試油作業(yè)應(yīng)急仿真系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

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

關(guān)鍵詞：塔河油田;試油;試氣;仿真;演練系統(tǒng)

前言

試油作業(yè)是一門涉及酸壓、誘噴、排污、試井、生產(chǎn)測井等多學(xué)科綜合性工程，作業(yè)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(fēng)險。應(yīng)急預(yù)案是否科學(xué)合理是決定應(yīng)急反應(yīng)機動性與靈活性的重要因素，作業(yè)人員對應(yīng)急預(yù)案的熟悉程度也決定了事故事件的應(yīng)急響應(yīng)能力。

試油作業(yè)勞動強度大，人員更換頻繁，如何讓新上手的作業(yè)工短期內(nèi)清楚應(yīng)急預(yù)案的內(nèi)容，掌握試油作業(yè)應(yīng)急技能，是試油工程管理面臨的難題。開發(fā)試油作業(yè)應(yīng)急仿真系統(tǒng)旨在解決這一問題。

仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1、系統(tǒng)的預(yù)案設(shè)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(xiàn)獨立控制，在應(yīng)急預(yù)案的設(shè)計中就明確了6名試油作業(yè)工與兩名泵工等人的搶險工作職責(zé)，即在險情發(fā)生后每一名現(xiàn)場人員按照相應(yīng)的應(yīng)急程序搶險即可。2、系統(tǒng)的劇本設(shè)計

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

系統(tǒng)劇本中應(yīng)包含關(guān)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(yīng)該正確選擇扳手型號等工具后才能進行下步操作。各關(guān)鍵步驟的進行過程中應(yīng)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(yīng)急壓井流程的動畫等。每一項演練內(nèi)容的每一個角色設(shè)置有2-4個關(guān)卡。

3、系統(tǒng)的功能設(shè)計

系統(tǒng)所需要的模型是通過塔河油田目視化標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備、施工配套設(shè)備、人物、配合作業(yè)的設(shè)備。

全景演示功能：即自動播放功能：選擇某個預(yù)案以后，以鳥瞰方式展現(xiàn)井場的應(yīng)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(yù)案的某個角色以后，以該選擇對象為第一視角的應(yīng)急演練演示過程。

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

4、系統(tǒng)模塊設(shè)計

系統(tǒng)應(yīng)包含三大模塊：基本訓(xùn)練模塊、專家知識模塊、指導(dǎo)決策模塊。

基本訓(xùn)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(guān)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(xùn)練者應(yīng)當(dāng)掌握的知識內(nèi)容，包括應(yīng)急預(yù)案內(nèi)容、逃生應(yīng)急路線、判斷上風(fēng)風(fēng)向等。

指導(dǎo)決策模塊：包括糾錯提示、幫助提示等功能。例如某人應(yīng)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(nèi)容提示他往井口方向走。

5、系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)

通過對虛擬現(xiàn)實（VR）與Unity3d兩款引擎軟件的對比，發(fā)現(xiàn)Unity3d具有性能優(yōu)越、運行效率高等特點，采用了Unity3d來開發(fā)本系統(tǒng)。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(shè)備，設(shè)計了戈壁、沙丘、天空等虛擬環(huán)境。

系統(tǒng)中添加了原油泄漏、火焰等離子特效，在應(yīng)急搶險，人員搶救等環(huán)節(jié)做了標(biāo)準(zhǔn)的演示動畫。

仿真系統(tǒng)在塔河油田的應(yīng)用

試油作業(yè)應(yīng)急仿真系統(tǒng)測試通過后，組織專業(yè)人員編制了《試油作業(yè)應(yīng)急仿真系統(tǒng)操作說明》，在塔河油田得到了廣泛應(yīng)用。工區(qū)內(nèi)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(tǒng)比武應(yīng)用

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

2、仿真系統(tǒng)在取證培訓(xùn)考核中的應(yīng)用

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

增加仿真系統(tǒng)對作業(yè)人員進行培訓(xùn)的環(huán)節(jié)，一是針對性強，培訓(xùn)內(nèi)容針對試油作業(yè)現(xiàn)場，能還原相應(yīng)的工作場景;二是保障培訓(xùn)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(tǒng)可以在電腦上進行，讓參與培訓(xùn)人員在安全的環(huán)境下得到有效的培訓(xùn);三是節(jié)約了培訓(xùn)費用，一次性系統(tǒng)開發(fā)投入，可長期使用，節(jié)省相應(yīng)的培訓(xùn)基地費用與實操產(chǎn)生的費用。

試油作業(yè)應(yīng)急仿真系統(tǒng)在塔河油田已經(jīng)完成作業(yè)人員的井控、硫化氫取證培訓(xùn)420人次，參與培訓(xùn)的人員考核成績與以往有明顯提高。

結(jié)論

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

通過仿真系統(tǒng)在塔河油田的應(yīng)用，各崗位作業(yè)人員對崗位的應(yīng)急處置動作熟練度有明顯提升;

通過關(guān)卡設(shè)置環(huán)節(jié)，豐富了仿真系統(tǒng)的內(nèi)容，使得作業(yè)人員對應(yīng)急響應(yīng)知識掌握更為牢固;

通過比武和培訓(xùn)考核等方式，加深作業(yè)人員對應(yīng)急程序的理解，作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)急響應(yīng)時間大幅縮短;

仿真系統(tǒng)的投入是一次性投入，長期來看可大幅節(jié)省井控、硫化氫的培訓(xùn)成本。

參考文獻

[1]楊西銀等.三維仿真技術(shù)在電力安全應(yīng)急演練的運用[J].電力安全技術(shù)，2016，11（18）：4～5

[2]閆瑞杰等.情景模式背景下電力應(yīng)急演練仿真平臺研究[J].網(wǎng)絡(luò)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(yè)于西南石油大學(xué)，現(xiàn)從事測試試油技術(shù)工作。