1、- 0 - XXX 油田 仿真 模 拟操作 系统设 计方案 北京 迪思 数软 技术 开发 有限 公司 2010-1-18 目 录 1 系统 总体 说明 1 2 设计 原则 1 3 系统 特点 1 3.1 实时性 1 3.2 仿真性 1 3.3 交互性 2 3.4 智能化 2 3.5 自主开放性 2 3.6 安全性 2 3.7 扩展性 2 4 总体 设计 方案 2 4.1 系统总体结构 3 4.2 系统网络结构. 4 5 系统 功能 设计 6 6 系统 详细 设计 . 10 6.1 站场实训系统设计 . 10 6.2 DCS 仿真操作系统设计 20 6.3 数字化理论培训系统设计 . 31 6.
2、4 工种分级考评系统设计 . 38 6.5 模型、实物、展板系统设计 . 41 6.6 互动投影系统设计 . 58 6.7 数据处理中心设计 . 59 7 主要 技术 支持人 员配备 . 61 8 项目 工作 量及预 算 . 61 9 项目 进度 计划 . 62 10 售 后服 务及培 训方案 63 XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 1 - 1 系统 总体 说明 XXX 油田仿真模拟操作系统是基于计算机、控制、仿真、采油、采气、井下作业、油气水 集输等领域的先进技术与理论成果， 根据当前油田生产工艺特点及生产管理需求， 采用仿真模 拟现实平台， 以三维
3、可视化的手段模拟生产线工艺过程， 并可在操作面板进行实际的操作训练 及考试评分， 提高了生产线上员工的培训效率， 为油田员工培训基地提供了独特而开放的平台， 降低了培训的成本，达到很好的应用效果。 2 设计 原则 系统设计的指导思想是建立一个层次化、 模块化、 面向对象的分布式实时仿真模拟操作系 统。在系统的体系结构设计中，遵循以下的设计原则： （1）注意功能上的层次化，数据采集、数据服务和内部任务调度管理、外围联系等； （2）模块化，将整个系统按照一定的规则，分解成子系统和部件（组件） ； （3）充分性和完备性，例如接口功能的完备性，数据服务种类的充分性、完备性等； （4）策略和实现分离，采
4、用相关的设计模式，达到策略和实现分离的目的； （5）接口和实现分离； （6）选 用商用 现成（commercial off-the-shelf,即 COST） 平台来 进行系统 开发， 保证 系统性能，缩短开发周期。 此外，油田员工培训基地模拟操作系统的软件体系结构设计还考虑到了软件非功能特性： （1）可变性/可维护性； （2）互操作性； 为了提高互操作性， 系统将被设计成对外能够提供良好外部可见、 可访问的功能和数据结 构的部件。 3 系统 特点 3.1 实时 性 基于RTX 的VMIC 实时反 射内存卡构建系统网络， 具有实时性强的特点； 基 于“ Windows + RTX” 构建过程控
5、制软件，系统时钟最小分辨率可达1us。 3.2 仿真 性 通过硬件实体模拟、 软件效果仿真的手段， 为石油天然气行业人员的学习、 培训和考核提 供可重复模拟、操作以及故障演习的平台。培训对象可通过使用计算机，采用多种交互手段， 如语言、 手势、 数据手套及触觉等， 与虚拟环境交流信息， 并得到实时反馈。 系统能为受训者 设定各种复杂的情况， 以提高受训者的应变能力， 从而使得他们在实际环境下能得心应手地处XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 2 - 理各种情况。 3.3 交互 性 通过多媒体智能仿真界面进行人机友好交互，便于用户输入启发信息、监控仿真过程，
6、 接受仿真输出信息，进行分析和理解；辅助用户采集数据、建立模型、整理结果。 3.4 智能 化 系统具有知识推理、 判断、 学习训练及联想识别的能力， 人工智能的应用及人机智能结 合， 使仿真输入信息预处理、 仿真模型生成、 仿真算法的灵活性、 有效性等方面体现出较高智 能水平。 系统自身具有分析仿真实验结果并对仿真的过程做出推断， 提出修补措施或自动适当 地改变仿真模型的结构或参数。 实现按学员岗位、 职务、 用户组、 培 训、 组织机构等自动分配 课程，做到有的放矢，目标明确。通过对考核结果的在线评估和分析，生成详尽的总结报告， 供领导层决策参考。 3.5 自主 开放性 学员置身于 培训项
7、目对 象之中的逼 真环境,能 在任何时间 、任何 地点 ，并具有完 全的自由 度地通过该系统进行有关操作来学习或训练某种技能。 对于培训后没有掌握的操作过程或技术片断， 学员可以自己多次重复。 这样， 受训的学员 始终处于教育培训的主导地位， 真正掌握学习训练的主动权， 大大增强了学习和训练效果， 减 少了培训时间。 3.6 安全 性 在石油工业中， 每一个生产或操作环节都可能存在安全隐患， 一旦发生事故后果不堪设想。 学员可以在一个逼真的环境中熟悉并操作各种复杂设备， 即使操作失误， 也不会真正发生危险； 同时，学员可以随意进入各个环节进行深入理解，往往会学到许多在现实中无法接触的东西； 对
8、于安全应急处理演习、石油天然气行业操作技能学习等特别重要和有意义。 3.7 扩展 性 基于B/S 系统架构设计，拥有适用范围大的广义仿真模型，解题效率高的智能仿真算法， 编程方便的综合仿真语言， 多库协同的仿真软件支持环境， 文、 图、 声并茂的人机界面。 客 户端除 IE 浏览器外， 无需安装其他任何程序。采用多层次体系结构和模块化技术，使系统具 有良好的可扩展性。 4 总体 设计 方案 实时网络是 油田员 工培 训基地仿真 模拟操 作系 统的重要组 成部分 。操 作员站/工 程师站、 过程控制计算机等设备通过实时网络联系在一起，实现数据和控制指令的实时传输。 XXX 油 田仿真 模拟 操作
9、系统 设计方 案 18955687998 - 3 - 4.1 系统 总体结 构 油田员工培训基地模拟操作系统是一个典型的“分布式控制系统” （Distributed Control System） 。系统 以“实 时网络”为 基础， 各子 系统（节点 ）及其 他相 关设备都挂 接在“ 实时 网 络”上， 实现协同工作、 数据共享， 共同完成各种控制和管理功能。 系统从逻辑结构上可划分 为三个层次，即管理层、功能层、设备层。系统总体结构图如图1 所示。 （1 ）操作站为操作人员提供各种监控工业生产过程的手段，用于完 成生产过程工艺流程 显示、 动态仿真模拟操作、 实时数据表格显示、 实时趋势和历
10、史趋势曲线显示、 报警及事件信 息显示、系统运行状态显示以及报表打印等功能。 （2 ）工程师站完成系统的组态、仿真和维护工作。工程师站上运行 一套功能齐全的组态 或仿真软件， 可进行过程数据的创建和管理、 图形组态、 历史数据和趋势组态、 控制策略组态 等，数据通过通讯网络下装。 （3）控制器基于“Microsoft Windows Embedded Standard + RTX” 操作系统，其上运行 着扫描、报警和控制程序（Scan, Alarm and Control ProgramSAC）和网络通讯程序。 （4）分布式 I/O 模块。油田员工培训基地模拟操作系统采用了更安全可靠的远程智能
11、测 控前端，各种 I/O 信号(AI、AO、DI、DO 等)的输入输出、信号的转换处理都是通过现场 I/O 站实现的。 XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 4 - 图1 系统总体框图 4.2 系统网络 结构 油田员工培训基地模拟操作系统由现场总线层、实时网络层和系统管理层三层网络组成。 4.2.1 现场总 线层 网络 现场总线层网络实现分布式 I/O 模块（Distributed I/O）和过程控制计算机之间的数据 通讯。 系统采用现场总线技术， 即I/O 模块之间、I/O 模块与过程控制计算机之间通过现场总 线网络进行连接。 现场总线层网络具有抗干扰能
12、力强、 通讯距离远、 通讯速率高、 联网能力强 等优点。 4.2.2 基于RTX 下反 射内 存实 时网络 层 （1）实时网络技术 目前国内外较常用的实时网络主要包括反射内存技术和广播内存技术等。基于存储器共 享的实时网络产品主要有两种:GE 公司的反射内存(Reflective Memory)实时网络、SBS 公司的 广播内存(Broadcast Memory)。在本系统中，选择美国GE 公司的VMIC 反射内存实时网络。 反射内存卡的数据传输速率大，没有以太网那样要多层协议。其次，反射内存卡使用简 单，不需要开发额外通讯软件，利于提高系统的可靠性，也节省了软件的开发费用。 （2）Windo
13、ws + RTX XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 5 - RTX（Real Time eXtention）是IntervalZero 公司推出的实时扩展系统。它具有独立的 内核结构。 可作为Windows 系统内核体系的延拓， 修改并扩展了Windows 操作系统的硬件抽象 层（Hardware Abstraction Layer , HAL） ，实现独立的内核驱动模式，形成与 Windows 操作 系统并列的实时子系统。 同时，RTX 对多种外部通信接口同样提供了实时性的扩展，比较典型的是扩展了基于 TCP/IP 协议族的以太网通信能力。RTX T
14、CP/IP 协议栈可与专用的 NIC（网络接口卡）进行通 信。RTSS 进程与网络的通信是独立于 Windows XP、Windows 2000 和 Windows NT4.0 的网络系 统。也就是说，上述版本的Windows 操作系统安装与是否安装网络系统并无关系。 （3）基于RTX 下反射内存实时局域网的解决方案构成 系统采用VMIC 公司的反射内存（Reflective Memory）实时网络作为系统的骨干网络，相 当于为系统建立了一条高等级的“信息高速公路”。 系统中的管 理计算 机、 控制计算机 都挂接 到基于 “VMIC 反射内 存卡 的实时局域 网” 上， 具有实时性强、可靠性高
15、、使用简单的特点。 4.2.3 系统软 件组 成 油田员工培训基地模拟操作系统的软件体系分为工程师站组态、仿 真 软件、 操作员站实时 监控软件、 过程控制计算机 （过程控制站） 实时控制软件以及数据管理软件四大部分。 各部分 软件分别运行在不同的软、 硬件平台上， 彼此相互配合、 相互协调， 共同完成整个系统的各种 功能。 4.2.4 系统管 理层 系统管理层网络是油田员工基地仿真模拟操作系统的最高一级网络， 采用 “千兆以太网” ， 实现操作员站、 工程师站、 过程控制计算机以及数据服务器之间的数据通讯， 以便用户进行数 据拷贝，文件传输。 XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案
16、18955687998 - 6 - 5 系统 功能 设计 从油田对各工种的职业培训需求出发,本着职业技能培训与鉴定相结合、 实训装备的硬件 与技能 训练 仿真软件相结合的思想, 对油 田仿真 模 拟操 作系 统设 计进行 了 深入 的研 究, 并实现 了工艺模型设计、 控制算法设计、 数据组织结构设计、 多媒体设计、 界面软件设计、 网络通信 设计等几个方面内容。油田仿真模拟操作系统具有以下功能，如下图2： 仿真模拟操作系统 油 田 站 场 实 训 动 态 仿 真 模 型 教 学 实 物 模 拟 教 学 展 板 DCS 仿 真 操 作 理 论 知 识 培 训 在 线 管 理 工 种 分 级 考
17、 评 互 动 投 影图2 系统功能模块图 油田站场实训功能模块， 主要是对各设备的工作机理及构成进行剖析， 模拟现场， 多媒体 交互， 提高了实训设备的模块化、 智能化、 机电一体化、 多媒体化及模拟现场可操作化， 提高 了学员的动手能力， 主要由多功能模拟装置单元、 数据采集系统、PLC 控制器及多种参数控制 模拟实训软件等四大部分组成。 DCS 仿真系 统功能模 块 ，以数据 库为基础,采 用面向对 象的程序 设计 方法，运 用可视化构 件技术实现DCS 仿真系统的通用化。 该系统采用客户-服务器的工作模式,按功能分为组态模 块、实时驱 动模块 和网 络通信模块 。操作 人员 通过流程图
18、画面监 视系 统状态变化,交互 操作 完 成过程控制。 数字化理论培训系统功能模块，由课程学习、同步训练（作业）、在线考试、信息查询、 沟通交流等功能模块组成。 教程和题库能够互相关联， 学员在学习课程的同时， 可以同步训练 和同步测试。 学员以在线自学为主， 集中利用大量教程和题库资源， 可以有效的利用空闲时间 通过网络学习教材， 做课后作业和单元测试等， 教育管理者只需要整理和组织资源， 分析学员 的薄弱环节，有针对性地引导学习方向即可。 XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 7 - 工种分级考评系统功能模块， 实现采油、 采气、 井下作业、 自动化、
19、 安全工程等专业培训 考核， 实现多个岗位培训基于一个统一框架之下， 涵盖管理人员、 工程技术人员和工人三个层 面的培训与考核管理。 本系统主要实现对培训人员操作连锁条件的判定和动作评估、 动作状态 的监控， 对培训人员的操作能及时有效记录。 实现模拟现场真实的生产环境和条件， 实现仿真 模拟操作培训系统与相关数据库链接，达到真实培训效果和操作管理目的。 动态仿真模型系统功能模块， 是以动态形式逼真地将“ 石 油天然气生产系统” 的各类工具、 设备、工艺 原理均 制作 成动画,使 文字、 声音 、图形、图 像、动 画和 视频等多种 媒体集 成在 一 起,使静止抽象的石油天然气生产工艺原理和生产
20、工作过程变成了形象的动画， 展示注采过程、 油气水处理系统、 井下管柱、 装备、 管道与阀门等相关设备的内部构造、 工作原理以及相关工 艺流程的动态演示等。 表示形式采用仿真模型或三维虚拟现实、Flash 格式， 使看不见、 摸 不 着、抽象的井下作业和井上生产工艺一目了然。 教学实物模拟、 展板系 统功能模块， 是以应用 模型、 各工具的剖切件 、 实物、 展板等，满 足学员来观察、 触摸、 看模型的结构和仿真演示， 听讲解、 配合相应的展板进行理解、 动手装 配设备及井下工具等。 仿真模拟操作系统由模拟教室、 仿真教室、 主 控室这三大部分。 其中 ， 模拟教室是学员和 老师所进行教学和实
21、践等活动的地方。仿真教室则是安放仿真器械、模型或实训设备的地方。 主控室是对整个系统进行协调和监控， 获取所有学员和教师的操作， 对这些操作进行安全监控。 如果是在实训时， 主控室还肩负着连接到仿真教室的责任， 将师生的操作传递给仿真器械、模 型或实训设备。 XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 8 - 油田仿真模拟操作系统功能模块见下表： 序号 模块 功能 备注 一 站 场实训 系统 1 、安 全操作 演练 2 、采 油工种 分级实 训 3 、采 气工种 分级实 训 4 、油 气水集 输工种 分级实训 5 、测试 工种 分级实 训 6 、井 下作业 工种
22、分 级实训 二 DCS 仿 真操作 系统 1 、油 气地面 集输工 艺流程 DCS 仿真 2 、油 田注水 系统工 艺流程 DCS 仿真 3 、天 然气地 面集输 工艺流程 DCS 仿真 序号 模块 功能 备注 三 数 字化理 论培训 系统 1 、采 油工种 分级理 论培训 2 、采 气工种 分级理 论培训 3 、井 下作业 工种分 级理论培 训 4 、其 它工种 分级理 论培训 四 工 种分级 考评系 统 1 、采 油工种 分级理 论、仿真 操作、 实训考 试 2 、采 气工种 分级理 论、仿真 操作、 实训考 试 3 、井 下作业 分级理 论、仿真 操作、 实训考 试 4 、其 它工种 分
23、级理论 、仿真 操作、 实训考 试 序号 模块 功能 备注 五 动 态仿真 模型系 统 1 、常 规采油 举升工 艺动态演 示 2 、分 层注水 、投捞 和测试调 配演示 3 、油 、气、 水系统 处理动画 演示 4 、井 下管柱 动画演 示 六 教 学实物 模拟系 统 1 、注 水泵透 明实物 教学 2 、减 速箱透 明实物 教学 3 、常 用提升 泵透明 实物教学 4 、各 种阀门 透明实 物教学 5 、井 口防喷 器透明 实物教学 6 、采 油井下 工具实 物剖切及 组配教 学 7 、常 用修井 工具实 物剖切及 组配教 学 XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 1895568
24、7998 - 9 - 序号 模块 功能 备注 七 培 训教学 展板系 统 1 、青 海油田 分布及 开发井网 展板 2 、各 种工具 结构和 工作原理 示教板 3 、青 海油田 开发历 程展板 4 、典 型油藏 地质、 开发动态 分析及 相关单 体展板 5 、油 藏水驱 开发基 础知识展 板 6 、油 田常见 开发井 型及井网 知识展 板 7 、典 型的油 井功图 诊断分析 及说明 展板 8 、高 压注水 泵立体 结构图及 安全风 险点识 别、说 明展板 9 、抽 油机立 体结构 图及安全 风险点 标识、 说明展 板 10、油田 生产安 全基础 知识培 训教学 展板 八 互 动投影 系统 1
25、、多 媒体教 学 2 、电 子沙盘 3 、电 子展板 4 、考 评监控 5 、互 动漫游 序号 模块 功能 备注 九 在 线管理 系统 1 、系 统管理 2 、学 习管理 3 、教 师管理 4 、学 员管理 XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 10 - 6 系统 详细 设计 6.1 站场 实训系 统设 计 按照国家 职业标准要求和油田股份公司操作人员技能培训大纲要求，立足于青海油田 采 油、 采气、 注水、 井下 作业、 油气水集输等专业操作人员应知理论和应会操作， 总结油田单位 多年来在操作人员技能培训和技能鉴定的经验， 筛选典型生产单元， 采用软件仿
26、真与现场相同 的真实设备相结合的模式， 对各设备的工作机理及设备构成进行剖析， 模拟现场， 用于石油工 程专业仿真教学与生产实训、油田企业新进人员室内仿真培训与操作工技能等级考核等。 站场实训系统彻底改变了以往二维平面和文字的培训方式， 结合油田实际工况， 将油田生 产中典型的 单元操 作， 运用实物、 半实物 或全 数字化动态 模型， 以逼 真的表现形 式,通过 实时 三维互动方式实现模拟油层、 流体、 井筒、 井 下工具、 油气开采设备、集 输 、 作业工艺等， 最 大限度地、 准确地、 形 象地、 逼真地展现在用 户面前， 使学员能够三 维可视化地、 直观地、 动 态地仿真千变万化的工况
27、。学 员 实训时， 可以设定工况、 各种事故和极限运行状态， 不同的操 作步骤、 操作力度、 操 作时机及控制策略都可能产生不同的响应， 能再现真实的油气生产环境， 使用户产生身临其境感觉，实现实时与该环境直接进行交互式操作训练。 站场实训系统又可划分若干个知识、 技能点， 学员能够实际动手实践设备的模拟拆装以及 设备操作、 油气开采作业和一些故障的处理。 系统也可三维动态仿真油田机械设备、 常用井下 工具的结构、 工作原理 、 虚拟装配以及采油、 采气、 注水、 油气集输 、 井下作业等工艺准确 生 动的再现在 学员面 前, 使学员能够 更加直 观地 学习和掌握 ，实现 油气 开采全过程 的
28、动态 模拟 ， 对所涉及的 培训设 备及 工艺进行全 三维动 态仿 真，且透明 化动态 展示 ，可设置参 数,可 仿真 模 拟参数变化后的操作，达到不同级操作工虚拟培训要求。 站场实训设备的模块化、智能化、机电一体化、多媒体化及三维动态模拟现场可操作化、 可视化， 提高了受训人员的操作熟练程度以及应对故障的处理能力。 该系统以三维可视化的手 段， 模拟油层、 流体、 井筒、 井口参数变化、 生产井工况、 生产线工 艺过程变化进行动态仿真 分析, 学员通过自己的三维交互式操作， 完成较复杂的站场实训， 并对设备、井 口 、 管线出现 的生产故障进行处理，掌 握 油气开采作业的全过程， 对各个工艺
29、流程变量进行分析， 利用现有 三维可视化数字模型对井下生产动态进行分析、 为工程工艺的评价和改进提供可视化依据， 以 便在此基础上进行参数优化， 实现了油气开采全过程的动态模拟， 并对油田生产的运作进行合 理的决策与最优控制，也为油田各级操作工进行实训提供三维实时互动。 XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 11 - 6.1.1 系统构 成 站场实训系统主要由多功能模拟装置单元 （现场设备） 、 数据采集系统、 可编程控制器及 多种参数控制模拟实训软件等四大部分组成 (1)系统软件 站场实训系统适用于石油天然气行业信息网络环境和单机环境的用浏览器/服务器（
30、B/S） 体系结构。系统基本结构如下图所示： 站场实训系统 采 油 工 种 分 级 实 训 子 系 统 采 气 工 种 分 级 实 训 子 系 统 测 试 工 种 分 级 实 训 子 系 统 井 下 工 种 分 级 实 训 子 系 统 集 输 工 种 分 级 实 训 子 系 统 安 全 操 作 演 练 子 系 统(2)系统硬件 采油注水系统：250型采油井口装置 （一套/抽油机井、 电潜泵井口、 螺杆泵井口、 试采 井，参观井4套）；350型采油井口装置（模拟井喷作业、模拟井下作业）一套；350型注水井 口装置一套；中央过滤器ZYLQ-50-1、Y型过滤器DN100 PN16；燃烧器、管壳式换
31、热器；630KW 加热炉； 三相分离器、 油气分离器、 单井计量分离器； 热水泵、 注水泵、 喂水泵、 提升泵、 油 气混输泵、离心输油泵；加药装置；钢制储油罐；电动阀、电动V型调节球阀；电子水表、电 磁流量计、 不锈钢双转子流量计、 智能旋进流量计； 浮球液位控制器、 单法兰液位变送器、磁 翻柱液位计； 真空压力表、 普通压力表； 智能压力变送器； 可燃气体变送器； 智能一体化温度 变送器；双金属温度计等。 采气系统： 可燃气体变送器； 孔板流量计； 磁翻柱液位计； 双金属温度计； 智能压力变 送器；膜合压力表；节流气嘴DN65 PN250；燃烧器；400KW加热炉；生分离器、单井计量分离
32、器；螺杆式空气压缩机ESCB75-12；350型采气井口装置等。 井下作业系统：350 型采油井口装置； 井口 保护器； 节流器； 油管 架、 套管架； 循环池；XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 12 - 撬装泵；沉砂池；XJ-3550修井机；消防设备；远程控制台；修井平台；液压钳；立管等。 6.1.2 系统主 要功 能 该系统由六 个子系 统组成:安全操 作演练 子系 统、采油工 种分级 实训 子系统、采 气工种分 级实训子系统、 油气水集输工种分级实训子系统、 测试工种分级实训子系统、 井下作业工种分 级实训子系统、 （1）安全操作演练子系统 安全
33、操作演练子系统将油田主要工种的安全知识和各类事故典型案例、工艺流程、井站、 作业现场、 变电所等的各种设备的安全操作规程进行虚拟仿真， 该系统的定位不同于传统的生 产安全操作培训， 主要为油田常见的、 易发生操作事故的生产操作过程提供计算机虚拟仿真的、 可交互操作的演练平台， 使受训员工身临其境地进入虚拟世界中去， 任意操作各种设备， 感受 正确操作时环境的反应，以及错误操作导致的后果，使得培训更加生动、逼真、易于接受。 安全操作演练子系统分为安全常识、 安全管理、 岗位工作流程、 应急预案、 场景教学、 知 识考核等六大功能模块。 主要包括： 员工的安全技能培训、 安全隐患识别、 主要工种重
34、大事故 再现、消防知识、紧急逃生、紧急避险救护技能培训、典型事故案例培训等。 安全操作演练子系统涵盖了油田生产的大部分作业工种， 把培训和实战结合起来， 增强安 全生产系数， 岗位员工 可进行采油、 采气、 集 输、 井下作业、 锅炉、 消防等油田生产主要安全 点的预案模拟演练，可 以 通过声、 光、 电等手段， 预演或展示带病运行的设备特征及由于误操 作所引发的各类事故现象， 进一步提高安全风险识别能力、 设备故障排查能力和应急事故处理 能力。采用冒烟、冒水、漏气、电弧、着火等表现手段，形象再现事故现场，提升实战能力。 在室外实训广场设置消防现场演练场地。 场地边缘设计石油火灾的特点、 火灾
35、的分类、 各种灭 火剂使用的火灾范围， 以及天然气火灾、 液化石油气火灾、 电气火灾、 油库大型储油罐火灾的 灭火技术等图版。 钻井安全操作包括钻机的起升系统、 旋转系统、 循环系统、 动力设备、 传动系统、 控制系 统以及正常钻进、接单根、下钻、起钻等工作过程； 采油工安全操作包括对自喷井、 机采井、 注水井、 计量间的操作过程； 抽油机安全操作包 括抽油机的启动、 抽油机的停机、 调冲程、 调 冲次、 调平衡、 调整刹 车、 调整驴头对中、 换 皮 带、调整四点一线、测定剪刀差、抽油机的一级保养、更换尾轴螺栓、加盘根、调整防冲距、 碰泵等过程； 采气工安全操作包括开、 关气井、 启停加热炉
36、、 加注各种药剂、 更换阀门密封填料；天 然 气脱水装置、天然气脱硫装置的操作过程、 （排水）采气设备操作与维护等； XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 13 - 注水安全操作包括注水站柱塞泵和排污螺杆泵的各种操作； 配置站安全操作包括启动分散 熟化系统、启动清水泵、停止清水泵、启动外输单螺杆泵、停止外输单螺杆泵等操作； 中转站安全操作包括值班巡回检查、加热炉点火、燃气工艺流程、离心泵的起停操作等； 联合站安全操作包括原油电脱水器操作、离心泵操作、计量加药泵操作、游离水脱除器操作、 污油回收操作、沉淀罐操作、管柱泵操作等； 工业锅炉安全操作包括锅炉运行前
37、的准备、 启动、 运行与调节、 停炉 、 维护与保养等内容。 电力变电安全操作包括常用电力设备工作原理、 变电所值班巡视检查、 电力变电各种操作 票 （如电力电容器组投停运操作、 变压器投停运操作、 电压互感器投停运操作、 注水电机投停 运操作）等操作过程； 井下作业安全操作包括各种施工工序操作 （如抽油机井、 电泵井、 注入井、 螺杆泵井、 普 通大修井以及其它井下施工工序等）和井下工具检验、组装、试压、井控操作等； 事故示意图 XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 14 - （2）油气开采技术专业工种分级实训系统 油田现场油气开采基层队操作执行层设置的
38、主要岗位可归纳为采油、 采气、 集输、 测试和 作业等5个主要职业岗位群。油气开采技术专业工种分级实训系统主要包括：采油工种分级实 训子系统、 采气工种分级实训子系统、 油气水集输工种分级实训子系统、 测试工种分级实训子 系统、井下作业工种分级实训子系统。实训课程体系构建如下图所示： XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 15 - 油气开采技术专业主要岗位实训任务如下表： 序 号 岗位 工作任务 典型工作 任务 1 采油工 计量间查 单井参 数 ； 到井 口 查流程、 井 口设备； 检 查抽 油 机运行情 况； 倒油 水井流 程( 洗井、压 井) ；启、
39、停抽 油 设备 ； 录取 泵压 、 日注 水量 ； 洗 井和注 水； 取油、 套 压； 测电流； 取样； 量油测 气； 填写班报 表；运 转部位 润滑 、 紧固； 控制系 统的调 整； 更 换闸门 ； 更换 密封圈 ； 更 换 皮 带； 更换毛 辫子 ； 驴头 对中 等； 产量分 析； 是否结 蜡； 油 井出油是 否正常； 流程是 否 畅通； 设备 连接部 位是否 有 松 动；简单 故障 判断 、处理 ；电泵井 调油嘴 ；螺杆 泵井 调 转速；抽 油机调 冲程、 冲数 等。 1.巡井检查 2.采油设备维护 与保养 3.油水井生产参 数调控 4.油水井生产故 障判断 与处 理 5.地质图件识读
40、与绘制 6.测井曲线解释 及应用 7.单井动态分析 8.井组动态分析 9.区块动态分析 10.增产增注效果分 析 11.聚合物驱油技术 应用 12.热力采油技术应 用 13.微生物驱油技术 应用 14.CO驱油技术应 用 2 采气工 开、 关 气井 ； 启停 加热炉 ； 加注各种 药剂 ； 更换 阀门密 封 填料； 录取气 井设备 操作参 数； 计 算气量 、 加 药量 ； 填 写 气井日报 表； 绘制 采气曲 线 图； 识读井 身结构 图和工 艺 流 程图；计 算机录 入生产 数据 等。 1.天然气脱水 2.天然气脱硫 3.采气设备操作 与维护 4.气井动态分析 3 集输工 启、停离 心泵；
41、 检查机 、泵 运转情况 ；检查 液位、 罐压 ； 检查、 调控炉 火； 调控外 输 流量； 倒热洗 流程 ； 倒掺 水 流 程； 倒紧急 外输流 程； 抽污 油； 抄外输 流量 、 外输 气； 集 输生产数 据的录 取 ； 倒罐； 检查配电 盘三相 电源、 自 控 仪 表；使用 灭火器 等。 1.电动机拆装与 保养 2.集输泵操作与 维护 3.集输罐液位调 控 4.加热炉安全操 作与维 护 5.油气水的分离 与外输 6.井站自动控制 仪表操 作 7.集输工艺流程 图识读 与绘 制 8.集输设各图识 读与绘 制 4 测试工 检查测试 仪器、 仪 表及设 备 ； 安装井口 测试装 置； 倒流 程
42、； 下测试仪 器；分 层水量 测试 ；测流、 静压； 测量动 液面 、 静液面 ； 测示 功图 ； 分层 产 量测试 ； 资料 检查验 收； 测 试 仪器的保 养； 油井机 械清蜡 ； 涡轮 找水 ； 测同 位素 ； 水 井 验封等。 1.分层注水量测 试及水 嘴调 配 2.动、静液面及 示功图 测试 3.分层产量测试 4.油井找水 5.测试设备、仪 器、仪 表校 对和保 养 6.测试资料整理 5 作业工 穿提升大 绳、 保养天 车； 卡 活绳； 卡死绳 及拉力 计； 倒 流 程； 拆、 装井口 装置 ； 测 量 计算油补 距 、 套补 距； 校正 井 架； 吊 装液压 油管钳 ； 安 全 检
43、查， 吊卸驴 头； 开通井 机 调 防冲距 ； 起下 油管 、 抽油 泵 ； 换泵 ； 冲 砂； 刮蜡 ； 测卡 点； 倒扣 ； 杆类 打捞 ； 管类 打捞 ； 安 全检查 ； 计 算油管； 丈 量 油管； 画管柱 结构示 意图 ； 调配管柱 ； 安 装、 使用井 口 封 井器；掌 握 HSE 标准等。 1.井下工具检修 2.检泵 3.解卡与打捞 4.封隔器找窜 5.封隔器堵水 XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 16 - 该系统划分为 5 部分, 即正确操作演示模块、仿真操作演练模块、实训操作模块、漫游和 其他辅助功能模块。 正确操作演示模块。 该模块
44、主要功能是向用户提供正确操作流程的虚拟 演示,供用户学习使用。 通过这个模块,用户会对操作流程有一个全面、 正确、 形象的认识。 仿真操作演练模块。 该模块为用户提供了交互操作的功能。 用户可以通过鼠标、 键盘按照正确 的工作流程 对场景 中的 相应部件进 行仿真 模拟 操作。在这 个环节 里, 用户可以任 意地、 反复 地 进行操作。 实训操作 模块。 该模块主要功能 是向用户提供采油、 采 气、 注水、 井下作业、 油 气水集输、 安全类现场动手操作训练。 漫游模块。 用户在事先定制的漫游路线中可以按照个 人意愿 选择 其中一条,漫游引擎可以让虚拟场景中的角色在选定的漫游路线上自动进行漫游
45、, 为用户展示 沿线的 虚拟 物体及虚拟 设备。 另外,用户也可 以按照 自己 的想法定制 漫游路 径； 用 户可以随心 所欲地 控制 角色在虚拟 场景中 漫游,从而看到 场景中 任何 一个角落。 用户可 以通 过 漫游平台上 的对应 按钮 操纵角色前 进、后 退、 左转、右转,也可 以抬 高视角、降 低视角 ，这些 功能通过键 盘按键 也可 以实现。 其他辅 助功 能。在演示 的过程 中, 系统设有开 始、暂 停、 继 续等辅助播 放按钮 ；另外,该模块 包括背 景音 乐控制、返 回首页 、退 出系统和帮 助 4 大功能, 帮助功能主 要向用 户提 供各个摄像 机的切 换按 键信息,帮 助用
46、户 在操 作演练环节 顺利地 将摄 像 机切换到操作设备的不同部位,具有较强的人性化设计。 6.1.3 实训监控 在实训现场和模拟实验室安置摄像头， 对学员的学习和考试进行全程录像， 监视现场场景。 在模拟操作中可以使用软件的录制功能， 记录学员的操作， 实现实训现场监控和模拟训练监控。 （1）实训 现场监 控： 控制安置在 仿真教 室中 的摄像头， 并通过 培训 仿真平台， 将拍摄 到的 影 像实时地发送到学员的显示器上。配合 3D 模 拟场景的对比，让师生更加直接地观察到仿真教 室中器械的工作流程。 （2）模拟 训练监 控： 控制安置在 模拟教 室中 的摄像头和 软件的 录制 功能，记录
47、员工的 操作 流 程，让教师和管理员方便观察学员的操作流程。 XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 17 - 实训监控示意图 6.1.4 实训场 景 XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 18 - XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 19 - XXX 油 田仿真 模拟 操作系统 设计方 案 18955687998 - 20 - 6.2 DCS 仿 真操作 系统设计 DCS 的构成方式十分灵活， 可由专用的管理计算机站、 操作员站、 工程师站、 记录站、 现 场控制站和数据采集站等
48、组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。 处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、 数据采集站等就地实现数据采集和控制， 并 通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。 生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操 作管理，如 各种优 化计 算、统计报 表、故 障诊 断和显示报 警等。 随着 计算机技术 的发展 ，DCS 可以按照需要与更高性能的计算机 设备通过网 络连接，实现更高级的集中管理功能。 采用与液体、 气体多种介质， 配合微电脑编程、 仿DCS 自动化控制的多元立体仿真演示模 型相结合， 实现DCS 控 制系统的全过程仿真模拟操作、 教学、 培训、 直观演示， 员工、 学生 在 学习过程中身临其境，收到很好的培训效果。 6.2.1 系统构 成 根据分散控 制系统 的特 点,以数据 库为基 础,结 合青海油田 的实际 情况,采用面向 对象的程 序设计方法， 运用可视化构件技术实现 DCS 仿真操作。 系统构成有两种模式： 一种是系统采用 客户-服务器的工作模式,按功能分为组态模块、 实时驱动模块和网络通信模
