高职钻井技术专业钻井模拟培训系统应用探索

摘要：高职钻井技术专业要求学生有较好的钻井工艺理论基础和较强的钻井实践操作技能，但由于钻井施工风险大、成本高、操作程序复杂，在培养学生实践操作技能方面有很多困难。通过应用钻井模拟培训系统，不仅可以大大提高培训的效率，节约培训成本，而且能够激发学生学习的兴趣。

关键词：高职；钻井技术专业；钻井模拟培训系统；实训教学

中图分类号：G718 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2013）07-0171-02

高职钻井技术专业的培养目标是具备石油与天然气钻井专业理论与实际操作基本知识和基本技能，可在石油与天然气勘探开发生产一线从事钻井、完井、试油及井下作业等生产技术和管理方面工作的高技能应用型人才。

该类专业是实践性很强的专业，学生通常在接受了一定的理论知识后，通过相应的实训和实习来锻炼素质和培养自身技能。所以，实践教学是该专业教学的一个重要环节。但实践教学也是目前教学的薄弱环节，主要体现在学生实践经验缺乏、工程意识淡薄、技术及原理讲解困难等方面。

目前，高职钻井技术专业在实践教学的组织上，采用的方法主要有案例教学、课程设计教学、校内实训教学和校外实习教学，其中校内实训教学主要采用仿真模拟教学方法。仿真模拟可以分为物理模拟和计算机模拟两大类，物理模拟主要通过对实物模型的观摩认识、讲解说明、模拟演示、拆装练习等方式完成实训，它的优点是直接、形象、易信，但模型受限、易破坏、难以重用。钻井模拟培训系统属于计算机模拟。计算机模拟在实践教学中有很多优势，它可以模拟先进的工艺措施、仪器设备，而且可以重复演示、反复使用，这种模拟是多方面、多角度的。

高职钻井技术专业钻井模拟培训系统的特点

钻井模拟培训系统能够创造出一种以锻炼受训者专业实践技能为目的，与钻井施工现场非常相似的模拟实训环境。受训者在该环境下进行实践操作，能强化他们对理论知识的理解和掌握，同时也能提高他们将理论转化为实际应用的能力。以西南石油大学计算机学院开发的DS-7B钻井模拟培训系统为例，该系统提供了钻井现场共23种工况的模拟，每一种工况按照现场施工预先设计了操作程序，受训者必须按照现场的操作程序一步一步地进行操作才能够完成相应的工况。而在完成每一种工况的操作过程中，受训者需要不断思考自己所学的钻井工程理论知识，不断尝试每一个步骤的操作。DS-7B钻井模拟培训系统的绝大多数操作和真实钻机完全相同，司钻操作台、司钻关井控制台、远程控制系统等设备都是按照一比一的比例仿真实钻机设计，操作者有完全真实的操作体验和感受。钻井模拟培训系统的优点如下。

经济性 对像钻井施工这种设备复杂、耗材多的大型工程项目，若使用真实的钻机进行现场实战性培训，其费用是相当惊人的。而钻井模拟器的使用可以使受训者在最终接受实战训练前，对钻井施工中的各种工况进行反复练习，达到相当的熟练程度，并大大减少实战培训的次数和恶性事故发生的几率可以极大地减少费用。

可重复性 对于钻井施工人员来说，除了熟练掌握常规钻井技术和操作外，对突发性事件也需要进行快速的判断和处理。在实际钻井中，突发事件的发生应是尽量避免的。而如果使用钻井模拟器，则可以重复性地模拟各种突况，使受训者有足够的机会接受突发事件的挑战。

高效性 在具体操作训练中，钻井模拟培训系统省去了对材料、仪器、设备的准备过程，操作完成后，也节省了回收时间。学员可以轻松地对操作过程初始化，有些实际操作只需要按一个按钮就能完成，这极大地提高了培训效率。

直观性 钻井模拟培训系统通过大量动画直观再现钻井工艺过程和原理。在DS-7B系统中，可以看到环形防喷器和闸板防喷器开关井的动作，可以看到钻头在地层中钻进的情形。在压井过程中，可以看到压井液循环的情形和立管压力、套管压力变化曲线，而这些在实钻现场都是看不到的。

可普及性 由于钻井模拟培训系统主要是通过计算机程序结合一些硬件设备来完成相应操作的，它不受实际钻机设备和材料的影响，也不受时间和环境限制，因此可以在任何油田企业或职业教育培训部门安装应用，具有很好的推广普及性。

钻井模拟培训系统实训教学法的实施

制定钻井模拟实训计划 教师在授课之前应根据高职钻井技术专业人才培养方案和《钻井施工技术》课程标准制定钻井模拟实训计划，实训计划包括实训科目及要求、计划及进度、课时分配、重难点、时间及地点等内容。然后，根据实训计划制定课表并告诉学生相应的安排。

钻井模拟实训教学的具体方法 （1）观摩认识。学生第一次接触钻井模拟培训系统时，应该先对整个系统作一个初步了解，内容包括了解系统各部分的名称和组成、各部分的作用和工作原理、系统的工作原理、操作注意事项、开关系统的步骤、初始状态的调节、简单故障的处理等。这些内容可以减少学生在后续实训中遇到的麻烦。（2）理论讲解。每一个工况实训之前都应有讲解说明，讲解内容包括该工况最基本的原理，操作时的准备工作、操作步骤、注意事项等。以DS-7B钻井模拟培训系统为例，在模拟正常钻进条件下的关井工况时，必须讲清楚什么是关井，为什么要关井，关井的原理是什么，关井要用到哪些设备，“四七”动作是如何进行关井操作的，关井的准备工作和注意事项有哪些。这些内容可以消除学生在实训操作时的许多疑问。（3）操作示范。理论讲解完毕并基本理解之后，由教师对具体的工况进行操作示范，操作示范可以重复2～3次，在操作示范中对每一个操作步骤进行详细讲解。操作示范必须严格按照模拟器操作使用指导书进行规范操作，这可能需要教师在上课之前做较长时间的准备。（4）操作训练。操作示范之后，由学生进行尝试性操作，也就是操作训练，这个过程持续的时间比较长，原则是要保证每名学生都有充分的时间来熟练每一个工况的操作，同时注意操作的规范性和准确性。在学生操作过程中，教师要注意与学生的交流互动，对出现的问题进行及时解答并参与探讨。（5）操作点评。所有学生操作训练完成之后，要进行操作点评，当然可以针对某一名学生的情况进行点评，或者对多数学生的共同特点进行点评，指出其操作的可取之处和需要努力改进的方向。（6）实训考核。实训考核是校内实训教学一个很重要的环节。DS-7B钻井模拟培训系统设计的考试系统，将实训考核变得简单方便。可以预先在主控机上将培训模式设置成考试模式，这样每个学生在操作完毕之后，计算机就会对他们的操作给出相应的成绩。

钻井模拟实训教学的实施 以DS-7B钻井模拟培训系统为例，它共设计了23种工况的模拟，这些工况可以概括为6大类，分别是下钻操作、起钻操作、钻进操作、事故及复杂处理、关井操作和压井操作。在实训教学中，可以将这6大类工况分为6个项目或6个情境进行组织和实施，每一个项目作为一个独立的教学单元，有教学目的和要求，教学重点和难点，教学方法和实施步骤，教学效果的评估等。实训教学最好能与《钻井施工技术》课程进度相适应，在学生掌握一定专业知识的基础上，重点讲解和训练每一个项目中的一两种工况，其余的工况可以作为课外延伸的内容让学生自己思考和探索，从而有助于他们综合能力的提高。

钻井模拟培训系统的应用效果

钻井工艺过程变得更直观 DS-7B钻井模拟培训系统的所有操作都是通过动画展现在受训者面前的，这些动画形象地展现了现实的场景、设备动作、人员操作、施工过程，再结合逼真的音响效果，使复杂的钻井工艺过程变得一目了然。

钻井工艺操作变得更现实 DS-7B钻井模拟培训系统的绝大多数操作和现场是完全一致的，而且很多设备也是按照一比一的比例设计的。比如，刹把的外形和手感、指重表的反映、离合器的操作都和真实钻机完全相同。这样，学生就有更多机会接触并感受钻井工艺的操作。

钻井工艺理论变得更有趣 对于一些复杂抽象的钻井工艺理论，单向和被动的接受通常会使人感觉乏味和无趣。DS-7B钻井模拟培训系统可以充分调动人的各种感官和肢体动作，同时结合大脑的记忆、分析、联想和决策，将所学复杂抽象理论应用到实际中，这样就使学习变得更有趣味。

钻井工艺课程教学变得更有效 钻井模拟培训教学具有很好的交互性，学生在培训中完全沉浸在模拟器所设置的钻井场景中，与虚拟环境之间有多维信息交互作用。学生在定性和定量综合集成的虚拟环境中，可以获得对操作对象的感性和理性认识。

钻井模拟培训系统发展展望

钻井模拟培训系统还在不断的发展和完善中，其发展趋势有以下三方面。

精细化 DS-7B钻井模拟培训系统主要模拟带顶驱的电动钻机在陆地钻井时的相关操作，随着钻井技术的发展，各种钻井新技术不断出现，各种钻井新设备不断应用，这就需要更为精细的钻井模拟设备和程序来完成相应模拟。

智能化 DS-7B钻井模拟培训系统将具体的钻井操作设计成了一系列固定的程序，这些程序的智能化程度还不是很高，不能完全按照钻井现场的操作进行训练。如果能够将这些程序变得更智能化，使它们模拟的场景和现场完全一致，就可以进一步提高培训的效率。

网络化 DS-7B钻井模拟培训系统属于单机版培训系统，不能在线升级，也不能提供其他网络服务。如果钻井模拟培训系统能够和互联网结合起来，通过网络实现网上模拟、更新、升级等，模拟培训功能将会变得更强大。

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作者简介：

宋文（1984—），男，陕西咸阳人，延安职业技术学院石油工程系助教，研究方向为石油职业教育。