ZJGKSY01-石油鉆機(jī)仿真模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
鉆井工程是利用機(jī)械設(shè)備將地層鉆成具有一定深度的圓柱形孔眼的工程，是石油開采的前期必備條件。這一過程主要用到的設(shè)備有鉆機(jī)、井控設(shè)備、固控設(shè)備、鉆桿、鉆鋌和鉆頭等。由于鉆井設(shè)備價格昂貴，且施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣，并具有很大的危險性，因而，除了生產(chǎn)專業(yè)人員，其他人員禁止接近和進(jìn)入石油鉆井生產(chǎn)現(xiàn)場。
為了真實(shí)地顯現(xiàn)石油鉆井生產(chǎn)現(xiàn)場，對學(xué)生進(jìn)行相關(guān)知識與技能的訓(xùn)練，公司開發(fā)了鉆井工程仿真（虛擬）教學(xué)模擬實(shí)訓(xùn)裝置。本模塊硬件條件主要由計算機(jī)仿真控制系統(tǒng)、3D鉆井作業(yè)場景動畫系統(tǒng)、按一定比例縮放的系列仿真教學(xué)設(shè)備、多媒體投影顯示系統(tǒng)、現(xiàn)場作業(yè)模擬音效系統(tǒng)等系統(tǒng)組成，可以完整地再現(xiàn)石油鉆井整個工藝操作流程，展現(xiàn)工作現(xiàn)場場景和工作氣氛，提高學(xué)生對鉆井作業(yè)現(xiàn)場的感性認(rèn)識。
一、DQ70/4500DB鉆機(jī)系統(tǒng)裝置概述
DQ70/4500DB鉆機(jī)是為滿足油田7000米油、氣井勘探開發(fā)而研制的一種交流變頻電驅(qū)動鉆機(jī)；是用于石油天然氣鉆井的專業(yè)機(jī)械，是由多臺設(shè)備組成的一套聯(lián)合機(jī)組。主要包括動力系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、井控系統(tǒng)、輔助設(shè)備系統(tǒng)等。以鉆井工職業(yè)崗位需求為出發(fā)點(diǎn)，以職業(yè)能力培養(yǎng)為核心，以鉆井技術(shù)生產(chǎn)過程為導(dǎo)向，參照鉆井工職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)，以鉆井井場設(shè)備為載體，以真實(shí)情境為依托，按照學(xué)員的認(rèn)知實(shí)習(xí)規(guī)律安排學(xué)習(xí)內(nèi)容。
通過學(xué)習(xí)、觀摩、應(yīng)用鉆機(jī)鉆井仿真模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)；目的是讓學(xué)生熟悉鉆機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成、工藝裝置及工作原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)應(yīng)用和基本操作，初步熟悉井場系統(tǒng)工藝特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際及解決實(shí)際問題的意識和能力，并為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及今后工作打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)對鉆機(jī)鉆井系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)功能的形象化教學(xué)；使學(xué)生不出校門就能感受鉆井井場工作環(huán)境、工作過程、鉆井工藝深入了解，達(dá)到現(xiàn)場實(shí)習(xí)的目的。
1、使學(xué)員了解石油鉆機(jī)工作原理；
2、使學(xué)員了解鉆井布局、工藝基本知識；
3、使學(xué)員了解井架（塔形、A形、K形、桅桿）類型及結(jié)構(gòu)；
4、使學(xué)員了解絞車、游動系統(tǒng)等起升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
5、使學(xué)員了解轉(zhuǎn)盤、頂驅(qū)或水龍頭等旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
6、使學(xué)員了解鉆井泵、高壓管匯、鉆井液處理等循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
7、使學(xué)員了解柴油機(jī)、電動機(jī)等動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
8、使學(xué)員了解機(jī)械、電動、液壓等傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
9、使學(xué)員了解電、氣、液控制管及控制閥門、司鉆控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
10、使學(xué)員了解鉆臺底座、機(jī)房底座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
11、使學(xué)員了解油、水、氣及板房等鋪助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
12、使學(xué)員了解防噴器組、控制臺、控制管路等井控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；
13、使學(xué)員了解鉆臺工具和井口機(jī)械自動化設(shè)備系統(tǒng)等設(shè)備結(jié)構(gòu)功能；
14、使學(xué)員掌握鉆機(jī)鉆井過程中設(shè)備的工藝流程操作與維護(hù)的基本知識；
15、使學(xué)員能夠利用所學(xué)理論和操作技能完成井場基本崗位操作與工作任務(wù)；
16、使學(xué)員具備處理鉆機(jī)系統(tǒng)常見問題的能力，為今后從事鉆機(jī)作業(yè)的工作打下基礎(chǔ)，具備井場作業(yè)工職業(yè)能力。
二、規(guī)格型號及配置：
1、型號規(guī)格：10000×7000×3000mm；
2、設(shè)備電源：
220V.50HZ,電流≤5A，燈泡負(fù)載電壓6-12V；具有接地保護(hù)、漏電保護(hù)功能，安全性符合相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護(hù)套的高強(qiáng)度安全型實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。
3、主要材質(zhì)：
進(jìn)口聚氨脂、玻璃鋼、鋼材、演示系統(tǒng)、語音系統(tǒng)；框架承臺采用角鋼焊接支撐；設(shè)備有機(jī)玻璃制作、內(nèi)部結(jié)構(gòu)透明可見，便于觀察了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。管線采用有機(jī)玻璃管線連接；工藝中燈光采用LED實(shí)現(xiàn)。本裝置采用電氣動態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)、演示。設(shè)備之間連接管道用直徑Φ10-20mm有機(jī)玻璃管加工制作，內(nèi)加不同顏色LED流水燈演示生產(chǎn)過程；
4、中控中心：
（1）控制柜配置：
靜電噴塑工藝/機(jī)械鎖；I/O控制平臺；系統(tǒng)構(gòu)成: 開放式的控制平臺、人性化的中文操作界面、交互式的控制結(jié)構(gòu)；輸入端口:8路獨(dú)立可編程RS-232控制接口、8路數(shù)字I/0輸入；輸出端口: 20路獨(dú)立 發(fā)射口、20路數(shù)字I/0輸出口；電力輸入:110V-240V；電力輸出: 20路控制接口。
（2）電氣部分：
主要有電源模塊、按鈕模塊、可編程控制器（PLC）模塊、變頻器模塊、接線端子排等組成。所有的電氣元件均連接到接線端子排上，通過接線端子排連接到安全插孔，由安全接插孔連接到各個模塊。結(jié)構(gòu)為拼裝式，各個模塊均為通用模塊，可以互換，能完成不同的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。
（3）計算機(jī)：
1）英特爾®奔騰處理器G3240（3M緩存，3.1GHz）。2）主板：Inb H81或以上芯片。3）內(nèi)存4G DDRIII 1600MHz或以上。4）≥500GB SATA3 6Gb/s（7200轉(zhuǎn)）硬盤，帶有硬盤故障保護(hù)技術(shù)，提供故障前保修，硬盤數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)，硬盤防震設(shè)計；5）原廠隔電防水鍵盤+光電鼠標(biāo)。6）AMD Radeon HD 84702G128bit或同檔次其他型號三頭DVI+VGA+HDMI（可以支持最多3個輸出）顯卡。7）20寸LED寬屏液晶顯示器。
（4）投影儀：
1）標(biāo)準(zhǔn)亮度≥3300流明（ISO標(biāo)準(zhǔn)）；2）對比度≥10000：1；3）標(biāo)準(zhǔn)分辨率1024×768，最大分辨率：1920×1200，兼容16：10，16：9；4）幕布類型：電動幕；對角線：250英寸；幕布比例：4:3；幕布基材：軟幕；安裝方式：壁掛式。
（5）音箱：
1)頻率響應(yīng)：68Hz - 20kHz(±3dB)；2)額定功率：150W；3)峰值功率：300W；4)額定阻抗：8Ω；5)靈敏度：93dB/w/m；6)最大聲壓級：121dB；7)組件：6″+1.4″Horn；8)輻射角度：60°H×40°V。
5、系統(tǒng)操作：
系統(tǒng)操作實(shí)現(xiàn)以教學(xué)功能為基礎(chǔ)，通過鉆井工藝操作流程為引導(dǎo)，結(jié)合實(shí)時操作，關(guān)鍵步驟規(guī)范要求問答選擇，工具、設(shè)備對應(yīng)選擇操作來完成系統(tǒng)任務(wù)操作實(shí)訓(xùn)；采用專業(yè)開發(fā)的“易控”軟件設(shè)置界面系統(tǒng)；完成鉆井工藝生產(chǎn)仿真運(yùn)行等實(shí)訓(xùn)。實(shí)現(xiàn)計算機(jī)操作與模擬設(shè)備操作一體、控制生產(chǎn)工藝；通過軟件控制操作完成，控制系統(tǒng)模擬生產(chǎn)操作，可分段顯示生產(chǎn)過程物料走向動態(tài)情況。設(shè)備軟硬結(jié)合且可虛實(shí)聯(lián)動，屬于智能化教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝備。
（1）控制設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)、燈光演示功能；計算機(jī)生動豐富的多種界面表現(xiàn)形式；
（2）具有語音講解系統(tǒng)，同步描述鉆井工藝裝置的原理運(yùn)行及設(shè)備功能；生產(chǎn)裝置的圖文、信息系統(tǒng)內(nèi)容的解說；
（3）鉆機(jī)井系統(tǒng)模擬裝置工藝運(yùn)行過程演示；井場系統(tǒng)模塊化工藝運(yùn)行過程演示；鉆井系統(tǒng)模擬裝置系統(tǒng)介紹；鉆井系統(tǒng)主體設(shè)備介紹。
三、設(shè)備技術(shù)參數(shù)：
鉆機(jī)井系統(tǒng)模擬實(shí)訓(xùn)裝置根據(jù)鉆機(jī)設(shè)備生產(chǎn)設(shè)施設(shè)置、管路等配置工藝特點(diǎn)而完整系統(tǒng)制作的微型“鉆機(jī)井場布局“。裝置選用先進(jìn)建筑材料和技術(shù)媒體，機(jī)械，電子與現(xiàn)代化手段相匹配；采用電動燈光、立體、透視、標(biāo)識、色彩等現(xiàn)代化技術(shù)，使這一“微型井場”逼真、美觀且頗有動感，適應(yīng)石油工程、鉆井工程有關(guān)的實(shí)驗(yàn)認(rèn)知教學(xué)，是現(xiàn)代專業(yè)的直觀教學(xué)設(shè)備之一。
1、井場控制系統(tǒng)由計算機(jī)站設(shè)備、操作面板及相關(guān)軟件構(gòu)成，軟件包括主控軟件和圖形軟件。主控軟件可以顯示鉆井的各項(xiàng)參數(shù)，如井深、懸重、絞車轉(zhuǎn)速、鉆壓、壓力、泵沖等參數(shù)；圖形軟件交互顯示各種鉆井作業(yè)，并動作同步。
2、設(shè)備以鋼材、工程硬塑材料為主，根據(jù)真實(shí)設(shè)備圖紙與實(shí)物資料，按其結(jié)構(gòu)等比例制作。各主要零部件采用組裝形式，滿足在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中學(xué)生可自己手動拆裝各設(shè)備，使學(xué)生更清楚的了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)原理。
主要以電動動力，燈光、儀表、數(shù)控裝置等，通過智能化模塊控制，來模擬實(shí)現(xiàn)鉆井機(jī)械各系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)、工作流程，工作原理，操作方法�？勺寣W(xué)生完成對設(shè)備工作系統(tǒng)進(jìn)行的數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)認(rèn)知，設(shè)備操作與使用的模擬實(shí)訓(xùn)；全面地介紹了交流變頻鉆機(jī)的主機(jī)系統(tǒng)和配套系統(tǒng)，鉆機(jī)的基本工作原理和主要技術(shù)參數(shù)，鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)、組成和工作性能特點(diǎn)等內(nèi)容，重點(diǎn)闡述了鉆臺區(qū)域設(shè)備系統(tǒng)，頂驅(qū)及其控制系統(tǒng)，鉆井泵及其鉆井液固控系統(tǒng)，井控系統(tǒng)，動力區(qū)域系統(tǒng)，電控系統(tǒng)六大鉆進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)備機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，工作原理，操作方法。通過學(xué)習(xí)和實(shí)踐，可以了解交流變頻電驅(qū)動鉆機(jī)及配套設(shè)備的基本知識并掌握初步的鉆機(jī)使用技能。
3、鉆機(jī)井場景、安裝三維動畫演示：
采用Sparkle Interactive Designer 軟件設(shè)計開發(fā)，以Windows Vista操作系統(tǒng)中WinFX編程模型為基礎(chǔ)，開發(fā)出混合3D內(nèi)容、動畫、ASP、HTML和多媒體內(nèi)容、多格式文本、矢量圖；Sparkle 全方位的3D、動畫、加速顯示引擎，將矢量圖形、位圖、3D內(nèi)容、視頻、音頻和富文本合成，自由地混合在2D和其他元素之間，不同元素之間進(jìn)行功能強(qiáng)大的可視化交互、操作演練交互。
（1）具有多種漫游功能：滿足鳥瞰、自動漫游、對系統(tǒng)三維場景進(jìn)行多角度漫游的同時，對整個系統(tǒng)實(shí)景演示進(jìn)行生動展示;
（2）工作區(qū)域內(nèi)主要設(shè)備的三維結(jié)構(gòu)、功能解說、工質(zhì)演示生動演示；系統(tǒng)將產(chǎn)品三維模型置入場景，通過受眾自主操控的互動方式，360度展示產(chǎn)品外觀；點(diǎn)擊設(shè)備能夠查看設(shè)備各種屬性和特點(diǎn)；
（3）模擬操作系統(tǒng)的主要控制回路可在仿真軟件系統(tǒng)條件下進(jìn)行實(shí)際控制；模擬操作系統(tǒng)中，除主要流程外的部分，包括設(shè)備結(jié)構(gòu)，工藝原理等內(nèi)容采取計算機(jī)多媒體查詢與投影系統(tǒng)等手段進(jìn)行詳細(xì)的補(bǔ)充展示，教學(xué)內(nèi)容相互對應(yīng)。
4、實(shí)訓(xùn)裝置展臺參數(shù)：
結(jié)構(gòu)主體承重部分臺座建筑結(jié)構(gòu)采用型鋼制作，保證的牢固耐用，用奧松板制作龍骨，底座高不低于100 mm，邊框不小于10 mm寬，采用國標(biāo)2 mm以上不銹鋼包邊。
四、安裝、培訓(xùn)：
鉆機(jī)仿真模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)突破了單一井場設(shè)備教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)系統(tǒng)裝置等全過程仿真模擬；動態(tài)演示，形象逼真，仿真性強(qiáng)，使人有身臨其境的感覺。具有很高的觀賞性，直觀性,實(shí)用性。使學(xué)生不出校門就掌握了井場實(shí)習(xí)所需掌握的大部分內(nèi)容，使學(xué)生在寶貴的工廠實(shí)習(xí)時間里，去真正實(shí)習(xí)生產(chǎn)、實(shí)習(xí)操作和控制，完成一個高起點(diǎn)、高效率的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。
實(shí)訓(xùn)裝置在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用，不僅使學(xué)員對各設(shè)備的布局模塊、系統(tǒng)與實(shí)際應(yīng)用、裝置的部件組成、實(shí)訓(xùn)裝置的運(yùn)行演示、實(shí)訓(xùn)裝置的運(yùn)行功能等進(jìn)行初步了解，還可通過演示操作來加深學(xué)員對鉆井系統(tǒng)的認(rèn)識。突出強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)在學(xué)生基本技能和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用，建成特色鮮明，滿足培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境。充分保證學(xué)員高質(zhì)量“真刀真槍”的實(shí)際職能崗位動手技能訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)與工程實(shí)踐的“零距離”接觸，訓(xùn)練學(xué)員從事石油類項(xiàng)目的設(shè)計、制造、安裝、運(yùn)行、維護(hù)及檢修的基本技能；達(dá)到“教、學(xué)、訓(xùn)”一體化功能。
