高職鉆井技術專業(yè)鉆井模擬培訓系統(tǒng)應用探索

宋 文

（延安職業(yè)技術學院 陜西 延安716000）

高職鉆井技術專業(yè)的培養(yǎng)目標是具備石油與天然氣鉆井專業(yè)理論與實際操作基本知識和基本技能，可在石油與天然氣勘探開發(fā)生產(chǎn)一線從事鉆井、完井、試油及井下作業(yè)等生產(chǎn)技術和管理方面工作的高技能應用型人才。

該類專業(yè)是實踐性很強的專業(yè)，學生通常在接受了一定的理論知識后，通過相應的實訓和實習來鍛煉素質(zhì)和培養(yǎng)自身技能。所以，實踐教學是該專業(yè)教學的一個重要環(huán)節(jié)。但實踐教學也是目前教學的薄弱環(huán)節(jié)，主要體現(xiàn)在學生實踐經(jīng)驗缺乏、工程意識淡薄、技術及原理講解困難等方面。

目前，高職鉆井技術專業(yè)在實踐教學的組織上，采用的方法主要有案例教學、課程設計教學、校內(nèi)實訓教學和校外實習教學，其中校內(nèi)實訓教學主要采用仿真模擬教學方法。仿真模擬可以分為物理模擬和計算機模擬兩大類，物理模擬主要通過對實物模型的觀摩認識、講解說明、模擬演示、拆裝練習等方式完成實訓，它的優(yōu)點是直接、形象、易信，但模型受限、易破壞、難以重用。鉆井模擬培訓系統(tǒng)屬于計算機模擬。計算機模擬在實踐教學中有很多優(yōu)勢，它可以模擬先進的工藝措施、儀器設備，而且可以重復演示、反復使用，這種模擬是多方面、多角度的。

高職鉆井技術專業(yè)鉆井模擬培訓系統(tǒng)的特點

鉆井模擬培訓系統(tǒng)能夠創(chuàng)造出一種以鍛煉受訓者專業(yè)實踐技能為目的，與鉆井施工現(xiàn)場非常相似的模擬實訓環(huán)境。受訓者在該環(huán)境下進行實踐操作，能強化他們對理論知識的理解和掌握，同時也能提高他們將理論轉(zhuǎn)化為實際應用的能力。以西南石油大學計算機學院開發(fā)的DS-7B鉆井模擬培訓系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)提供了鉆井現(xiàn)場共23種工況的模擬，每一種工況按照現(xiàn)場施工預先設計了操作程序，受訓者必須按照現(xiàn)場的操作程序一步一步地進行操作才能夠完成相應的工況。而在完成每一種工況的操作過程中，受訓者需要不斷思考自己所學的鉆井工程理論知識，不斷嘗試每一個步驟的操作。DS-7B鉆井模擬培訓系統(tǒng)的絕大多數(shù)操作和真實鉆機完全相同，司鉆操作臺、司鉆關井控制臺、遠程控制系統(tǒng)等設備都是按照一比一的比例仿真實鉆機設計，操作者有完全真實的操作體驗和感受。鉆井模擬培訓系統(tǒng)的優(yōu)點如下。

經(jīng)濟性 對像鉆井施工這種設備復雜、耗材多的大型工程項目，若使用真實的鉆機進行現(xiàn)場實戰(zhàn)性培訓，其費用是相當驚人的。而鉆井模擬器的使用可以使受訓者在最終接受實戰(zhàn)訓練前，對鉆井施工中的各種工況進行反復練習，達到相當?shù)氖炀毘潭?，并大大減少實戰(zhàn)培訓的次數(shù)和惡性事故發(fā)生的幾率可以極大地減少費用。

可重復性 對于鉆井施工人員來說，除了熟練掌握常規(guī)鉆井技術和操作外，對突發(fā)性事件也需要進行快速的判斷和處理。在實際鉆井中，突發(fā)事件的發(fā)生應是盡量避免的。而如果使用鉆井模擬器，則可以重復性地模擬各種突發(fā)情況，使受訓者有足夠的機會接受突發(fā)事件的挑戰(zhàn)。

高效性 在具體操作訓練中，鉆井模擬培訓系統(tǒng)省去了對材料、儀器、設備的準備過程，操作完成后，也節(jié)省了回收時間。學員可以輕松地對操作過程初始化，有些實際操作只需要按一個按鈕就能完成，這極大地提高了培訓效率。

直觀性 鉆井模擬培訓系統(tǒng)通過大量動畫直觀再現(xiàn)鉆井工藝過程和原理。在DS-7B系統(tǒng)中，可以看到環(huán)形防噴器和閘板防噴器開關井的動作，可以看到鉆頭在地層中鉆進的情形。在壓井過程中，可以看到壓井液循環(huán)的情形和立管壓力、套管壓力變化曲線，而這些在實鉆現(xiàn)場都是看不到的。

可普及性 由于鉆井模擬培訓系統(tǒng)主要是通過計算機程序結(jié)合一些硬件設備來完成相應操作的，它不受實際鉆機設備和材料的影響，也不受時間和環(huán)境限制，因此可以在任何油田企業(yè)或職業(yè)教育培訓部門安裝應用，具有很好的推廣普及性。

鉆井模擬培訓系統(tǒng)實訓教學法的實施

制定鉆井模擬實訓計劃 教師在授課之前應根據(jù)高職鉆井技術專業(yè)人才培養(yǎng)方案和《鉆井施工技術》課程標準制定鉆井模擬實訓計劃，實訓計劃包括實訓科目及要求、計劃及進度、課時分配、重難點、時間及地點等內(nèi)容。然后，根據(jù)實訓計劃制定課表并告訴學生相應的安排。

鉆井模擬實訓教學的具體方法 （1）觀摩認識。學生第一次接觸鉆井模擬培訓系統(tǒng)時，應該先對整個系統(tǒng)作一個初步了解，內(nèi)容包括了解系統(tǒng)各部分的名稱和組成、各部分的作用和工作原理、系統(tǒng)的工作原理、操作注意事項、開關系統(tǒng)的步驟、初始狀態(tài)的調(diào)節(jié)、簡單故障的處理等。這些內(nèi)容可以減少學生在后續(xù)實訓中遇到的麻煩。（2）理論講解。每一個工況實訓之前都應有講解說明，講解內(nèi)容包括該工況最基本的原理，操作時的準備工作、操作步驟、注意事項等。以DS-7B鉆井模擬培訓系統(tǒng)為例，在模擬正常鉆進條件下的關井工況時，必須講清楚什么是關井，為什么要關井，關井的原理是什么，關井要用到哪些設備，“四七”動作是如何進行關井操作的，關井的準備工作和注意事項有哪些。這些內(nèi)容可以消除學生在實訓操作時的許多疑問。（3）操作示范。理論講解完畢并基本理解之后，由教師對具體的工況進行操作示范，操作示范可以重復2～3次，在操作示范中對每一個操作步驟進行詳細講解。操作示范必須嚴格按照模擬器操作使用指導書進行規(guī)范操作，這可能需要教師在上課之前做較長時間的準備。（4）操作訓練。操作示范之后，由學生進行嘗試性操作，也就是操作訓練，這個過程持續(xù)的時間比較長，原則是要保證每名學生都有充分的時間來熟練每一個工況的操作，同時注意操作的規(guī)范性和準確性。在學生操作過程中，教師要注意與學生的交流互動，對出現(xiàn)的問題進行及時解答并參與探討。（5）操作點評。所有學生操作訓練完成之后，要進行操作點評，當然可以針對某一名學生的情況進行點評，或者對多數(shù)學生的共同特點進行點評，指出其操作的可取之處和需要努力改進的方向。（6）實訓考核。實訓考核是校內(nèi)實訓教學一個很重要的環(huán)節(jié)。DS-7B鉆井模擬培訓系統(tǒng)設計的考試系統(tǒng)，將實訓考核變得簡單方便?？梢灶A先在主控機上將培訓模式設置成考試模式，這樣每個學生在操作完畢之后，計算機就會對他們的操作給出相應的成績。

鉆井模擬實訓教學的實施 以DS-7B鉆井模擬培訓系統(tǒng)為例，它共設計了23種工況的模擬，這些工況可以概括為6大類，分別是下鉆操作、起鉆操作、鉆進操作、事故及復雜處理、關井操作和壓井操作。在實訓教學中，可以將這6大類工況分為6個項目或6個情境進行組織和實施，每一個項目作為一個獨立的教學單元，有教學目的和要求，教學重點和難點，教學方法和實施步驟，教學效果的評估等。實訓教學最好能與《鉆井施工技術》課程進度相適應，在學生掌握一定專業(yè)知識的基礎上，重點講解和訓練每一個項目中的一兩種工況，其余的工況可以作為課外延伸的內(nèi)容讓學生自己思考和探索，從而有助于他們綜合能力的提高。

鉆井模擬培訓系統(tǒng)的應用效果

鉆井工藝過程變得更直觀DS-7B鉆井模擬培訓系統(tǒng)的所有操作都是通過動畫展現(xiàn)在受訓者面前的，這些動畫形象地展現(xiàn)了現(xiàn)實的場景、設備動作、人員操作、施工過程，再結(jié)合逼真的音響效果，使復雜的鉆井工藝過程變得一目了然。

鉆井工藝操作變得更現(xiàn)實DS-7B鉆井模擬培訓系統(tǒng)的絕大多數(shù)操作和現(xiàn)場是完全一致的，而且很多設備也是按照一比一的比例設計的。比如，剎把的外形和手感、指重表的反映、離合器的操作都和真實鉆機完全相同。這樣，學生就有更多機會接觸并感受鉆井工藝的操作。

鉆井工藝理論變得更有趣 對于一些復雜抽象的鉆井工藝理論，單向和被動的接受通常會使人感覺乏味和無趣。DS-7B鉆井模擬培訓系統(tǒng)可以充分調(diào)動人的各種感官和肢體動作，同時結(jié)合大腦的記憶、分析、聯(lián)想和決策，將所學復雜抽象理論應用到實際中，這樣就使學習變得更有趣味。

鉆井工藝課程教學變得更有效 鉆井模擬培訓教學具有很好的交互性，學生在培訓中完全沉浸在模擬器所設置的鉆井場景中，與虛擬環(huán)境之間有多維信息交互作用。學生在定性和定量綜合集成的虛擬環(huán)境中，可以獲得對操作對象的感性和理性認識。

鉆井模擬培訓系統(tǒng)發(fā)展展望

鉆井模擬培訓系統(tǒng)還在不斷的發(fā)展和完善中，其發(fā)展趨勢有以下三方面。

精細化DS-7B鉆井模擬培訓系統(tǒng)主要模擬帶頂驅(qū)的電動鉆機在陸地鉆井時的相關操作，隨著鉆井技術的發(fā)展，各種鉆井新技術不斷出現(xiàn)，各種鉆井新設備不斷應用，這就需要更為精細的鉆井模擬設備和程序來完成相應模擬。

智能化DS-7B鉆井模擬培訓系統(tǒng)將具體的鉆井操作設計成了一系列固定的程序，這些程序的智能化程度還不是很高，不能完全按照鉆井現(xiàn)場的操作進行訓練。如果能夠?qū)⑦@些程序變得更智能化，使它們模擬的場景和現(xiàn)場完全一致，就可以進一步提高培訓的效率。

網(wǎng)絡化DS-7B鉆井模擬培訓系統(tǒng)屬于單機版培訓系統(tǒng)，不能在線升級，也不能提供其他網(wǎng)絡服務。如果鉆井模擬培訓系統(tǒng)能夠和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)網(wǎng)上模擬、更新、升級等，模擬培訓功能將會變得更強大。

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