试油作业应急仿真系统的设计与应用

摘 要：完井试油作业是临门一脚的高风险作业，由于塔河油田油井深度大、高温高压井的试油风险较大，给油田安全试油工作带来了严峻的挑战。但是，近年来试油作业面临人员更换频繁、试油队伍水平参差不齐。传统的培训已经难以满足快速提高作业人员应急处置水平的要求。试油作业应急仿真系统包含了井控、硫化氢、防火防爆三个方面的应急模拟程序，实现了应急培训方式的变革与培训效率的提升。

关键词：塔河油田;试油;试气;仿真;演练系统

前言

试油作业是一门涉及酸压、诱喷、排污、试井、生产测井等多学科综合性工程，作业过程面临井喷失控、硫化氢中毒、原油或植被着火等诸多安全风险。应急预案是否科学合理是决定应急反应机动性与灵活性的重要因素，作业人员对应急预案的熟悉程度也决定了事故事件的应急响应能力。

试油作业劳动强度大，人员更换频繁，如何讓新上手的作业工短期内清楚应急预案的内容，掌握试油作业应急技能，是试油工程管理面临的难题。开发试油作业应急仿真系统旨在解决这一问题。

仿真系统设计与实现

1、系统的预案设计

确定演练的类别：主要包含井控、硫化氢、防火防爆三大类5小类。其中井控演练中包括采油气树一号主阀渗漏及大四通栽丝法兰渗漏两种情况，防火防爆演练包括放喷口着火与计量罐着火两种情况。

为了更好的实现独立控制，在应急预案的设计中就明确了6名试油作业工与两名泵工等人的抢险工作职责，即在险情发生后每一名现场人员按照相应的应急程序抢险即可。2、系统的剧本设计

系统的各演练项目应该包含相应的演练剧本，剧本中应按照时间顺序编写各角色的任务，在某一时间段内参与演练的所有人员的动作均包含在内。

系统剧本中应包含关卡部分，例如将背空呼的步骤随机列表于演练界面，要求演练人员正确排序后才能进行下步操作，再例如针对不同的井口装置部位，应该正确选择扳手型号等工具后才能进行下步操作。各关键步骤的进行过程中应该有动画特写：例如背空呼动画、紧固螺栓动画、灭火器动画、连接泵车与应急压井流程的动画等。每一项演练内容的每一个角色设置有2-4个关卡。

3、系统的功能设计

系统所需要的模型是通过塔河油田目视化标准井实际测绘后所绘制。主要包括完井试油井场及周边、井口及地面流程设备、施工配套设备、人物、配合作业的设备。

全景演示功能：即自动播放功能：选择某个预案以后，以鸟瞰方式展现井场的应急演练过程。所有人物自动完成演练动作。

角色演示功能：即角色视角自动播放功能：选择某个预案的某个角色以后，以该选择对象为第一视角的应急演练演示过程。

角色测试功能：为本系统的主要使用功能：选择某预案的某个角色以后，以该选择对象为第一视角的应急演练，由操作人员完成该演示过程。

4、系统模块设计

系统应包含三大模块：基本训练模块、专家知识模块、指导决策模块。

基本训练模块：通过演练操作信息记录（包含空呼等工具使用信息、某步骤耗时信息、误操作信息等）、演练过程中各关卡完成情况记录等来判定演练是否合格，给出演练效果评估。

专家知识模块：包括训练者应当掌握的知识内容，包括应急预案内容、逃生应急路线、判断上风风向等。

指导决策模块：包括纠错提示、帮助提示等功能。例如某人应拿扳手走向井口紧固螺栓，而他走向计量罐，通过专家知识模块的内容提示他往井口方向走。

5、系统的程序实现

通过对虚拟现实（VR）与Unity3d两款引擎软件的对比，发现Unity3d具有性能优越、运行效率高等特点，采用了Unity3d来开发本系统。软件的场景采取三维立体效果，三维模型的建立采用SketchUp绘制，还原了采油树、地面管汇、分离器、计量罐、营房、装油平台、打油泵等试油设备，设计了戈壁、沙丘、天空等虚拟环境。

系统中添加了原油泄漏、火焰等离子特效，在应急抢险，人员抢救等环节做了标准的演示动画。

仿真系统在塔河油田的应用

试油作业应急仿真系统测试通过后，组织专业人员编制了《试油作业应急仿真系统操作说明》，在塔河油田得到了广泛应用。工区内有5家试油承包商18个试油班组，要求各施工队伍组织新老员工掌握并针对性地进行考核。

仿真系统比武应用

组织仿真系统比武5次，参加人员150人次。参赛者需要根据自己的岗位选择相应的角色进行演练测试。一方面是提高参赛人员对应急仿真系统的熟练度，另一方面是用这种新颖的方式促进作业人员对应急知识的学习。从下图可以看出，每轮次比武过程中，参赛人员对仿真系统的掌握越成熟，耗时越少。

2、仿真系统在取证培训考核中的应用

以井控取证培训为例，通常，井控取证培训主要对参与培训的人员讲井控原理，井控设备的原理与使用，压井的方式方法等内容。试油作业人员的取证培训和井下作业人员一起培训，缺少针对性，作业人员的应急演练内容仅限于书面，操作性差、理解难度大。

增加仿真系统对作业人员进行培训的环节，一是针对性强，培训内容针对试油作业现场，能还原相应的工作场景;二是保障培训过程的安全性，按照要求没有取得三证的人员无法进入井场，而仿真系统可以在电脑上进行，让参与培训人员在安全的环境下得到有效的培训;三是节约了培训费用，一次性系统开发投入，可长期使用，节省相应的培训基地费用与实操产生的费用。

试油作业应急仿真系统在塔河油田已经完成作业人员的井控、硫化氢取证培训420人次，参与培训的人员考核成绩与以往有明显提高。

结论

仿真系统的设计与实现满足设计的目的，填补了试油井控硫化氢三维立体测试系统的空白;

通过仿真系统在塔河油田的应用，各岗位作业人员对岗位的应急处置动作熟练度有明显提升;

通过关卡设置环节，丰富了仿真系统的内容，使得作业人员对应急响应知识掌握更为牢固;

通过比武和培训考核等方式，加深作业人员对应急程序的理解，作业现场应急响应时间大幅缩短;

仿真系统的投入是一次性投入，长期来看可大幅节省井控、硫化氢的培训成本。

参考文献

[1]杨西银等.三维仿真技术在电力安全应急演练的运用[J].电力安全技术，2016，11（18）：4～5

[2]闫瑞杰等.情景模式背景下电力应急演练仿真平台研究[J].网络与信息工程，2016，23：95～96

作者简介：

唐勇，男，1987年出生，2009年7月毕业于西南石油大学，现从事测试试油技术工作。