Цифровой двойник буровой установки БУ 5000/320ЭУК-Я. Ключевые преимущества.
Цель – формирование знаний, умений и навыков персонала. Перенос навыков на условия реальной работы.
Задачи:
- Приобретение практических навыков безопасного ведения работ при строительстве скважин на нефть и газ.
- Обучение и приобретение практических навыков выполнения работ по предупреждению, локализации и ликвидации газонефтеводопроявлений и открытых фонтанов при строительстве скважин на нефть и газ.
- Непрерывный и периодический контроль и тестирование уровня знаний и навыков ведения технологического процесса и локализации аварийных ситуаций.
- Повышение качества подготовки рабочих и инженерно-технических работников, занятых ведением технологического процесса и эксплуатацией оборудования.
- Снижение вероятности аварийных ситуаций, возникающих вследствие проявления человеческого фактора.
Преимущества:
1 – Масштабируемость
1 – От полной копии кабины бурильщика до планшета
- Программно-аппаратная реализация с точной копией управления кабины бурильщика на базе системы формирования виртуальной реальности (VR) (рабочее место обучаемого – бурильщика)
- ноутбуки с системой формирования виртуальной реальности (VR) (рабочие места обучаемых – помощников бурильщиков)
- ноутбук (рабочее место инструктора)
- планшеты.
+ Дистанционное бурение!
+ Возможность дистанционной работы обучаемых по сети интернет !
2 – Полная визуализация всех основных и вспомогательных систем буровой, всех инструментов и приспособлений. Учет климата севера ХМАО т ЯНАО (климатическое исполнение имитируемого оборудования)
2 – Визуализация 100% основного и 100% вспомогательного оборудования
- Буровой насос УНБТ-950А
- Вертлюг УВ-320МА
- Талевая система 5х6
- Вышка ВМА-45-320
- Ротор Р-700
- Лебедка ЛБУ-37-1100
- Кронблок – УКБА-6-400
- Крюкоблок – УТБК-5-320
- Талевый блок– УТБА-5-320
- Лебедка: электродвигатель 4ПС-450-1000-УХЛ2
- Буровой насос: электродвигатель 4ПС-450-1000-УХЛ2
- Циркуляционная система ЦС5000ЭР
- Верхний привод TD-350-HT (Bentec)
- Полати
- Крепление мертвого конца
- Подвеска вертлюга
- Мостик
- Вибросито
- Ситогидроциклонный сепаратор
- Пескоотделитель
- Илоотделитель
- Центрифуга
- Дегазатор
- Гидросмеситель
- Емкость приготовления
- Емкость сливная
- Емкость забора
- Стояк
- Водяной насос
- Пульт бурильщика
- Верхний привод
- Трубные ключи АКБ
- Механический ключ
- Клинья ротора
- Безопасная труба/квадратная труба
- Замки трубные
- Долота
- Превентор (схема ОП-5)
- Гидростанция управления
- Вспомогательная лебедка
- Элеватор
- Грязевик
- Сепаратор
- Блоки приготовления
- Обвязка буровой….
- Ресивер
- Компрессор
- КПП лебедки
Возможность выбора конфигурации оборудования (роторное бурение, верхний привод, варианты АБК, насосов и т.д.)
3 – Полная визуализация подземной части
3 – Визуализация 100% оборудования и процессов под землей
- Скважина
- Бурильная труба
- Утяжеленные бурильные трубы (УБТ)
- Толстостенные бурильные трубы (ТБТ)
- Ведущие бурильные трубы
- Породоразрушающий инструмент
- Забойные двигатели
- Перепускной (переливной) клапан
- Переводник
- Шламометаллоуловитель (ШМУ)
- Клапаны обратные
- Механизм искривления
- Калибраторы и центраторы
- Стабилизаторы
- Расширители
- Ясс
- Роторные отклонители
- Забойные телеметрические системы (MWD), системы каротажа в процессе бурения (LWD) и роторные управляемые системы (РУС)
4 – Полная визуализация всех применяемых инструментов и приспособлений
4 – Полная визуализация всех применяемых инструментов и приспособлений
5 – Реальные геологические разрезы месторождений РФ, полный спектр типов скважин (наклонные; вертикальные; горизонтальные; многозабойные; многоствольные; «Fishbone»)
5 – Реальные геологические разрезы и типы скважин
6 – Экспертность и взаимодействие с ведущими компаниями РФ – производителями оборудования
6 – Передовое отечественное оборудование и технологии
- Завод бурового оборудования (Оренбург)
- Кенера (Тюмень)
- Уралмаш (Екатеринбург)
- БК Евразия
- …..
7 – Наличие виртуального (на базе ИИ) инструктора + станция реального инструктора
7 – Виртуальный инструктор на базе ИИ + удобство для реального инструктора
Возможности и режимы работы виртуального инструктора:
- В режиме «Обучение» доступны указания по правильному выполнению работ (подсказки), неверные действия не допускаются и обучаемый получает указания о том, как выполнить действия правильно.
- В режиме «Экзамен», в отличие от режима «Обучение», в процессе выполнения учебного задания, обучаемый не получает дополнительной информации (подсказок), результат выполнения задания (оценка) выставляется автоматически.
- В режиме без использования сценариев – инструктор может выбрать любое ранее сохраненное стартовое состояние и ставить задачу самостоятельно. Оценка результатов в данном случае также происходит самостоятельно.
Примеры сценариев:
- Изучение конструкции буровой установки
- Изучение конструкции скважины и бурильной колонны
- Спускоподъёмные операции
- Замена поршней/втулок на насосе
- Выявление неисправностей и замена клапанов насоса
- Проходка (бурение) верхним приводом
- Спуск обсадной колонны и цементирование
- Правила безопасности (выявление нарушений при бурении)
- Правила безопасности (выявление нарушений при производстве работ на высоте)
- Правила безопасности (выявление нарушений при производстве грузоподъемных работ)
- Закрытие скважины
- Глушение методом бурильщика
- Глушение объемным методом
- Заполнение листа глушения
- Действия персонала при выполнении ПЛАС:
- Проверка в начале работы смены
- ГНВП во время бурения (промывки) скважины
- ГНВП при СПО
- ГНВП при спуске обсадной колонны
- ГНВП при отсутствии бурильных (обсадных) труб в скважине и ГФР
- ГНВП, открытый фонтан
- Глушение после ГНВП
- Дополнительные сценарии – выполнение типовых операций:
- Проходка (бурение) роторное
- Проходка (бурение) роторное + забойный двигатель (ВЗД)
- Замена долота и компоновки бурильной колонны (определение износа, замена)
- Промывка скважины
- Ремонтные/ловильные работы
- Вышкомонтажные работы
- Дополнительные сценарии – для помощников бурильщика и механиков :
- Замена поршней/втулок на насосе
- Выявление неисправностей и смена сеток в виброситах
- Выявление неисправностей и замена элементов песко/ило отделителей
- Замена каната
- Текущее обслуживание и ремонт система БУ
- Геофизические исследования скважины в процессе бурения
- Отбор керна
8 – Многопользовательский режим + VR + агенты
8 – Многопользовательский VR-режим
Возможность обучения полного состава вахты (бурильщик + помощники бурильщика + супервайзер + мастер + механик). При отсутствии одного или нескольких участников – его функции выполняет модель агентов в соответствии с регламентом.
9 – Расширенная поддержка систем формирования виртуальной реальности (VR)
9 – Расширенная поддержка систем формирования виртуальной реальности (VR)
10 – Высокоточная мультифизическая модель 100% процессов
10 -Высокоточная мультифизическая модель 100 % процессов
Полная математическая модель оборудования и процессов, а не только модель ГНВП.
Математическая модель – система математических соотношений, описывающих с требуемой точностью имитируемый объект или процесс. Высокая адекватность и универсальность модели тренажера определяет соответствие поведения реальной системы и поведения модели в штатном и аварийном режимах. Под адекватностью понимается способность модели отражать заданные свойства объекта с приемлемой точностью. Универсальность модели определяется количеством параметров, учитываемых в процессе имитации. При необходимости модель может учитывать деформирование твёрдых тел (акустическое воздействие, устойчивость, механику разрушения), теплоперенос (теплопроводность, конвекция и излучение), акустические явления, химические реакции, электромагнитные эффекты, воздействие на экосистему и т.д.
Мы применяем как аналитические (основанные на экспериментальных данных отношения) и численные методы конечных элементов (МКЭ) и метод решёточных уравнений Больцмана (численном методе моделирования гидродинамики Lattice Boltzmann Method, LBM). Мы используем LBM для моделирования многофазных потоков, моделировании потоков в пористых средах, имитации поведения бурового раствора в затрубном пространстве и т.д. МКЭ применяется нами для моделирования напряжённости конструкции и деформаций.
11 – Встроенный редактор технологической схемы систем буровой установки
11 – Редактор технологической схемы систем буровой установки
Собственная запатентованная технология автоматического синтеза математической модели объекта. Технология повышает качество и технико-экономический уровень создаваемых математических моделей. Адекватность и универсальность моделей находится на уровне ведущих мировых компаний.
Создан и тестируется экспериментальный модуль на основе модифицированного метода решетчатых уравнений Больцмана (LBM). Создан и используется последовательная схема расчетов- на базе решения линейных уравнений для нахождения начальных условий с последющим решением с использованием прямых численных итерационных методов на основе найденного приближенного решения и величины шага.
Универсальные математические модели оборудования:
- Запорно регулирующая арматура, гидро- пневмо- трубопровод
- Пласты-Скважины
- Обратные клапаны
- Динамические насосы и компрессоры
- Объемные насосы и компрессоры
- Подогреватели
- СППК
- Измерительные приборы (манометры, термометры, расходомеры)
- Специализированные мат.модели аппаратов нефтегазовой промышленности и т.д.
- математическое обеспечение — совокупность математических методов, моделей и алгоритмов для выполнения проектирования ЦОР (цифровые образовательные ресурсы);
- Моделирование и симуляция АСУиТП; Мультифизическое моделирование технологических схем;
- Моделирование и симуляция физических процессов по направлениям
- Гидродинамика и теплопередача (модифицированная сетчатая модель Больцмана)
- Электродинамика и оптика
- Механика (Классическая, Релятивистская, Механика сплошных сред (Гидродинамика, Пневматика, Гидростатика)
- Химия
- Акустика
- Оптика
- Механика твёрдого тела
- Термодинамика жидкостей и газов. Доступные термодинамические модели:
- Идеального газа; Пенга-Робинсона; Пенга-Робинсона (с модификацией Тву); Соаве-Редлиха-Квонга; Соаве-Редлиха-Квонга (с модификацией Граборски-Дауберта).
- Для смесей жидкостей доступны следующие термодинамические модели: Чао-Сидера (с модификацией Грейсона-Стрида); Уилсона; NRTL; UNIFAC VLE; UNIQUAC; Регулярного раствора;
- Расширенная модель регулярного раствора; Идеального раствора.
- программное обеспечение — компьютерные программы, реализующие проектирование и предоставление ЦОР;
- встраиваемый мультипарадигменный язык LUA, интеграция / имплементация
- стандартов и спецификаций OPC, IEEE1516, XAPI
- интеграция с OpenModelica
- информационное обеспечение — базы данных, содержащие информацию, необходимую для проектирования ЦОР;
- База данных фазовых состояний веществ
- База данных плотности, теплоемкости, молекулярной массы веществ и т.д.
Высокая точность предоставления компонентного состава нефти и попутного газа:
- Фракционный состав нефти от C1 до С40+
- Метан CH4
- Этан C2H6
- Пропан C3H8
- И-Бутан iC4H10
- Бутан C4H10
- И-Пентаны iC5H12
- Пентан C5H12
- И-Гексаны
- Гексан C6H14
- И-Гептаны
- Бензол C6H6
- Гептан C7H16
- И-Октаны iC8H18
- Толуол C7H8
- Октан C8H18
- И-Нонаны iC9H20
- Нонан C9H20
- И-Деканы iC10H22
- Декан C10H22
- Углекислый газ CO2
- Азот N2
- Сероводород H2S
- Высокоточная имитация автоматики (АСУ ТП нижний и верхний уровень)
- Имитация управляющих устройств
- Имитация датчиков
- Имитация алгоритмов контроллеров
- Имитация системы верхнего уровня (SCADA)
12 – Встроенный редактор учебных сценариев
12 – Редактор учебных сценариев
- Линейная и нелинейная структура
- Развитые механизмы ветвления сценария
- Развитые механизмы задания последствий действий или условий
- Простой графический редактор
- Связь с математическим описанием объекта
13 – Изучение работы оборудования, выявление неисправностей и настройка
13 – Изучение работы оборудования, выявление неисправностей и настройка
- Изучение назначения оборудования, его состава оборудования, принципа действия, процедур настройки, диагностики и ремонта.
- Наличие интерактивных методических материалов с переходом в 3D и обратно
14 – Алгоритмы АСУТП на базе математических моделей для имитации управления процессами в реальном времени
14 – Алгоритмы АСУТП на базе математических моделей для имитации управления процессами в реальном времени
Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) являются критически важными системами, обеспечивающими стабильную работу производственных предприятий и организаций. Для обучения и подготовки персонала часто используются специализированные тренажеры, имитирующие работу реальных систем.
Тренажеры АСУТП позволяют моделировать различные ситуации, возникающие в процессе работы реальной АСУТП, и дают возможность обучающимся отработать навыки работы с системой в безопасной среде.
Имитация АСУТП в тренажерах включает в себя моделирование оборудования, датчиков, исполнительных механизмов, контроллеров и других компонентов системы. Тренажеры обычно разрабатываются с использованием современных технологий и программного обеспечения, что позволяет создавать реалистичные модели и сценарии обучения.
15 – Надежная электроника
15 – Надежная электроника
1 – компьютер инструктора; 2 – монитор инструктора; 3 – клавиатура и манипулятор мышь инструктора; 4 – принтер инструктора; 5 – компьютер обучаемого; 6 – мониторы обучаемого; 7 – телевизор обучаемого; 8 – клавиатура и манипулятор мышь; 9 – пульт дросселирования; 10, 11 – пульт бурильщика с пультом системы верхнего привода 2/2; 12 – пульт бурильщика с пультом системы верхнего привода 1/2; 13 – пульт управления превенторами.
1 – экран предельного момента, кНм, 2 – кнопка «УПРАВЛЕНИЕ», 3 – кнопка «ШАРОВЫЙ КРАН»; 4 – кнопка «АВАРИЯ»; 5 – кнопка «ПРЕДЕЛЬНЫЙ МОМЕНТ»; 6 – кнопка «МАНИПУЛЯТОР»; 7 – кнопка «ЗАХВАТ ЗАКРЫТ»; 8 – скорость, об/мин; 9 – момент, кНм; 10 – регулятор предельного момента, кНм; 11 – переключатель открытия/закрытия шарового крана; 12 – переключатель тормоза (0/снять); 13 – кнопка сброса крутящего момента; 14 – регулятор «СБРОС КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА», %; 15 – переключатель «ОТПУСК БУРОВОЙ КОЛОННЫ» (0/вкл); 16 – переключатель «СТЕПЕНЬ СКОРОСТИ» (низкая/высокая); 17 – переключатель «КРЕПЛЕНИЕ» (докреп/раскреп); 18 – кнопка «СВИНЧИВАНИЕ»; 19 – кнопка «АВАРИЙНЫЙ СТОП»; 20 – переключатель «ЗАХВАТ» (вверх/0/вниз); 21 – переключатель «захват» (откр/0/закр); 22 – переключатель «МАНИПУЛЯТОР» (блок/0/разблок); 23 – переключатель «МАНИПУЛЯТОР» (влево/0/вправо); 24 – переключатель «ШТРОП» (вперед/0/назад); 25 – кнопка «ЦЕНТР».
Рис.66. Пульт бурильщика с пультом системы верхнего привода 2/2:
1 – кнопка «АВАРИЙНЫЙ СТОП» вспомогательной лебедки; 2 – кнопка «ПУСК» вспомогательной лебедки; 3 – переключатель «ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ КЛИНЬЯ РОТОРА (ПКР)» (опустить/поднять); 4 – кнопка «АВАРИЙНЫЙ СТОП» буровых насосов; 5 – переключатель «ХОДЫ НАСОСА 1» (меньше/больше); 6 – кнопка «СТОП» бурового насоса 1; 7 – переключатель «ХОДЫ НАСОСА 2» (меньше/больше); 8 – кнопка «СТОП» бурового насоса 2; 9 – переключатель усилия гидрораскрепителя; 10 – переключатель «РЕЖИМ ГИДРОРАСКРЕПИТЕЛЕЙ» (раскреп/закреп); 11 – переключатель «ВЫБОР ГИДРОРАСКРЕПИТЕЛЯ» (правый/левый); 12 – кнопка «ПУСК ОСНОВНОГО ПРИВОДА ЛЕБЕДКИ»; 13 – кнопка «СТОП ОСНОВНОГО ПРИВОДА ЛЕБЕДКИ»; 14 – кнопка «ПУСК ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ПРИВОДА ЛЕБЕДКИ»; 15 – кнопка «СТОП ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ПРИВОДА ЛЕБЕДКИ»; 16 – кнопка «АВАРИЙНЫЙ СТОП ПРИВОДА ЛЕБЕДКИ»; 17 – переключатель «ВИЛКА РОТОРА» (подвод/отвод); 18 – переключатель «ВРАЩЕНИЕ РОТОРА» (влево/вправо); 19 – кнопка «ПУСК РОТОРА»; 20 – кнопка «АВАРИЙНЫЙ СТОП РОТОРА»; 21 – переключатель «ВРАЩЕНИЕ» гидроагрегата (откл/вкл); 22 – переключатель «ВРАЩЕНИЕ РОТОРА» (больше/меньше); 23 – предупредительный звонок «ВЕРХОВОЙ»; 24 – предупредительный звонок «БЛОК ЦС»; 25 – предупредительный звонок «НАСОСНЫЙ БЛОК»; 26 – предупредительный звонок «РАБОЧАЯ ПЛОЩАДКА».
1 – манометр давления в трубах, МПа; 2 – экран числа ходов насоса 1; 3 – экран счетчика ходов насоса; 4 – экран числа ходов насос 2; 5 – экран объема закаченного раствора, м3; 6 – кнопка «СБРОС» числа ходов насоса; 7 – манометр давление в дросселе; 8 – экран «МАСШТАБ ВРЕМЕНИ»; 9 – переключатель «МАСШТАБ ВРЕМЕНИ» (больше/меньше); 10 – кнопка «СБРОС» масштаба времени; 11 – экран «СТЕПЕНЬ ОТКРЫТИЯ ДРОССЕЛЯ»; 12 – переключатель «ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДРОССЕЛЕМ» (вкл/выкл); 13 – переключатель «ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДРОССЕЛЕМ» (открытие/закрытие); 14 – регулятор скорости открытия дросселя (медленно/быстро); 15 – кнопка «ЗАДВИЖКА СБРОСА В СЕПАРАТОР» (откр/закр); 16 – кнопка «ЗАДВИЖКА СБРОСА» (откр/закр); 17 – кнопка «ЗАДВИЖКА СБРОСА В АМБАР» (откр/закр); 18 – кнопка «ВЫХОДНАЯ ЗАДВИЖКА ДРОССЕЛЯ 1» (откр/закр); 19 – кнопка «ВХОДНАЯ ЗАДВИЖКА ДРОССЕЛЯ 1» (откр/закр); 20 – кнопка «ЗАДВИЖКА ЛИНИИ ОТВОДА» (откр/закр); 21 – кнопка «ВХОДНАЯ ЗАДВИЖКА ДРОССЕЛЯ 2» (откр/закр); 22 – кнопка «ВЫХОДНАЯ ЗАДВИЖКА ДРОССЕЛЯ 2» (откр/закр); 23 – экран «СТЕПЕНЬ ОТКРЫТИЯ ДРОССЕЛЯ 1»; 24 – кнопка «ЗАДВИЖКА ЛИНИИ ДРОССЕЛИРОВАНИЯ» (откр/закр); 25 – кнопка «СБРОС ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ».
16 – Совместимость с международными стандартами
16 – Открытая архитектура / Импортонезависимость
Архитектура тренажеров базируется только на открытых универсальных стандартах – High Level Architecture / IEEE 1516. Более подробно Вы можете прочитать в нашей статье на HABR.
Запуск и предоставление отчетов в платформе “полигон” базируется на использовании наиболее перспективных стандартов:
- xAPI (в т.ч. IEEE P9274.1 Experience API – xAPI 2.0). Наша компания является официальным поставщиком контента в формате xApi.
- CMI5
- Группы стандартов Total Learning Architecture (TLA)
- Группы стандартов ISO 35.240.90 IT APPLICATIONS IN EDUCATION
Еще одной важной особенностью платформы является возможность использования тренажеров как инструмента управления рисками направленного на “человеческий фактор” и связанные с ним ошибки – HRA (THERP, ASEP, HEART, SPAR-H, CREAM и т.д.):
- ГОСТ Р 51901.11-2005 Менеджмент риска. Исследование опасности и работоспособности. Прикладное руководство.
- ГОСТ Р 51901.13-2005 (МЭК 61025:1990) Анализ дерева неисправностей. IEC 61025:1990 Fault Tree Analysis (FTA) (MOD).
- ГОСТ Р 51901.1-2002 Анализ риска технологических систем. гармонизирован с международным стандартом МЭК 60300-3-9:1995 “Dependability Management – Part 3: Application guide – section 9: Risk analysis of technological systems” – “Управление надежностью. Часть. 3. Руководство по применению. Раздел 9. Анализ риска технологических систем”.
- ГОСТ Р 51901.11-2005 (МЭК 61882:2001) Исследование опасности и работоспособности. Прикладное руководство. IEC 61882:2001 Hazard and operability studies (HAZOP studies) – Application guide (MOD).
Поддержка архитектуры OPC Unified Architecture — спецификации, определяющей передачу данных в промышленных сетях и взаимодействие устройств в них. Поскольку тренажеры очень часто имитируют место оператора (SCADA-системы), а там в свою очередь OPC UA является де-факто “стандартом”…..
Выполнена интеграция со свободным открытым программным обеспечением для моделирования, симуляции, оптимизации и анализа сложных динамических систем – OpenModelica, основанным на языке Modelica. Modelica — объектно-ориентированный, декларативный, мультидоменный язык моделирования для компонентно-ориентированного моделирования сложных систем, в частности, систем, содержащих механические, электрические, электронные, гидравлические, тепловые, энергетические компоненты, а также компоненты управления и компоненты, ориентированные на отдельные процессы. По своим возможностям приближается к таким вычислительным средам как Matlab Simulink, Scilab xCos, имея при этом значительно более удобное представление системы уравнений исследуемого блока . Включает блоки:механики
- электрики
- электроники
- электродвигатели
- гидравлики
- термодинамики
- элементы управления и т. д.
17 – возможность интеграции с виртуальными лабораторными работами (буровые растворы и др.)
Можно изготовить буровой раствор в рамках лабораторной работы и тут же применить его в той или иной технологической операции на буровой установке.
+Дополнительные модули по промбезопасность (высотные работы, первая помощь, огневые и т.д.)
18 – Соответствие программе WCF + (нефтегазовый кластер + Губкина)
19 – Аналитика обучения Аналитика обучения – экономические показателии, категории ошибок, причины, причинно-следстивенные диаграммы, диаграммы последствий, деревья отказов и т.д.
20 – междисциалинарное использование
21 – Обучение преподавателей и инструкторов работе с тренажером (с выдачей официального документа)
Проект в СМИ:
