Цифровой двойник буровой установки БУ 5000/320ЭУК-Я. Ключевые преимущества

Коротко о проекте:

https://rutube.ru/video/3a311711507a4bc70d255806d55f6bcd/

https://vk.com/video-70131412_456270296

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

• Изучение назначения оборудования, его состава оборудования, принципа действия, процедур настройки, диагностики и ремонта.

• Наличие интерактивных методических материалов с переходом в 3D и обратно

4 – 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

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.):

1. ГОСТ Р 51901.11-2005 Менеджмент риска. Исследование опасности и работоспособности. Прикладное руководство.

2. ГОСТ Р 51901.13-2005 (МЭК 61025:1990) Анализ дерева неисправностей. IEC 61025:1990 Fault Tree Analysis (FTA) (MOD).

3. 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”.

4. 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)

Подробнее на нашем сайте Lcontent.ru