油田压裂机组虚拟仿真操作培训系统的设计与实现.pdf

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1、《仪器仪表与分析监测》2016年第3期油田压裂机组虚拟培训系统的设计与DesignandImplementationOilfieldFracturingJob仿真操作实现ofVirtualOperatingSystemfor张金霞(四机赛瓦石油钻采设备有限公司，湖北荆州434024)【摘要】介绍了油田压裂机组虚拟仿真操作系统的设计与实现，讨论了油田压裂机组施工虚拟场景的建立、压裂机组与施工作业过程中的设备与作业数据模拟、压裂控制装置硬件操作与虚拟场景的交互方法等技术，实现了实时三维虚拟交互操作、标准作业流程指导、实时智能评判考核等功能。实践应用表明．该系统能够大幅减少

2、压裂机组操作人员传统培训过程中产生的设备费用、材料费用、人员费用、场地费用消耗，同时大幅提高培训质量，减少事故发生，延长设备寿命。[关键词】油田压裂机组；虚拟操作；培训系统；实时交互[中图分类号】TM934．31【文献标识码】A引言随着国内油田页岩气项目的大力发展．大型压裂机组在油田压裂作业中被广泛应用，与之配套的大型压裂控制装置也有着突飞猛进的发展。现在已能够实现同时集中控制30台主体装备、50台压裂设备进行协同工作。能否熟练掌握和灵活应用压裂控制装置。直接决定了压裂作业的安全与效果。然而，由于安全、场地、材料、设备、环境等诸多条件的限制．压裂控制装置操作人员的岗位

3、培训既不能在运行着的设备上反复实际操作．更不允许人为地设置故障让学员观察处理，使得受训人员难以充分掌握压裂控制装置的正常操作和应急处理方法。迫切需要利用虚拟现实技术结合工业控制技术。建立一个与实际压裂控制装置运行状况高度相似的油田压裂机组虚拟仿真培训系统．脱离压裂现场开展对压裂作业操作人员的培训。4结束语SDLA一718型煤质工业分析仪整体性能相对稳定，但因该仪器长期工作在高功率、大电流、高温环境下，工况相对较为恶劣，且在我单位使一18一用频次较高．所以仪器在使用过程中出现了上述故障。应加强岗位工作人员技能培训，规范操作仪器的技能，加强仪器设备的日常维护力度，及时排除

4、故障并总结故障处理方法经验。保证仪器长周期稳定运行。油田压裂机组虚拟仿真操作培训系统的设计与实现张金霞1系统的总体设计油田压裂机组虚拟仿真操作培训系统(以下简称虚拟仿真培训系统)用于对油田压裂机组作业施工中的操作人员进行三维虚拟操作培训。提高操作人员的操作技能。虚拟仿真培训系统通过大型环幕视景系统真实再现压裂施工现场，模拟真实的作业周边环境、真实的压裂泵车、混砂车、井口管汇、仪表车等作业车辆，建立照片级别的三维施工现场。在环幕视景系统前提供实物形式的操作控制台。让受训者在一个虚拟现实环境中以身临现场的感受，进行真实的本地和远程操作。环幕视景系统能够提供各种声音、图像、

5、机械运动、烟雾流体特效等作业流程表现，对操作人员的各项操作和施工现场的各种变化实时做出响应。虚拟仿真培训系统还能够建立操作培训数据库及培训档案。对操作培训和操作考核进行规范化管理。虚拟仿真培训系统主要由仪表车集中系统、混砂车系统、泵车系统、数据采集系统、三维仿真交互系统等5部分组成。系统的总体结构如图1所示。图1压裂机组虚拟仿真操作系统的总体结构图2系统的工作原理在虚拟仿真培训系统中。学员利用鼠标或触摸屏对虚拟设备进行模拟现场操作．利用真实操作控制台上的操作按钮和控制屏对虚拟设备进行模拟远程操作。虚拟仿真培训系统根据学员的操作和施工工艺实时模拟出对应的状态和作业数据，

6、并且通过通讯网络实时传送给虚拟三维交互平台。虚拟三维交互平台根据这些状态和作业数据对虚拟设备模型进行互动渲染更新和调度管理，使虚拟设备在大屏幕投影上生成相应的现象和变化。通过这种方式，即使远离井场。学员也可以通过虚拟仿真培训系统进行多人协同对模拟的压裂作业现场工况和设计进行操作和控制，实现在不损耗任何原材料的情况下反复地演练。虚拟仿真培训系统设置有完备的故障包，包括安全、规范操作、工艺流程等方面，能够对学员有针对性地进行故障应急处理培训，如压力突变、排量突变、设备状态突变等情况。图2为虚拟仿真培训系统的工作流程图。(开蝓)●网络连接●l初始化设置I●I开始培调I·l泵

7、车人机界面撮作·I混砂车人机界面操作泵车模拟控制系统运行混砂车模拟控制系统运行l泵车人机界面操作卜．I混砂车人机界面操作卜一数据采集操作卜．压裂机蛆仿真交互熏统运行lI三堆西面显示卜一—叫故障投放卜一／＼，I<≤：秽数据库记录l结束堵溯●(结束)图2压裂机组虚拟仿真操作系统的工作流程图一19—《仪器仪表与分析监测》2016年第3期虚拟仿真培训系统建立有一套受训人员能力评估系统，根据操作步骤的关键等级、误操作引发的错误等级、压裂工艺的复杂等级给出操作评价系统，检验学员整套虚拟培训的培训效果。3系统的功能设计与实现3．1三维虚拟场景的设计与建立系统依照大