教學(xué)資源和平臺(tái)
三維嚴(yán)肅游戲虛擬仿真平臺(tái)
（1）交互和漫游式井控虛擬系統(tǒng)
為了解決上述基于半實(shí)物仿真系統(tǒng)投資大，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐操作只能在安裝仿真設(shè)備的場(chǎng)所進(jìn)行、可同時(shí)實(shí)驗(yàn)的人數(shù)受限， 以及無(wú)法實(shí)現(xiàn)異地多人協(xié)同工作、無(wú)法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享等方面的不足，我校組織團(tuán)隊(duì)，采用嚴(yán)肅游戲理論，基于油氣鉆采行業(yè)規(guī)范、 現(xiàn)場(chǎng)操作規(guī)程及經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐驗(yàn)證過(guò)的成熟的理論計(jì)算模型，以計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)為核心，綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、 多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等，開(kāi)發(fā)了可在PC機(jī)運(yùn)行的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)可節(jié)約實(shí)物仿真系統(tǒng)的硬件成本，增加仿真實(shí)驗(yàn)的靈活性、 趣味性和實(shí)驗(yàn)人員參與的主動(dòng)性。根據(jù)需要，可設(shè)計(jì)為單機(jī)版和網(wǎng)絡(luò)版，便于學(xué)生靈活安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)，充分利用網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)資源， 完成教學(xué)大綱規(guī)定的理論實(shí)驗(yàn)和技能實(shí)踐，可增加資源的共享性程度和受眾面。
目前單機(jī)版的油氣鉆井井控虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊已開(kāi)發(fā)完成并已投入使用。
功能和效果：
應(yīng)用該系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)際操作技能訓(xùn)練人員可通過(guò)人機(jī)界面，交互式設(shè)置地層條件、井眼條件，并根據(jù)地層條件和井眼條件配置作業(yè)設(shè)備、工程施工參數(shù)， 系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)，生成虛擬的地層環(huán)境、井筒環(huán)境、地面及井下作業(yè)裝備環(huán)境。用直觀(guān)的三維實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)和虛擬設(shè)備上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)反映設(shè)備的運(yùn)行狀況、 井眼結(jié)構(gòu)及地層環(huán)境、井內(nèi)流體及地層流體的流動(dòng)狀態(tài)、理論或模擬數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示，模擬異常情況及現(xiàn)象，并對(duì)操作過(guò)程和操作情況進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià)。
實(shí)驗(yàn)者可扮演某個(gè)工作崗位，在井場(chǎng)中漫游，通過(guò)操作虛擬設(shè)備和觀(guān)察虛擬儀器儀表數(shù)據(jù)，根據(jù)所學(xué)知識(shí)，不斷分析判斷作業(yè)工況， 調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)來(lái)完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和技能訓(xùn)練項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)油氣鉆井井控原理、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐和工作操作技能的有機(jī)結(jié)合。 能實(shí)現(xiàn)上述半實(shí)物仿真鉆井及井控模擬器的井控方面的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和技能實(shí)踐功能。系統(tǒng)如圖1～圖6所示。
圖1鉆井井控虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)
圖2鉆井井控虛擬拆裝實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊
圖3虛擬仿真實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)、設(shè)備配置人機(jī)界面
圖4三維虛擬仿真井場(chǎng)中交互操作與參數(shù)調(diào)整
圖5三維虛擬仿真井場(chǎng)中交互漫游
圖6 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程紀(jì)錄和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
該系統(tǒng)支持的專(zhuān)業(yè)面、課程和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與半實(shí)物仿真操作系統(tǒng)相同。
（2）油氣開(kāi)采安全事故仿真系統(tǒng)(含應(yīng)急預(yù)案)
油氣開(kāi)采過(guò)程中，由于特殊的高溫、高壓、腐蝕作業(yè)條件和油氣易于擴(kuò)散的特性，也可能含有硫化氫等有毒氣體，作業(yè)過(guò)程中發(fā)生安全事故， 一旦處置不當(dāng)，容易造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人畜傷亡、環(huán)境污染等社會(huì)危害。這種高危、復(fù)雜的工程事故無(wú)法用實(shí)際實(shí)驗(yàn)來(lái)反演和分析， 只能基于計(jì)算仿真技術(shù)再現(xiàn)事故過(guò)程、分析原因及后果、給出應(yīng)急處理策略、規(guī)劃公眾逃生方案等。我校已將油氣安全事故仿真分析的科研成果用于教學(xué)， 已完成井噴失控仿真分析平臺(tái)的建設(shè)，可用于石油與天然氣工程相關(guān)專(zhuān)業(yè)的油氣開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及安全教育，也可作為社會(huì)公眾共享資源， 普及油氣開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)急逃生知識(shí)。典型事故仿真如圖7～圖9所示。
圖7井噴原因、過(guò)程虛擬仿真反演
圖8 “虛實(shí)”結(jié)合的井噴失控有毒氣體復(fù)雜地形擴(kuò)散仿真分析系統(tǒng)
圖9 井噴應(yīng)急方案演練虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)
通過(guò)對(duì)這些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的合理利用、持續(xù)建設(shè)與共享，可滿(mǎn)足石油與天然氣工程相關(guān)學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，克服了真實(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中成本高、 資源（包括能源和試驗(yàn)原材料）消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。能夠較好地為本科生、碩士生和博士生等不同層次人才開(kāi)展基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)， 培養(yǎng)其工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。也可為企業(yè)提供職工職業(yè)技能訓(xùn)練和職業(yè)技能鑒定服務(wù)。