BOP所需流量一致；2.调节万能操作压力到500PSI,游车上提至钻杆接头到万能防喷器底部；3.关闭上闸板防喷器，观察远控台压力是否先降后升，上闸板控制压力是否先降后升，观察流量是否与上闸板BOP所需流量一致；4.通知钻工D：已关闭环形和上闸板BOP；
副司钻：准备纸、笔，放于司钻房阻流阀控制盘处；
钻工A：1.抢接顶驱或IBOP成功后，到司钻房，观察司钻操作BOP过程，以防误操作；2.接听电话；
钻工B：钻台待命，接收队长或司钻的其他指令；
钻工C：立即到高架槽处观察泥浆槽是否有返出，并随时汇报钻台；
钻工D：1.在远控台处等待接受操作BOP信号；2.迅速检查环形和上闸板对应的三位四通阀是否成功关闭，如未成功关闭，立即手动操作；3.及时向司钻汇报防喷器已关闭信号；
录井工程师：密切监控录井参数，如有异常，立即汇报监督;
5、关闭节流管汇上的液动节流阀：
此时司钻：1.在司钻房确认液动节流阀关闭，如未关闭，立即关闭；2.通知钻工B关闭节流阀上游平板阀；
钻工B：立即到钻台关闭节流阀上游平板阀
6、打开节流端水下事故安全阀：
此时司钻：操作司控台，打开节流端的水下事故安全阀；
此时泵工（井架工）：做好加重泥浆的准备；
钻工A：观察司钻操作水下事故安全阀的过程，防止误操作；
钻工D：1.在远控台处等待接受操作水下事故安全阀的信号；2.迅速检查节流端水下事故安全阀的三位四通阀是否成功打开，如未成功打开，立即手动操作；3.及时向司钻汇报水下事故安全阀已打开信号；
7、打开环形BOP：
此时司钻：释放闸板和万能之间的圈闭压力，操作司控台，打开环形防喷器；
钻工D：1.在远控台等待接受打开环形BOP信号，并确认三位四通阀打开，如未打开，手动操作；2.启动振动筛，做好压井前准备；
8、监测隔水管是否有返出：
此时钻工B：检查确认转喷器阀门状态。舷边观察防喷管线，告知司钻；
钻工C：检查计量罐液位是否稳定，并随时汇报钻台；
9、报告钻井监督和高级队长。
需要注意的是：1.若溢流时钻柱未安装不带孔浮阀等内防喷工具，则压力稳定后直接读取压力；若溢流时钻柱内安装了不带孔的浮阀等内防喷工具，则根据第37项“有浮阀关井后求压”程序求压；
2.关井求压后，需评估可否强行下钻到井底，如果可行，先强行下钻至井底后压井，如果不可行，则直接压井。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练系统，其特征在于，包括登录模块、桌面显示模块、角色选择模块、工况模式选择模块，其中：
登录模块：连接桌面显示模块，通过桌面显示模块登录深水关井多岗位协同演练系统；
模型构建模块：根据钻井参数和虚拟现实技术构建3D深水关井井控模型；
工况选择模块：连接桌面显示模块，通过桌面显示模块进行工况选择，并获得工况信息；
角色选择模块：连接桌面显示模块和工况选择模块，通过桌面显示模块选择所在工况下的角色，并获得角色信息；
桌面显示模块：提供深水关井井控多岗位协同演练的交互界面，进行演练过程展示。
2.根据权利要求1所述的一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练系统，其特征在于，还包括参数配置模块，用于设置钻井参数，包括：钻具结构、井深结构、地层参数及设备参数。
3.一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采集深水关井井控作业流程的钻井参数；
S2：根据采集到的钻井参数和虚拟现实技术构建3D深水关井井控模型；
S3：通过主控模块下发工况演练任务，分配岗位信息；
S4：接受演练任务列表和岗位信息，在重置设备状态后，生成演练分项的初始化场景及设备状态；
S5：通过桌面式虚拟显示软件及unity3D网络架构同步所有参与演练人员的显示终端三维图形状态信息，进行深水关井井控多岗位演练。
4.根据权利要求3所述的一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，所述S1还包括：
S11：根据虚拟现实技术构建三维模型，所述三维模型包括：演练场景模型、井控设备模型、人员模型、环境状况模型及事故发生发展过程模型；
S12：对三维模型进行优化，并最终生成3D深水关井井控模型。
5.根据权利要求3所述的一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，所述S3中演练任务包括：钻进工况下硬关井、起下钻杆工况下硬关井、起下钻铤工况下硬关井及空井工况下硬关井。
6.根据权利要求3所述的一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，所述S3中还包括：
S31：根据各岗位信息配置对应岗位操作参数。
7.根据权利要求3所述的一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，所述S3中岗位包括：司钻、副司钻、泵工、钻工、录井工程师、钻井监督、队长、高级队长及水下师。
8.根据权利要求3所述的一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，所述S5还包括：
S51：执行主控模块发送的指令；
S52：命令执行完毕，发送给主控模块所需的当前场景状态和完成的命令号；
S53：持续接收数据并执行操作，支持重复初始化及重复作业。
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|---|---|---|---|
| CN202111598735.5A CN114464032A (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种桌面式深水关井井控多岗位协同演练系统及方法 |
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