автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Компьютерные технологии исследованияпроцессов газонефтеводопроявленийи обучения персонала по противофонтаннойбезопасности

На правах рукописи

Михалева Галина Викторовна р |* g Q Д

- ь нюн ш

Компьютерные технологии исследования процессов газонефтеводопроявлений и обучения персонала по противофонтанной безопасности

Специальность 05.13.16 Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000 г.

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина

Научный руководитель Научный консультант Официальные оппоненты:

кандидат технических наук доцент Кувыкин B.C. доктор технических наук профессор Синайский Э.Г. доктор технических наук профессор Логинов В.И. кандидат технических наук Лобанов Ю.И.

Ведущая организация: ВолгоУралНИПИГаз

ОАО "Газпром"

Захцкта состоится 2000 г. в ТрР^часов на заседании

диссертационного совета К 053.27.10 в Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина по адресу: 117917, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 65, ауд. &&&

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " <г-есае£ 2000 г.

Отзывы на автореферат просим представлять в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, в адрес совета университета.

Телефон для справок: 930-93-19

Ученый секретарь

диссертационного совета К 053.27.10,

к.т.н., доцент //а Сапунцов В.Д.

1/W. 09-1 с //6ffi>)5, О

1/Ш.09 р№)5-л0

I. Общая характеристика работы

Актуальность работы. Газонефтеводопроявление (ГНВП) - непредусмотренное технологией поступление пластового флюида в скважину, является наиболее опасным видом осложнения при бурении и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин, которое может привести к выбросам и открытым фонтанам. Убытки от одного фонтана, по зарубежным данным, составляют от 1 до 45 млн. долларов. При выполнении буровых работ на шельфе (объем таких работ в России возрастает) материальный и экологический ущерб от фонтанов увеличивается на порядок.

С целью предупреждения возникновения ГНВП и перерастания их в открытые фонтаны правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности, утвержденные органами федерального горного и промышленного надзора России (Госгортехиадзора России), предусматривают обязательную регулярную переподготовку персонала буровых предприятий с выдачей удостоверения на право ведения буровых работ (не реже одного раза в три года).

Несмотря на это, данные по аварийности и травматизму в нефтегазовом комплексе России, связанные с возникновением ГНВП и открытых фонтанов, за последние три года показывают резкий рост показателей в 1999 году по сравнению с 1998 годом. В нефтедобыче за первые 8 месяцев 1999 года число аварий увеличилось в два раза (10 против 5 в 1998 году). Официальные расследования обстоятельств, при которых произошли открытые выбросы и фонтаны, свидетельствуют о том, что основными причинами их возникновения являются ошибки персонала, связанные с недостаточной подготовленностью. С другой стороны, неподготовленность персонала связана с плохим пониманием процессов ГНВП из-за отсутствия современных компьютерных технологий обучения.

В настоящее время теоретическая подготовка персонала в большинстве буровых предприятий проводится традиционно в виде лекционных занятий в аудитории без использования современных компьютерных технологий, обучение практическим навыкам проводится либо на учебной буровой, либо на полномасштабном тренажере. Однако глубокие учебные скважины, необходимые

для управления процессом глушения, чрезвычайно дороги в строительстве и эксплуатации, не окупают себя и не могут обеспечить требуемого качества обучения. Поскольку реальный процесс глушения скважины длится несколько часов, примерно столько же времени требуется для закачки на забой воздуха, имитирующего газовую пачку, каждый обучаемый не может провести весь цикл ликвидации ГНВП. Кроме того, на учебной скважине чрезвычайно трудно, практически невозможно моделировать различные нештатные ситуации: промывы, засорение, отказы оборудования. Полномасштабные тренажеры являются также очень дорогими средствами приобретения практических навыков (например, полномасштабный тренажер фирмы Driling System стоит 250 тысяч долларов США, что делает его практически недоступным в России).

Поэтому появилась необходимость создать современную и достаточно дешевую компьютерную технологию подготовки персонала буровых предприятий, пригодную для обучения теоретическим знаниям и приобретения практических навыков управления скважиной. Разработанные компьютерные комплексы обучающих, контролирующих программ и сетевой компьютерный тренажер являются относительно дешевым современным техническим средством обучения, которое можно использовать как в учебных цешрах, так и непосредственно на буровых предприятиях. Это позволяет существенно снизить затраты предприятий на подготовку и переподготовку персонала, повысить качество обучения, проводить плановые тренировки по управлению скважиной перед вскрытием продуктивного горизонта непосредственно на буровой. Тренировка практических навыков в течение цикла обучения на сетевом компьютерном тренажере позволяет каждому обучающемуся многократно отрабатывать весь цикл глушения скважины в штатных и нештатных режимах.

Очень трудно сделать объективное сравнение традиционных методов обучения с использованием современных обучающих интерактивных программ на базе мультимедийных средств, однако, можно с уверенностью сказать, что во время работы внимание обучаемого, как правило, удваивается, поэтому освобождается дополнительное время. По данным разных источников (Сапунцов

В.Д., Кирмайер М. и др.) экономия времени составляет примерно 30%, а распределение качества усвоения учебного, материала приблизительно следующее: человек запоминает 10% того, что слышит, 30-50% того, что видит, и 90% того, что делает сам.

Цель работы. Повышение качества подготовки персонала буровых предприятий по противофонтанной безопасности, совершенствование нормативных документов по протиаофонтанной безопасности при буровых работах и капитальном ремонте скважин в нефтегазовой отрасли. Для достижения этих целей потребовалось создать комплекс обучающих, контролирующих программ для повышения уровня теоретической подготовки и сетевого компьютерного тренажера для приобретения практических навыков в распознавании и ликвидации ГНВП. Разработка программных комплексов оказалась невозможна без создания набора достаточно простых математических моделей, работающих в реальном масштабе времени, отражающих основные физические явления при ГНВП, и пригодных для оценки различных нормативных документов по противофонтанной безопасности.

Научная новизна.

1. Созданы новые программные и технические средства, которые можно использовать как для исследования процессов ГНВП при бурении скважины, так и для подготовки персонала нефтегазовых предприятий по противофонтанной безопасности.

2. Впервые разработан компьютерный учебник по противофонтанной безопасности с развитыми диалоговыми средствами обучения и контроля знаний.

3. Предложены математические модели процессов движения пачек газа в кольцевом пространстве (КП) скважины с учетом влияния степени открытия дросселя на скорость верхней границы каждой пачки. Модели позволяют охватить весь диапазон управляющих параметров, что необходимо в процессе исследования технологических режимов.

4. Разработана объектно-ориентированная технология создания сценариев

обучающих, контролирующих программ на этапе выполнения программ, включающая структуру учебно-методического материала, объекты оборудования, процессы и алгоритмы обработки исходных данных.

5. Предложена технология автоматизации проектирования сценария сетевого компьютерного тренажера, включающая структуру исходных данных, объекты скважины и оборудования, процессы и их параметры, условия перехода от одних процессов к другим, формальные правила их описания.

Практическая ценность работы:

1. Разработано программное обеспечение, позволяющее проводить исследование процессов, связанных с ГНВП, с целью выработки практических рекомендаций по глушению скважины. По результатам моделирования предложена практическая рекомендация для инструкции по управлению скважиной с использованием объемного метода. Рекомендация передана в Астраханскую военизированную часть.

2. Комплекс обучающих и контролирующих программ (компьютерный учебник) позволяет изучать процессы, связанные с ГНВП, исследовать режимы управления отдельными процессами, что повышает качество подготовки. Он легко встраивается в лекционные и практические занятия, может использоваться для самообучения и самоконтроля на предприятии, что существенно сокращает расходы на обучение и повышает его качество. Развитые интерактивные и мультимедийные средства, построение графиков параметров физических процессов параллельно с их отображением на экране, решение множества частных задач повышают восприятие учебного материала.

3. Унификация структуры исходных данных, объектов и процессов позволяет модифицировать сценарии программ без дополнительного программирования и функционировать разработанным комплексам на любом разговорном языке сразу после перевода исходных данных.

4. Комплекс обучающих, контролирующих программ и сетевой компьютерный тренажер позволяют проводить как обучение персонала протнвофон-танной безопасности, так и исследование гидродинамических процессов в

скважине при глушении ГНВП. Оба комплекса в течение 4-х лет используются для подготовки персонала в учебном центре "Досанг" Астраханской военизированной часта, работают в Оренбургской и Северной военизированных частях ООО "Газобезопасность", в учебных центрах "Тюменбургаз" и "Самаранефте-газ". На предприятии "Вьетсовпетро" (г. В унт Tay, Вьетнам) комплексы работают на русском и вьетнамском языках.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

• Ш Всероссийской научно-технической конференции "Тренажеры и компьютеризация профессиональной подготовки" (Москва, 1993);

• IV Всероссийской научно-методической конференции "Тренажеры и компьютеризация профессиональной подготовки" (Москва, 1994 г.);

• International Conference of Engineering Education (Moscow, 1995);

• Всероссийской научной конференции "Фундаментальные проблемы нефти и газа" (Москва, 19%);

• III Всероссийской конференции "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" (Санкт-Петербург, 1998 г.);

• конференции "Рынок труда и кадровая политика" (Москва, 1999);

• на семинаре "Диагностика и средства автоматизации Минатома для нефтегазового комплекса" (Обнинск, 1999);

• на 3-ей научно-технической конференции РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" (Москва, 1999).

В 1998 г. работа, как составная часть системы подготовки кадров по про-тивофонтанной безопасности, была отмечена третьей премией в ежегодном авторском конкурсе по новым информационным технологиям обучения и их техническому обеспечению, проводимом в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Комплексы обучающих, контролирующих программ и сетевой компьютерный тренажер демонстрировались на выставках "Нефть и Газ'98" (Москва), "Газ, Нефть'99" (Уфа), "Технологии безопасности" (Москва, 2000г.), а также на

отраслевых совещаниях и семинарах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем работы: Диссертация содержит 150 страниц машинописного текста (основной текст изложен на 134 страницах), имеет 54 рисунка, 7 таблиц, состоит из введения, четырех глав, выводов, списка сокращений, литературы из 71 наименования, трех приложений.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована важность и актуальность работы, цель и научная новизна, показана практическая ценность работы и перечислены предприятия, использующие разработанные программные комплексы.

В первой главе рассмотрена общая характеристика гидродинамической системы "пласт - скважина - наземное оборудование" как объекта моделирования, описаны причины, признаки и способы ликвидации ГНВП для предотвращения выбросов и открытых фонтанов при бурении или капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин.

Для имитации гидравлической системы скважины подготовлены модели следующих процессов: бурения, поступления пластового флюида, появления косвенных и прямых признаков ГНВП, движения пластового флюида в кольцевом пространстве (КП), замещения промывочной жидкости начальной плотности утяжеленным буровым раствором, штатных и нештатных режимов работы оборудования пультов управления.

Математические модели механическою углубления скважины (механической скорости, вращающего момента, создания нагрузки на долото, веса на крюке, расхода и температуры бурового раствора на входе и на выходе из скважины, газосодержания бурового раствора) выбраны в результате анализа работ Булатова А.И., Аветисова А.Г., Бабаян Э.В., Габольта Ж., Нгуен Дж. П., Северинчика H.A., Ильского А.Л. и др. Для обеспечения адаптивности программного обеспечения к региональным условиям и нормативным инструкциям, в программный комплекс включены математические модели расчета технологических параметров по различным методикам и обеспечены средства выбо-

pa любой из них на этапе формирования варианта задания.

Отбор математических моделей для расчета гидродинамических сопротивлений в циркуляционной системе скважины проведен на основе данных работ Исаева В.И., Леонова Е.Г., Мирзаджанзаде А.Х., Караева А.К., Ширинзаде СЛ., Астрахана И М., Розенберга Г.Д., Габольта Ж., Нгуена Дж. П. и др. При движении в скважине почти все используемые буровые растворы ведут себя как вязкие, вязкопласткческие или степенные жидкости при ламинарном или турбулентном течении через цилиндрические или кольцевые сечения. Реологическая модель промывочной жидкости определяется инструктором при составлении варианта задания.

Анализ причин возникновения ГНВП (Ясов В.Г., Мыслюк М.А., Куксов

A.К., Бабаян Э.В., Шевцов В.Д. и др.) в процессе бурения позволил выбрать одну из геологических причин - зону аномально высокого пластового давления. Модели притока пластового флюида на забой скважины я зависимости от мощности вскрываемого пласта, глубины вскрытия, скорости фильтрации считаются прямолинейно - параллельным, плоско - радиальным или радиально - сферическим фильтрационными потоками (Басниев К.С., Кочина И.Н., Максимов

B.М.). Объемные и массовые расходы Q и Qm потоков несжимаемой жидкости и совершенного газа в установившемся режиме фильтрации используются для расчета объема и плотности поступившего в скважину флюида в пластовых условиях.

Для имитации процесса вымыва нескольких пачек пластового газа из КП скважины предложены математические модели в виде системы обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений, учитывающих влияние степени открытия дросселя. Описанные в литературе математические модели рассматривают движение только одной пачки. При этом введенные упрощения либо не учитывают в явном виде функциональную зависимость давления на устье скважины от степени открытия дросселя (Леонов Е.Г., Исаев В.И.), либо рассматривают сечение дросселя как постоянную величину (Шевцов В.Д.). И в первом и во втором случаях модели непригодны для оперативного управления

процессами, что ограничивает их использование в тренажере. Поэтому в диссертации предложены модели движения одной, двух или нескольких газовых пачек, учитывающие управление сечением регулируемого дросселя при наличии циркуляции промывочной жидкости.

Для имитации подъема газового пузыря в КГ1 скважины под действием архимедовой силы, когда организовать циркуляцию промывочной жидкости по какой-либо причине невозможно, подготовлены модели снарядного течения. При этом давление в газе остается практически постоянным, равным забойному давлению, что приводит к росту давлений по всей глубине скважины. Рассмотрены случаи преобладающего влияния инерционных, вязких сил и сил поверхностного натяжения (Уоллис Г.Б., Седов А.И.).

Приведен вывод известного уравнения движения верхней границы одной газовой пачки в процессе вытеснения ее потоком промывочной жидкости с заданным расходом и известными реологическими свойствами. Считается, что газ формируется в КП на забое скважины в виде компактного образования с плоской верхней и нижней границами, полностью занимает все сечение КП, плотность газа много меньше плотности жидкости, давление в газовой пачке не изменяется по высоте. КП скважины заменяется эквивалентным цилиндром с гидравлическим диаметром где Отлну1, - внутренний диаметр

внешнего цилиндра, Отр ,иеш - внешний диаметр труб (рис. 1). Тогда давление на забое скважины в произвольный момент времени записывается в виде (Леонов Е.Г., Исаев В.И.):

¿■а 2-я

где Ру - устьевое давление, & - плотность жидкости, Ь - глубина скважины, Н -текущая высота пачки, А - текущая высота верхней границы пачки, ии и и„ -скорости нижней и верхней границ газовой пачки, и Я(и„) - функции гидравлических сопротивлений при движении жидкости со скоростью ин и и,.

Рис. 1. Схема подъема одной газовой пачки Предполагается, что под газовой пачкой скорость движения жидкости постоянна и равна 1/„. Над газовой пачкой скорость жидкости и давление Р удовлетворяют уравнениям неразрывности движения в одномерном нестационарном приближении (Лойцянский Л.Г., Седов А.И.)

Ьи, ди, дР р, ■ и]

д2 01 дг 2-й

(2)

Для не газированной жидкости {р1^сопх!) кинематическое условие на

межфазной границе пачка-жидкость г/, =А(/).

При турбулентном режиме истечения промывочной жидкости через дроссель давление на устье скважины Ру записывается в виде (Шевцов В.Д.)

Р ='

(4)

2у-/-;' '

где И - площадь КП, 170 - площадь поперечного сечения дросселя, р - коэффициент сопротивления дросселя. После элементарных преобразований оконча-

тельное уравнение движения верхней границы газовой пачки в КП скважины

имеет вид Л+(Л у

1 1 I

ИГЛ?)—*

при начальных условиях Л(0) = Л0, А(0) = ы„. (6)

Уравнение (5) и начальные условия (6) приводятся к безразмерным переменным и решаются методом Рунге - Купа.

Аналогично уравнению движения одной пачки в скважине (5) предложена система из двух обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих движение двух газовых пачек (рис. 2). Из уравнений неразрывности движения и выражений для забойного давления на всех стадиях движения одной и двух газовых пачек получена следующая система

( - 1 1 ^ Л.+СА«)1 • ="£ +

г* (¿-л,) <рр;}

а(£-Л,Хл, </,)/, -А, + ЛИ)

х_Л.___1 . Л . _£!_(*,)»

рЛ^-кЛкО</,у,-Л,) (».(*</,>,-л,К 2

Индексы 1 и 2 характеризуют состояния первой и второй пачек соответственно. Начальные условия: А1(0) = А,(/1), А,(0) = А|(Г,), йг(0) = Ая, Аа(0)=«,,

где и, - скорость подачи жидкости, а значения Л.(/,) и Л,(/,> определяются из решения задачи о движении одной первой пачки.

» = 0 (<«1 €=е! •>»!

1МО) Рт(») 1М<|) Рт<0

а б в г

Рис. 2. Схема движения одной и двух пачек газа

Для случая образования и движения в скважине трех и более пачек газа начальные состояния и уравнения для них записываются аналогично (7)-(8).

Математические модели истечения двухатомного газа через регулируемый дроссель при наличии циркуляции промывочной жидкости выбраны из работ Шевцова В.Д. Для моделирования процесса удаления неподвижного газа из КП скважины ("метода замещения") используется модель адиабатического истечения газа из большого сосуда через коническое отверстие (Альтшуль А.Д., Жи-вотовский Л С., Иванов Л.П.).

Замещение промывочной жидкости начальной плотности на задавочную жидкость связано с изменением гидравлических сопротивлений при движении обеих в бурильной колонне (БК) и КП скважины (рис. 3). Для случаев За и 36 предложены уравнения для забойного давления Р, и давления в БК Рн

Математические модели нештатных ситуаций в скважине предложены для промыва и забивки насадок долота, промыва и забивки дросселя, промыва БК, отказа насосов, разрыва бурового шланга. Возникновение нештатных ситуаций промыва и забивки элементов циркуляционной системы, приводит к изменению гидравлических сопротивлений на отдельных участках системы и необхо-

димости в корректировке режимов управления процессом вымыва. Р«(») Р,(0 Р.(») Ру(0

Р«(»)

Ь

Ь

Р.

ЬЛ

а

б

Рис. 3. Закачка утяжеленного бурого раствора

Во второй главе рассмотрены основные направления обучения противо-фонтанной безопасности и используемые технические средства. Обучение теории и тренировка практических навыков становятся эффективным только тогда, когда используемые методы и средства способствуют формированию нового опыта, максимально отражают характер протекающих процессов, позволяют исследовать динамику физических процессов в скважине, дают возможность многократно проигрывать штатные и нештатные ситуации. Современные компьютерные обучающие, контролирующие программы и тренажеры можно адаптировать к новым технологиям ликвидации ГНВП, что позволяют! встраивать обучение в производственный процесс непосредственно на предприятии.

В диссертации проведена классификация и представлен обзор компьютерных средств обучения и тренировки практических навыков персонала буровых предприятий при возникновении ГНВП, определено место настоящей работы в системе существующих средств обучения. Подчеркнуто, что одни и те же технические средства могут быть использованы как для обучения, так и для исследования режимов глушения ГНВП с целью поиска оптимальных режимов. Отмечено также, что в настоящее время отсутствуют компьютерные обучающие программы по противофонтанной безопасности.

Обзор тренажеров-имитаторов бурения российских и зарубежных разработчиков охватывает основных производителей полномасштабных и переносных тренажеров: Калининградский отраслевой научно-учебный центр ОАО "Газпром", компанию "Автоматизация мониторинга технологий" (Санкт-Петербург), компании Driling System, GB, Aberdin и Computer Simulations, Inc., Albuquerque, New Mexico. Высокая стоимость полномасштабных тренажеров делает их практически недоступными для массового обучения даже в крупных нефтяных и газовых компаниях России.

Сетевой компьютерный тренажер для отработки коллективных действий персонала по распознаванию и ликвидации ГНВП и комплекс обучающих, контролирующих программ созданы как взаимосвязанный комплекс современных достаточно дешевых технических средств исследования процессов глушения скважины и подготовки персонала буровых предприятий.

В третьей главе представлен комплекс обучающих, контролирующих программ по вопросам противофонтанной безопасности (компьютерный учебник), разработанный в соответствии с типовой программой обучения, представленной в Приложении 1 диссертации. Методический материал подготовлен Кувы-киным B.C., компьютерная версия сценариев обучения разработана диссертантом. Комплекс предназначен для изучения и исследования физических процессов, протекающих в скважине при выполнении различных технологических операций при бурении, и состоит из шести независимых программ:

1. Основные определения, причины и признаки ГНВП.

2. Первоочередные действия при обнаружении ГНВП.

3. Изменение давления в загерметизированной скважине.

4. Глушение скважины методом бурнлыцика.

5. Корректировка давления в процессе глушения.

6. Нештатные ситуации.

Программы используют современные мультимедийные средства, отображающие физические процессы в скважине, состояние оборудования, динамику изменения давлений в различных сечениях. Диалоговые фрагменты активизи-

руют изучение материала и предназначены для текущей проверки правильности формируемых представлений, контрольные вопросы в конце каждой обучающей программы необходимы для объективной оценки степени усвоения материала и подготовки к сдаче экзамена.

В первой обучающей программе "Основные определения, причины и признаки ГНВГТ" введены определение ГНВП, объясняются причины его возникновения, рассмотрены отдельно газопроявление, проявление жидкости или газожидкостной смеси, обсуждены условия перерастания флюидопроявления в выброс или открытый фонтан, обоснована необходимость немедленной герметизации скважины,.если обнаружены признаки флюидопроявления. Здесь же рассмотрены особенности газопроявления в скважинах с буровым раствором на нефтяной основе, приведена классификация основных причин возникновения ГНВП. Фрагмент программы представлен на рис. 4.

| И—и | | Прщцмл™ 1 | | | Вы»«ян | | Вмя» | | IV»

Рис 4. Фрагмент обучающего курса с контрольным вопросом В обучающую программу "Первоочередные действия при обнаружении ГНВП" встроены четыре контролирующих курса для проверки правильности

действий буровой бригады при бурении, спуско-подъемных операциях и при отсутствии инструмента в скважине (рис. 5). Контролирующие программы полностью адаптируемы к региональным нормам и правилам, включают альтернативные последовательности действий и предусматривают возможность включения необязательных действий.

Г Уиатаип » у и* пип; аиасп

С Српм »ювт пчиммкянаяап «акпмцу

С Пинуият кыммцг ии»«рм

С Закрыть ясаэапвнжжяка мтям глуптятя фассалнраяая

С 1афяжг|ф|цп плншя ормтар! |]пвиш| вптрккжм

Г Закрыл. идашп; парад фассалам

С Пряпадаягь шастузпммт, тби (уриший имк б|

0,5 м

С Все рабаты выпимми

0 ОсТШПИП КК1ГУ

С Зисрыпвспюппшпам дамскяцмат

С Отжрыть эвдаяжху н* (лож ¿фасгалтри»

С Эавфытъ

С Зжрып

ыл мм стал* Мт*?( ■

Рис. 5. Фрагмент выполненил контролирующей программы Поведение флюида в загерметизированной скважине, изменение давления в ней по мере его подъема и правила удаления рассмотрены в разделах программы "Изменение давления в загерметизированной скважине". Два практических примера позволяют обучаемому самому исследовать процесс удаления газовой пачки из скважины объемным методом, периодически стравливая промывочную жидкость через дроссель (рис. 6). При этом на экране отображается подъем и расширение пачки газа, строятся графики изменения давлений на поверхности и в подземной части скважины, а также график изменения объема раствора в приемных емкостях. По результатам моделирования была составлена практическая рекомендация по глушению скважины, переданная в Астра-

ханскую военизированную часть.

Рис. 6. Решение задачи удаления пачки газа объемным методом Обучающая программа "Глушение ГНВП методом бурилыцика" включает разделы: основные принципы глушения, расчет плотности задавочной раствора, выбор подачи насоса, первый и второй этапы двухстадийного метода глушения ГНВП (метод бурилыцика).

Программа "Корректировка давления в процессе глушения" предназначена для изучения стратегии управления скважиной на каждом этапе удаления из нее флюида (газа) и закачки утяжеленного бурового раствора. Здесь обучаемый получает знания и приобретает навыки стратегии управления процессом вымы-ва газовой пачки. При этом он должен выполнять требуемые расчеты, отвечать на поставленные вопросы.

Нештатные ситуации при ликвидации ГНВП, связанные с неисправностью или поломками оборудования, диагносцируются по показаниям наземных приборов. Обучающая программа исследует причины, объясняет признаки, диаг-носцирует нештатные ситуации и формирует представления о возможных пра-

вильных стратегиях управления скважиной при их возникновении. Рассмотрены ситуации промыва БК, частичной или полной забивки насадок долота, частичной забивки дросселя, промыва дросселя.

Разработана структура исходных данных, определены процессы, предложены сценарии обучающих фрагментов и механизмы их визуализации, которые обеспечили создание максимально независимых от учебно-методического материала средств формирования сценариев на этапе выполнения любой обучающей программы. Обучающая программа, называемая разделом, состоит из параграфов, включающих набор фрагментов, каждый из которых содержит один или несколько обучающих кадров, один кадр с контрольным вопросом, контролирующую программу или тренировочную задачу. Исходные данные содержат управляющие операторы, полностью описывающие как текстовую, так и мультимедийную составляющие обучения. При этом решена задача полной адаптации программ к региональным нормам и правилам.

Исходные данные для планировщика контролирующих программ содержат полный перечень работ, одну или несколько правильных последовательностей действий (идентификаторы работ), реплики на правильное н неправильное выполнение задания. В ходе проверки очередного действия просматриваются все последовательности, отсеиваются те, для которых выбранное действие недопустимо и, если не остается ни одной последовательности, удовлетворяющей критерию правильности выполненной работы, контроль автоматически завершается с отрицательным результатом. Последовательность действий может включать необязательное действие, которое в случае невыполнения или выполнения позже, чем указано в последовательности, считается правильным. Разработанная технология проектирования контролирующей программы позволяет при одном и том же перечне возможных работ формировать правильные последовательности действий для каждого региона.

Алгоритмы формирования разделов с контрольными вопросами позволяют выводить на экран текст вопроса, изображение в виде ВМР-файла, произвольное число ответов для выбора одного или нескольких правильных, окна для

ввода чисел.

Составлены компьютерные сценарии визуализации процессов поступления пластового флюида, подъема флюида в скважине, выброса или фонтана, истечения флюида через дроссель и другие. Разработанные объекты скважины и наземного оборудования (проявляющий пласт, забой, БК, долото, пачка флюида и другие) однозначно определяются средствами созданной системы формального описания компонентов обучающей программы, каждому процессу, объему и элементу структуры исходных данных подобран набор управляющих операторов интерпретируемых на этапе выполнения программы. Таким образом, после обработки исходных данных заранее запрограммированным процессам присваиваются начальные и конечные значения параметров и состояния объектов.

Универсализация описания учебно-методического материала в исходных данных и формирования сценариев обучающих программ позволили создать механизмы функционирования обучающего комплекса программ практически на любом разговорном языке и без дополнительного программирования проводить на нем обучение. Мультиязычный комплекс программ функционируют на вьетнамском и русском языках на предприятии "Вьетсовпегро" во Вьетнаме, на русском и английском языках в Учебном ценгре "Досанг" ООО "Газобезопасность". Объем комплекса 35 Мб, учебно-методический материал рассчитан приблизительно на 25 часов аудиторных занятий.

В четвертой главе представлен сетевой компьютерный тренажер по распознаванию и ликвидации ГНВП, предназначенный для отработки коллективных действий персонала буровых предприятий и исследования динамических процессов в скважине. На тренажере выполняется подготовка противовыбросового оборудования к работе, распознавание ГНВП в процессе бурения, герметизация устья скважины и ликвидация ГНВП методом бурильщика. Тренажер функционирует на 5-и компьютерах, объединенных в локальную сеть (рис. 7).

Каждый пульт представляет собой компьютерную программу с типовым набором инструментов и приборов, отображенных на экране дисплея. Главный пульт предназначен для выбора варианта задания, вывода исходных данных,

приостановки или завершения тренировки, отображения процессов в скважине. Пульт бурильщика служит дня управления процессами в скважине: запуска насосов, включением ротора, лебедки, управлением тормозом, а также для наблюдения за показаниями приборов. На пульте управления гидроуправляемым дросселем производится регулировка сечения и чувствительности дросселя, изменение масштаба времени. Приборы показывают давления в бурильной колонне и перед дросселем. Пульт управления превекторами предназначен для герметизации устья скважины. Он обеспечивает открытие/закрытие КП скважины и наравляет потоки раствора на линии дросселирования и глушения. Блок дросселирования необходим для проведения процесса глушения скважины через гидроуправляемый или ручной дроссель. Он выполнен в двух вариантах - в виде компьютерной программы с управлением задвижками и ручным дросселем "мышью", и как механический макет, управляемый компьютером.

Щдш^учии ярттячршлт

Рис. 7. Сетевой компьютерный тренажер Разработана автономная программа генератора вариантов заданий для создания новых и корректировки существующих данных вариантов, отвечающих

региональным условиям (конструктивным особенностям скважин, набору бурового оборудования) и соответствующих регламенту проведения работ по герметизации устья скважины. Данные вариантов записываются в файл или в базу данных (в зависимости от версии тренажера). Представлены и описаны блок-схемы алгоритмов имитаторов процессов возникновения и ликвидации ГНВП.

Объекты сетевого компьютерного тренажера являются компьютерными аналогами реального оборудования и панелей индикации параметров процессов в скважине и могут быть однозначно огшсаны на формальном языке. Структура исходных данных является открытой, т.е. при необходимости введения нового устройства нужно описать новый объект в разделе объектов и включить его в описание всех процессов. Такой подход позволяет формировать сценарий тренажера на этапе выполнения программы и легко настраивать программный комплекс с учетом региональных условий. Перевод всех текстов и условных обозначений на пультах на любой разговорный язык обеспечивает функционирование тренажера на родном языке обучаемых без дополнительного программирования. Средства мультиязычного комплекса программ сетевого компьютерного тренажера были испытаны и функционируют на вьетнамском и русском языках на предприятии "Вьетсовпетро" во Вьетнаме, на русском и английском языках в Учебном центре "Досанг" ООО "Газобезопасность". В приложениях представлены следующие материалы: •характеристика обучаемого персонала буровых предприятий и задачи обучения противофонганной безопасности в соответствии с Временной инструкцией по предупреждению и ликвидации ГНВП при строительстве скважин, разработанной ОАО "Газпром";

•выписка из протокола совещания-учебы руководящих работников Гос-гортехнадзора России 13-17 сентября 1999 г;

•четыре акта о внедрении программных комплексов сетевого компьютерного тренажера и компьютерного учебника по ГНВП в подразделениях ООО "Газобезопасность".

23

III. Выводы

1. Разработаны новые технические средства обучения, тренировки и исследования динамических процессов в скважине при бурении и капитальном ремонте, возникновении и ликвидации ГНВП с целью повышения качества подготовки персонала буровых предприятий и совершенствования нормативных документов по глушению ГНВП.

2. Подготовлен комплекс взаимосвязанных математических моделей, позволяющий имитировать поведение нефтяной и газовой скважины в процессе бурения, возникновения и ликвидации ГНВП, истечения флюида через регулируемый дроссель.

3. Предложены модели движения в КП скважины двух и более пачек газа при наличии циркуляции промывочной жидкости.

4. Разработана объектно-ориентированная технология проектирования и реализации сценариев обучающих, контролирующих программ и сетевого компьютерного тренажера на этапе выполнения программы.

5. Впервые разработан компьютерный учебник по противофонтанной безопасности.

6. Разработан программный комплекс сетевого компьютерного тренажера, который позволяет позволяют исследовать различные режимы глушения скважин и обучать персонал непосредственно на буровых предприятиях (например, перед вскрытием продуктивного пласта).

По теме диссертации опубликованы следующие печатные работы:

1. Кувыкин B.C., Аксенов В.Е., Михалева Г.В. Тренажерный комплекс по распознаванию и ликвидации газонефтеводопроявлений (ГНВП). Тезисы докладов. IV Всероссийская научно-методическая конференция "Тренажеры и компьютеризация профессиональной подготовки". -М.: ГАНГ им. И.М. Губкина, 1994. с. 94-96.

2. Кувыкин B.C., Михалева Г.В. Компьютерные обучающие программы и тренажеры для подготовки кадров по противофонтанной безопасности. Тезисы докладов. III Всероссийская научно-практическая конференция с междуна-

родным участием "Новое в экологии и безопасности деятельности", -СПб.:

1998. т.З. с. 508.

3. Кувыкин B.C., Михалева Г.В. Система подготовки кадров для нефтегазовой отрасли. Тезисы докладов. 3-я научно-техническая конференция "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России", -М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 1999. с. 37.

4. Кувыкин B.C., Михалева Г.В. Распознавание и первоочередные действия при нефтегазоводопроявлениях. Компьютерный тренажер, (учебное пособие) на дискете. -М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 1999. 5 Мб.

5. Кувыкин B.C., Михалева Г.В. Методы ликвидации газонсфтеводопроявлений Компьютерный тренажер (учебное пособие) на дискете. -М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 1998. 5 Мб.

6. Кувыкин B.C., Михалева Г.В. Мобильный тренажер для аттестации персонала в системе экологической безопасности. Тезисы докладов. IV Всероссийская конференция "Новое в экологии и безопасности деятельности". -СПб.:

1999, т.З. с. 465.

7. Кувыкин B.C., Михалева Г.В. Компьютерная технология обучения вопросам противовыбросовой безопасности. Тезисы докладов. Выставка-конференция "КомпьюМаркетинг'96". -М.: КомпьюЛог, 1996. с. 21-22.

8. Кувыкин B.C., Михалева Г.В. Компьютерные технологии обучения в системе подготовки персонала. Рынок труда и кадровая политика нефтегазового комплекса России. Первая научно-практическая конференция. Тезисы докладов. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 1999. с 43-44.

9. Кувыкин B.C., Михалева Г .В., Решетов A.C., Блохин O.A. Система подготовки кадров по вопросам противофонтанной безопасности. Тезисы докладов. Всероссийская научная конференция "Фундаментальные проблемы нефти и газа". -М.: 1996. Круглый стол№ 3. Бурение.

10. Кувыкин B.C., Михалева Г.В., Пахунков Ю.И., Жаворонко А.И. Комплекс тренажеров и учебная буровая для подготовки и повышения квалификации персонала нефтегазовой отрасли. Сборник докладов научно-технического со-

вещания-семинара "Аналитическая диагностика и средства автоматизации Минатома для нефтегазового комплекса",-Обнинск: 1999. с.80-85. 11. Кувыкин B.C., Михалева Г.В., Яковенко H.A. Компьютер в роли экзаменатора. Надежность и сертификация оборудования для нефти и газа. № 3,1998.

12. Михалева Г.В., Синайский Э.Г., Кувыкин B.C. Математические модели процессов движения пачки газа в скважине, -М.: Изд-во университета дружбы народов, 1999. -26 с.

13. Kuvykin V., Mikhaleva G., Aksenov V. Computer Trainer For Well Control, International Conference of Engineering Education. Abstracts. -M.: 1995. p. 199.

c.47-49.