試油作業應急仿真系統的設計與應用

摘 要：完井試油作業是臨門一腳的高風險作業，由于塔河油田油井深度大、高溫高壓井的試油風險較大，給油田安全試油工作帶來了嚴峻的挑戰。但是，近年來試油作業面臨人員更換頻繁、試油隊伍水平參差不齊。傳統的培訓已經難以滿足快速提高作業人員應急處置水平的要求。試油作業應急仿真系統包含了井控、硫化氫、防火防爆三個方面的應急模擬程序，實現了應急培訓方式的變革與培訓效率的提升。

關鍵詞：塔河油田;試油;試氣;仿真;演練系統

前言

試油作業是一門涉及酸壓、誘噴、排污、試井、生產測井等多學科綜合性工程，作業過程面臨井噴失控、硫化氫中毒、原油或植被著火等諸多安全風險。應急預案是否科學合理是決定應急反應機動性與靈活性的重要因素，作業人員對應急預案的熟悉程度也決定了事故事件的應急響應能力。

試油作業勞動強度大，人員更換頻繁，如何讓新上手的作業工短期內清楚應急預案的內容，掌握試油作業應急技能，是試油工程管理面臨的難題。開發試油作業應急仿真系統旨在解決這一問題。

仿真系統設計與實現

1、系統的預案設計

確定演練的類別：主要包含井控、硫化氫、防火防爆三大類5小類。其中井控演練中包括采油氣樹一號主閥滲漏及大四通栽絲法蘭滲漏兩種情況，防火防爆演練包括放噴口著火與計量罐著火兩種情況。

為了更好的實現獨立控制，在應急預案的設計中就明確了6名試油作業工與兩名泵工等人的搶險工作職責，即在險情發生后每一名現場人員按照相應的應急程序搶險即可。2、系統的劇本設計

系統的各演練項目應該包含相應的演練劇本，劇本中應按照時間順序編寫各角色的任務，在某一時間段內參與演練的所有人員的動作均包含在內。

系統劇本中應包含關卡部分，例如將背空呼的步驟隨機列表于演練界面，要求演練人員正確排序后才能進行下步操作，再例如針對不同的井口裝置部位，應該正確選擇扳手型號等工具后才能進行下步操作。各關鍵步驟的進行過程中應該有動畫特寫：例如背空呼動畫、緊固螺栓動畫、滅火器動畫、連接泵車與應急壓井流程的動畫等。每一項演練內容的每一個角色設置有2-4個關卡。

3、系統的功能設計

系統所需要的模型是通過塔河油田目視化標準井實際測繪后所繪制。主要包括完井試油井場及周邊、井口及地面流程設備、施工配套設備、人物、配合作業的設備。

全景演示功能：即自動播放功能：選擇某個預案以后，以鳥瞰方式展現井場的應急演練過程。所有人物自動完成演練動作。

角色演示功能：即角色視角自動播放功能：選擇某個預案的某個角色以后，以該選擇對象為第一視角的應急演練演示過程。

角色測試功能：為本系統的主要使用功能：選擇某預案的某個角色以后，以該選擇對象為第一視角的應急演練，由操作人員完成該演示過程。

4、系統模塊設計

系統應包含三大模塊：基本訓練模塊、專家知識模塊、指導決策模塊。

基本訓練模塊：通過演練操作信息記錄（包含空呼等工具使用信息、某步驟耗時信息、誤操作信息等）、演練過程中各關卡完成情況記錄等來判定演練是否合格，給出演練效果評估。

專家知識模塊：包括訓練者應當掌握的知識內容，包括應急預案內容、逃生應急路線、判斷上風風向等。

指導決策模塊：包括糾錯提示、幫助提示等功能。例如某人應拿扳手走向井口緊固螺栓，而他走向計量罐，通過專家知識模塊的內容提示他往井口方向走。

5、系統的程序實現

通過對虛擬現實（VR）與Unity3d兩款引擎軟件的對比，發現Unity3d具有性能優越、運行效率高等特點，采用了Unity3d來開發本系統。軟件的場景采取三維立體效果，三維模型的建立采用SketchUp繪制，還原了采油樹、地面管匯、分離器、計量罐、營房、裝油平臺、打油泵等試油設備，設計了戈壁、沙丘、天空等虛擬環境。

系統中添加了原油泄漏、火焰等離子特效，在應急搶險，人員搶救等環節做了標準的演示動畫。

仿真系統在塔河油田的應用

試油作業應急仿真系統測試通過后，組織專業人員編制了《試油作業應急仿真系統操作說明》，在塔河油田得到了廣泛應用。工區內有5家試油承包商18個試油班組，要求各施工隊伍組織新老員工掌握并針對性地進行考核。

仿真系統比武應用

組織仿真系統比武5次，參加人員150人次。參賽者需要根據自己的崗位選擇相應的角色進行演練測試。一方面是提高參賽人員對應急仿真系統的熟練度，另一方面是用這種新穎的方式促進作業人員對應急知識的學習。從下圖可以看出，每輪次比武過程中，參賽人員對仿真系統的掌握越成熟，耗時越少。

2、仿真系統在取證培訓考核中的應用

以井控取證培訓為例，通常，井控取證培訓主要對參與培訓的人員講井控原理，井控設備的原理與使用，壓井的方式方法等內容。試油作業人員的取證培訓和井下作業人員一起培訓，缺少針對性，作業人員的應急演練內容僅限于書面，操作性差、理解難度大。

增加仿真系統對作業人員進行培訓的環節，一是針對性強，培訓內容針對試油作業現場，能還原相應的工作場景;二是保障培訓過程的安全性，按照要求沒有取得三證的人員無法進入井場，而仿真系統可以在電腦上進行，讓參與培訓人員在安全的環境下得到有效的培訓;三是節約了培訓費用，一次性系統開發投入，可長期使用，節省相應的培訓基地費用與實操產生的費用。

試油作業應急仿真系統在塔河油田已經完成作業人員的井控、硫化氫取證培訓420人次，參與培訓的人員考核成績與以往有明顯提高。

結論

仿真系統的設計與實現滿足設計的目的，填補了試油井控硫化氫三維立體測試系統的空白;

通過仿真系統在塔河油田的應用，各崗位作業人員對崗位的應急處置動作熟練度有明顯提升;

通過關卡設置環節，豐富了仿真系統的內容，使得作業人員對應急響應知識掌握更為牢固;

通過比武和培訓考核等方式，加深作業人員對應急程序的理解，作業現場應急響應時間大幅縮短;

仿真系統的投入是一次性投入，長期來看可大幅節省井控、硫化氫的培訓成本。

參考文獻

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[2]閆瑞杰等.情景模式背景下電力應急演練仿真平臺研究[J].網絡與信息工程，2016，23：95～96

作者簡介：

唐勇，男，1987年出生，2009年7月畢業于西南石油大學，現從事測試試油技術工作。