Введение к работе
І.
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 (Госгортехнадзора России), предусматривают обязательную регулярную переподготовку персонала буровых ггредлрнятий 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
4 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 центрах, 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
5 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 противофонтанной 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.
-
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.
-
Впервые разработан компьютерный учебник по противофонтанной безопасности с развитыми диалоговыми средствами обучения и контроля знаний.
-
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.
-
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:
\. 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.
-
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 н 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.
-
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.
-
Комплекс обучающих, контролирующих программ и сетевой компьютерный тренажер позволяют проводить как обучение персонала противофон-танной безопасности, так и исследование гидродинамических процессов в
7 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. Вунг Тау, 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, 1996);
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
8 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.
Похожие диссертации на Компьютерные технологии исследованияпроцессов газонефтеводопроявленийи обучения персонала по противофонтаннойбезопасности
