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顺应“海洋强国战略”,培养熟悉现场操作的新型技术人才* ——记《钻井工艺模拟训练》课程建设与实践

时间:2016-05-03来源: 作者: 点击: 438次


张杰,王国华,毛良杰

(“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学石油与天然气工程学院)

[摘要] 《钻井工艺模拟训练》是西南石油大学海洋油气工程专业本科生的专业必修课,是这个专业主干课程 “海洋钻井工程”课堂理论学习的延伸。经过学校主管部门、教学院系和具体参与课程建设老师们的不懈努力探索和实践,该课程现已在硬件设施、教师队伍、教学内容、教学方法、教材建设和教学管理等方面取得了实质性的进展,成效显著,为培养具有较强动手能力的海洋油气工程专业本科生奠定了坚实的基础,为类似专业课程建设提供了宝贵的经验。

[关键词]钻井工艺;模拟训练;课程建设;教学方法;教学实践

 

课程建设背景:海洋油气工程专业本科生以油气藏地质基础、钻完井工程、采油工程和油气集输等为主要专业课程学习内容,要求学生通过全面的学习以掌握石油与天然气开发的基础理论和通用技术,培养专业基础知识牢固、全面掌握钻完井工程、采油工程和油气集输等工艺基础理论和技术并具有一定动手操作能力的优秀专业技术人才,以适应目前我国油气工业快速发展的需要。《钻井工艺模拟训练》是该专业的实践教学重要课程之一,直接影响专业建设目标和学生培养质量。

本课程融实用性、技术性、系统性于一体,尽量贴合钻井施工实际情况,让学时能够全面快捷了解钻井工艺相关内容,并通过模拟训练,达到快速掌握钻井工艺主要施工环节和操作技巧的目的。

因此,西南石油大学多方组织力量,指定专人负责该课程的具体建设工作。经过近几年的不懈努力,该课程已成功用于西南石油大学海洋油气工程2012级本科教学,课程建设取得明显的效果。

一、建设目标和任务

为了切实保证海洋油气工程专业人才培养目标的实现,经过反复讨论,最终确定的《钻井工艺模拟训练》课程建设总目标是:在《海洋钻井工程》课程理论学习的基础上,通过本课程对海洋钻井工艺各相关施工环节的模拟操作进行演示教学并通过模拟训练,让学生对海洋钻井实际工艺过程有直观的了解和认识,为进入实际海洋钻井行业承担相关工作打下基础,让学生获得最基本的实际操作能力。通过本课程的学习,要求海洋油气工程专业的学生初步掌握海洋钻井的各主要工艺过程的最基本操作,进一步理解《海洋钻井工程》课程中的相关理论知识,初步具备进行海洋钻井施工的简单操作能力,为今后从事海洋钻井及其相关专业的现场工作奠定基础。

二、模拟训练的主要内容

以二开井为例,一口井在钻井过程为:钻前准备à一开钻进à下表层套管à固井侯凝à二开钻进à完钻测井à下生产套管à固井侯凝à测声幅评价固井质量。

1.认识海洋油气井常用井身结构

海洋常用的五层套管井身结构:导管、表层套管、两层中间套管、油气层套管或尾管。见表1。

①隔水导管:建立井口、支撑井口和防喷器组。

②表层套管:封住表层的疏松地层,建立起井口控制系统。

③中间套管:主要封住复杂地层,保证井眼安全顺利钻达设计深度。

④油气层套管:进行试油或生产开采油层用。

1 标准井身结构

套管名称

隔水导管

表层套管

中间套管

油层套管

井眼尺寸(英寸)

36

26

171/2

121/4

81/2

6

套管尺寸(英寸)

30

20

133/8

95/8

7

41/2

2.演示教学和模拟训练内容

演示教学和模拟训练主要包括七个方面的内容:起下钻操作、钻进操作、关井作业、压井作业、事故处理操作、固井操作以及设备故障操作。

在实际教学过程中,可以根据情况选择七个训练内容之中的几个进行强化训练。为了便于学生学习记忆,可以针对每项训练先开展模拟演示,随后让学生进行模拟操作。应该根据现场实际钻井岗位所需的人数将学生分组进行模拟训练。

三、模拟训练设施建设

引进DS-11钻井模拟培训系统。该系统主要包括软件与硬件两大部分,其中硬件包括司钻操作台、顶驱操作台、地面防喷器控制台、远程控制台、节流管汇控制箱、节流管汇、立管管汇、压井管汇和水泥头九大部件,软件包括主控系统软件、参数系统软件和图形系统软件三部分。

DS-11型钻井模拟系统中的硬件设备所使用的元器件与油田现场所使用的元器件完全一致。该系统利用数字化音效功能,全面模拟现场作业活动中硬件设备所产生的各种音响效果,从而极大地增强了模拟的真实性,提高了学生操作上的沉浸感。该模拟系统配备有高分辨率彩色显示器和全三维图形系统软件,能以交互的方式,实时地向学生展示钻机提升系统和旋转系统的运行情况以及其它钻台作业的活动情况。该模拟系统还为学生提供了单独的触摸屏,以及对应的参数系统软件,能让学生实时观察到钻井操作过程中各个重要的钻井参数和钻井曲线。参数系统软件还为学生提供了报警设置、图形人物动作控制、设备操作控制、音效效果设置等辅助功能。

1.电脑设备

为了提高DS-11型钻井模拟系统的可靠性、稳定性以及较高的运行性能,该模拟系统中的参数计算机和主控计算机均采用高配置商务机,而图形计算机则采用高配置的图形工作站,以达到满足快速处理图形、实时流畅展现三维图形的要求。

DS-11型钻井模拟系统,采用了石油钻井过程中的各种经典数学物理模型。上述核心模型用于计算模拟井况下钻井设备运转的各种情况、压力数值、钻进参数以及事故参数等重要数据。当安装有主控系统程序的电脑运行后,上述核心数学物理模型就开始对各种数据进行求值,之后将这些数据以数值或图形的方式,直观地反馈给正在操作的学生或教师。

学生对硬件设备上各控制元件(如按钮、旋钮、操作杆等)的操作,都会被安装有参数系统软件的计算机通过串口实时地进行采集,经数值化整理后,通过TCP/IP协议,传递给主控系统软件。主控系统软件运行的核心数学模型则会以上述数据为输入数据,执行各种正确的计算,从而仿真出合理的数值结果。上述计算结果将会以数值曲线、硬件仪表、音效效果以及三维图形投射的方式展现给学生,为学生的互动操作产生生动逼真的反馈。

2.主控系统软件

教师通过主控程序,可以进行学生管理、井况管理、存档管理、系统运行、操作监测、硬件校正和硬件自检等功能。主控系统软件是整个DS-11型钻井模拟系统的核心,其功能是让教师能够对整个培训过程进行严格地控制、进行参数设置以及实时地监测操作。主控系统软件为学生提供的基本训练包括起下钻、钻进、关井、压井、事故处理、固井和设备故障等七个方面。

上述基本训练默认的只包括基本的教学案例,教师可通过设置不同的井况数据信息,自行创建任意的井况快照。而学生也可以自行根据在操作中发生的现象,进行分析与判断后,实施任意的操作处理方案。DS-11型钻井模拟操作系统为教师和学生,提供了极大的灵活性,不受任何设置次序上的限制,既允许教师自定义井况信息,也允许学生进行任意操作。

主控系统软件中提供的井况快照管理功能,能够让教师自行定义各种井况参数信息,从而为学生提供变化多样的培训练习,从而使得整套模拟系统能够更加贴近真实井场情况,并具有最大限度上的灵活性。当教师配置好井况管理中的各个参数后,载入该井况,学生以载入的井况为起点,完成所需培训。当井况需要改变时,教师只需设计新的井况参数即可。从教师与学生两个维度上,提高该模拟系统的灵活性,增强模拟的真实感,提高学生操作过程中的沉浸感。

另外,教师还可以在学生操作过程中,通过设置参数,将设备故障以及事故实时的引入到模拟训练中。这些事故随后将以数值的方式,通过仪表、参数显示给学生,学生通过对上述异常现象进行合理的分析与判断,从而发现并合理的处理各种事故。

主控系统软件中包含的自检校正功能,让教师能够对硬件设备上的各个控制器(如:仪表,阀门,旋钮,指示灯等设备)进行全方位的检查,以确定硬件设备是否正常工作。

四、教学实践

采用“教师讲授+学生训练+操作考核”三结合的教学模式。首先,对学生进行分组,采取小班教学的方式,严格控制每次参训学生人数,以取得更好的讲授和学习效果。授课教师对培训内容逐次演示、讲解,让学生充分理解、熟悉钻井工艺各个施工环节的操作内容、操作步骤及理论依据。然后,让学生分小组、轮岗进行实操训练,对发现的问题进行及时纠正,对学生不会的操作进行辅导,对学生不能理解的环节进行解释,让学生在“海洋钻井工程”课堂理论学习的基础上进一步认识和理解钻井施工的相关操作。最后,采取随机分组、随机定岗、随机选取操作内容的“三随机”方式进行考核,对模拟考核过程中的错误和不规范动作进行记录,并通告学生,使其最终知晓正确的操作。

在西南石油大学海洋油气工程专业2012级本科生开展了《钻井工艺模拟训练》教学实践,学生人数共73人,学生们充分认识到该课程作为专业实训课的重要性,学习态度普遍较好端正,认真听课,积极思考,并愿意参与到课堂教学活动中,课堂内外都能够主动与授课老师交流,对老师讲授的新知识基本能够完全掌握,对新理论、新方法也能够理解,整个教学过程取得圆满成功,为后续教学工作提供了宝贵的经验。

五、结束语

我国海洋油气(特别是深海油气)资源丰富,与陆上油气不同的是海洋油气开发面临诸多技术难题,需要一大批既有扎实理论基础又熟悉现场操作的技术管理人才。通过开展课程目标任务、课程内容、模拟训练设施的建设和教学实践,《钻井工艺模拟训练》课程已经取得了明显的教学效果,得到学校教学主管部门的一致好评,并深受学生喜欢,在今后的具体工作中仍需根据实际情况进行课程内容和教学设施优化,对教学方法进行改进。

参考文献

[1] 林英松. 《钻井工程》课程建设实践[J]. 石油教育,2008(1): 77-78

[2] 张杰. 顺应“海洋强国战略”,培养具有扎实理论基础的新型技术人才——记《海洋钻井工程》课程建设与实践[J]. 高教学刊,2015(11): 8-9,11。

[3]黄晓红,王春磊,牛月娇,等. 海洋技术专业遥感课程教改实践[J]. 河北联合大学学报(社会科学版),2012(5): 105-107

[4] 王小兵. 基于工作过程系统化的钻井专业课程体系构建. 成都航空职业技术学院学报,2009(3): 34-36

[5] 李忠慧,楼一珊,朱亮. 提高《钻井工程》课程教学质量浅议. 长江大学学报(自然科学版),2010(1): 336-337

[6] 冯福平,艾池,李士斌,等. 钻井工程课程设计教学方法的改进. 石油教育,2012(2): 91-92

[7] 雷宗明,李文华,肖建波,等. 钻井技术专业产学结合教改的研究与实践. 重庆石油高等专科学校学报,2000(2): 41-43

 



*第一作者简介:张杰,男,19766月出生于重庆开县,博士后,副教授。现就职于西南石油大学石油与天然气工程学院海洋油气研究所,主要从事钻井工程教学和钻井新技术相关研究工作。

资助项目:四川省教改项目《顺应“海洋强国战略”,加强海洋油气工程专业建设与实践》(X150213010092014-2016)

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