钻井工程是利用大型机械设备，在地层中钻出几千米到上万米的圆柱形孔眼的工程，涉及技术、工艺和装备多，是一项集成多种技术的大型特种作业，具有作业成本高、操作难度大、安全风险高以及井下工况不可视的特点。为了真实再现钻井工程作业现场，解决学生“校外实习难、校内难实习”难题，中心通过多种方式完成了对钻井工艺、井控工艺、固井工艺等主要作业和装备的虚拟仿真，形成了钻井工程虚拟仿真教学模块，共计3个子模块“四层次”31个实验项目，见下表2-3-2，其中自主原创项目15个，科研转化项目6个，合作开发项目8个，年均完成教学学时近2.1万人时/年，基本满足了相关专业的实验需求，同时为大学生科技创新提供支撑。

面向专业：石油工程、海洋油气工程、应用化学、机械制造设计及其自动化、安全工程等。

服务课程：钻井工程、石油工程概论、海洋石油工程概论、石油钻采工艺、工程流体力学、石油机械、钻井新技术、钻井模拟操作实训等。

开设项目：

1）钻井工艺虚拟仿真：

①基础认知：通过视频、动画等形象、生动地再现直井、水平井、多分枝井等钻井工艺流程，以及钻机八大件、钻井井下工具等设备内部结构、功能原理，加强专业课程理论知识认知；

②虚拟实验：通过网络实验平台和虚拟实验软件，在虚拟环境中开展钻井井场布置、泥浆性能测定等专业实验，在提高学生实验效率的同时，加深学生专业知识掌握程度；

③仿真实训：通过虚拟软件和互动操作设备，多次、重复进行钻井操作，可开展起下钻、接单跟、正常钻进等钻机常规操作，沉砂卡钻、泥包卡钻、公锥打捞、落物磨铣等钻井事故操作，控制波动压力钻进、异常压力地层钻井、蹩跳下的钻进等特殊钻井工艺操作共计15项大型、综合仿真实训，加强学生工程实践和协作能力；

④创新实践：通过专业设计软件Landmark、Ansys、Fluent和自主开发软件等，针对工程实际问题，进行钻井参数优化，包括钻井水力参数优化、井眼轨道优化、地层压力预测、钻柱强度设计、井壁稳定性判断等，或开展虚拟实验，包括环空岩屑运移实验、钻杆磨损实验等，培养学生创新能力。

2）井控工艺虚拟仿真

①基础认知：通过视频、动画等形象、生动地再现井控工艺、井控防喷器、压井管汇等设备内部结构、功能原理，加强专业课程理论知识认知；

②虚拟实验：通过网络实验平台和虚拟实验软件，在虚拟环境中开展井控关井流程、压井操作流程、井控设备拆装等专业实验，在提高学生实验效率的同时，加深学生专业知识掌握程度；

③仿真实训：通过虚拟软件和互动操作设备，多次、重复进行井控操作，可开展井控软关井、硬关井操作，司钻法、工程师法等常规压井操作，超重司钻法、置换法等非常规压井操作共计8项大型、综合仿真实训，加强学生工程实践和协作能力；

④创新实践：通过专业设计软件Landmark、Fluent等，或自主开发的压井设计软件，针对工程实际问题，进行工程师法、司钻法、超重司钻法、置换法等井控压井参数优化，或开展虚拟实验，包括环空气侵实验、环空液侵实验等，培养学生创新能力。

3）固井工艺虚拟仿真：

①基础认知：通过视频、动画等形象、生动地再现固井工艺流程，以及固井套管串、固井工具、固井车等设备内部结构、功能原理，加强专业课程理论知识认知；

②虚拟实验：通过网络实验平台和虚拟实验软件，在虚拟环境中开展固井工艺流程操作、固井套管串组装、水泥浆性能测定等专业实验，在提高学生实验效率的同时，加深学生专业知识掌握程度；

③仿真实训：通过虚拟软件和互动操作设备，多次、重复进行固井操作，可开展下套管、注水泥、替泥浆、压胶塞、起管柱等常规固井操作，尾管固井、热采应力固井等非常规固井工艺操作共计12项大型、综合仿真实训，加强学生工程实践和协作能力；

固井多人协同虚拟实训

④创新实践：通过专业设计软件Landmark、Ansys、Fluent等，或自主开发的固井设计软件，针对工程实际问题，进行固井工艺参数优化，包括套管强度设计、下套管摩阻扭矩预测、注水泥流动参数优化等，或开展虚拟实验，包括水泥浆顶替实验、套管受力实验等，培养学生创新能力。

经过多年建设，该模块项目齐全，再现了常规钻井的绝大部分主要作业，使得早期仅能书面认知的、室内无法开展的许多现场操作成为可多次、重复再现的实验、实训项目，有力的提高了学生工程实践和创新能力。但是，非常规钻井技术的发展以及油气开发从陆地向海洋的转变对实验教学提出了新的要求，未来中心将在完善现有实验（实训）项目的同时，加强非常规钻井、固井、井控、海洋钻井等工艺和装备的虚拟仿真实验（实训）项目开发。

钻井工程虚拟仿真模块实验项目表