Подготовка квалифицированных операторов по добыче нефти, газа и газового конденсата — одна из ключевых задач кадрового обеспечения топливно-энергетического комплекса России. Профессиональный стандарт «Оператор по добыче нефти, газа и газового конденсата» (приказ Минтруда РФ №642н) предъявляет высокие требования к уровню компетенций специалистов 3–7 разрядов. Традиционные формы обучения, основанные на теоретических материалах и ограниченной производственной практике, не всегда позволяют в полной мере сформировать необходимые практические навыки.
Российская компания LContent, более 20 лет работающая в сфере разработки виртуальных тренажёров и имитационных комплексов, предлагает инновационное решение — программно-аппаратный учебный комплекс «Кустовая площадка». Этот тренажёр представляет собой цифровой полигон, полностью соответствующий требованиям профстандарта и позволяющий готовить специалистов в условиях, максимально приближенных к реальным.
Назначение и область применения
Тренажёр «Кустовая площадка» предназначен для подготовки студентов колледжей и вузов, а также для повышения квалификации и переподготовки производственного персонала нефтегазовой отрасли. Комплекс позволяет формировать и оценивать компетенции по следующим направлениям профессиональной деятельности:
- документационное обеспечение добычи углеводородного сырья (уровень 5);
- обеспечение добычи углеводородного сырья (уровень 6);
- организационно-техническое сопровождение добычи (уровень 6);
- организация работ по добыче (уровень 7);
- руководство работами по добыче (уровень 7);
- промышленная безопасность (Ростехнадзор);
- охрана труда и пожарная безопасность;
- электробезопасность.
Ключевая особенность тренажёра — обучение не в формате «слайдов», а через практику: запуск оборудования, вывод на режим, диагностика неисправностей, выполнение замеров и действий при авариях.
Архитектура и состав комплекса
Тренажёр «Кустовая площадка» представляет собой комплексное программно-техническое средство профессиональной подготовки, состоящее из трёх основных частей:
- Конструктивная часть — точная 3D-копия рабочего места оператора на кустовой площадке.
- Программная часть — адекватная математическая модель оборудования и технологических процессов.
- Дидактическая часть — рабочее место инструктора с программой оценки и контроля действий оператора.
В состав тренажёра входят следующие модули:
- модуль синтеза 3D-изображения и звука;
- модуль распределённых вычислений, математической модели и инструктора;
- модуль АСУТП (автоматизированной системы управления технологическим процессом);
- система формирования виртуальной и смешанной реальности.
Тренажёр может быть запущен на персональных компьютерах и ноутбуках под управлением MS Windows 7/10/11, а также Linux (Ubuntu, AstraLinux, AltLinux и др.). Предусмотрена полная поддержка оборудования виртуальной реальности (HTC VIVE, HTC VIVE PRO/PRO2, Index, Cosmos, PICO NEO и др.). Платформа также поддерживает использование VR-шлемов, тактильных жилетов и специализированных платформ для перемещения в виртуальном пространстве.
Моделируемое оборудование
Тренажёр охватывает полный спектр оборудования и технологий добычи углеводородов.
Устьевая арматура скважин различных типов:
- скважины, оборудованные УЭЦН (установками электроприводного центробежного насоса);
- скважины, оборудованные ШГН (штанговыми глубинными насосными установками);
- фонтанные скважины;
- газлифтные скважины;
- скважины с ВШН (винтовыми штанговыми насосами);
- нагнетательные скважины системы ППД (поддержания пластового давления);
- водозаборные скважины УЭЦН системы ППД;
- газовые и газоконденсатные скважины;
- скважины для закачки газа в пласт.
Оборудование наземной инфраструктуры:
- станции управления серии «Электон» (с преобразователем частоты и прямого пуска);
- трансформаторы тока (ТМПНГ и др.);
- скважинный эхолот-уровнемер «Судос»;
- автоматизированные групповые замерные установки (АГЗУ «Мера»);
- эстакады, дренажные ёмкости, молниеотводы, аншлаги;
- блоки гребенки и дополнительные элементы обвязки.
Специальная техника и оборудование:
- цементировочные агрегаты (ЦА);
- паропередвижные установки (ППУ);
- агрегаты для депарафинизации и промывки скважин (АДПМ);
- каротажные станции;
- скребки, лубрикаторы и др.
Средства безопасности:
- средства индивидуальной защиты (СИЗ);
- таблички безопасности;
- средства пожаротушения.
Учебные сценарии и задачи
В системе реализовано более 100 учебных сценариев, охватывающих все ключевые аспекты эксплуатации кустовой площадки. Среди них:
- изучение конструкции надземной и подземной частей оборудования;
- запуск и останов скважин различных типов (УЭЦН, УШГН, УШВН, фонтанных, нагнетательных);
- вывод на режим и оптимизация работы;
- замер дебита с использованием АГЗУ;
- отбор проб пластовой жидкости;
- проведение исследований скважин;
- опрессовка клапанов и лифта насосно-компрессорных труб;
- диагностика и устранение неисправностей;
- изменение длины хода и числа качаний станка-качалки;
- уравновешивание станка-качалки;
- построение регулировочных кривых и выбор оптимальных режимов;
- работа с установками дозирования реагентов (УДР);
- действия при аварийных ситуациях;
- соблюдение требований промышленной безопасности и охраны труда;
- выявление типичных нарушений при работе на кустовой площадке.
Каждый сценарий включает анимации, интерактивные задания и тестовые модули, что делает обучение наглядным и эффективным.
Режимы обучения
Обучение возможно в двух режимах:
Автоматический режим — обучаемый выполняет сценарии при помощи подсказок и указаний виртуального инструктора. В конце выполнения предусмотрена автоматическая объективная оценка действий. Этот режим особенно эффективен для начального этапа обучения и самостоятельной работы.
Инструкторский режим — подсказки и указания виртуального инструктора отсутствуют. Реальный преподаватель самостоятельно выбирает стартовые условия, вводит отказы и осложнения, управляет ходом учебного процесса и определяет итоговую оценку. Этот режим позволяет проводить объективную проверку сформированных компетенций и моделировать нештатные ситуации.
Математическая модель
В основе тренажёра лежит высокоточная математическая модель технологических процессов, обеспечивающая достоверное поведение оборудования и параметров. Модель с высокой адекватностью описывает механические, электрические, электронные, гидравлические, тепловые и энергетические компоненты, а также элементы управления системы АСУТП.
Тренажёр позволяет моделировать широкий спектр параметров:
- параметры скважин (контур питания, глубина, дебит, обводнённость, газовый фактор, пластовое давление, забойное давление, буферное давление, затрубное давление, статический и динамический уровни, коэффициент продуктивности);
- параметры пластов (глубина залегания, пластовое давление и температура, толщина, компонентный состав, пористость, проницаемость, нефтегазонасыщенность, вязкость флюида, пьезопроводность, гидропроводность);
- характеристики УЭЦН (подача, напор, потребляемая мощность, КПД, рабочая частота вращения, диаметр, термостойкость, наработка на отказ, глубина спуска);
- характеристики подземной части ШГН (диаметр плунжера, длина хода, тип насоса, глубина спуска, параметры штанг, коэффициент наполнения, зазор в паре «цилиндр-плунжер»);
- осложнения и отказы оборудования (клин задвижки, падение клина, неисправности показывающих устройств, фланцевых соединений).
Использована собственная технология автоматического синтеза математической модели объекта, что повышает качество и технико-экономические показатели тренажёра.
Конфигуратор учебных заданий
Встроенный конфигуратор позволяет преподавателю формировать уникальные учебные задания:
- изменять параметры скважин и пластов;
- задавать режимы работы оборудования;
- вводить отказы и осложнения различного характера.
Это даёт возможность адаптировать тренажёр под любую учебную программу и уровень подготовки обучаемых, а также создавать неограниченное количество вариаций учебных задач.
Методическое обеспечение
Тренажёр поставляется с полным комплектом методических материалов:
- учебные сценарии и задания;
- нормативно-техническая документация;
- формы отчётности (журналы, паспорта скважин, карты режимов);
- рекомендации для преподавателя;
- видеоинструкции по выполнению упражнений.
В процессе формирования учебных заданий автоматически генерируются паспорта скважин, карты вывода скважин на режим, оперативные журналы и другие необходимые документы, что в полной мере соответствует требованиям профессионального стандарта.
Интеграция в образовательный процесс
Тренажёр может быть напрямую интегрирован в образовательный процесс колледжей и вузов. Предусмотрена интеграция с LMS-системами для контроля успеваемости, фиксации действий студентов и анализа результатов обучения. Система может работать в полностью автономном режиме без подключения к интернету, что гарантирует соответствие внутренним требованиям учебных заведений.
Комплекс успешно внедрён в Тюменском межрегиональном инновационном колледже «Альянс», Оренбургском государственном университете, а также в учебных заведениях других регионов.
Текст: Сергей Петров
Фото: компания LContent