一、地下油气形成聚集地质过程实验软/课件系统

包含4个环节共10类场景虚拟仿真场景

环节1、油气的形成过程

场景（1）海相烃源岩熟化过程与烃类生成

需要反映给定海洋环境中的藻类、浮游生物类有机质在高温和压力环境因素作用下，有机质逐渐发生熟化，干酪根开始降解，各种烃类基团开始脱离形成油气，吸附在有机质及粘土矿物附近。随着成熟度升高进入生油窗，油气增多，烃源岩内压力开始积聚，油气开始排烃。随着成熟度进入湿气窗，石油开始裂解成天然气这样的过程

场景（2）陆相（湖相）烃源岩熟化过程与烃类生成

需要反映出给定的湖泊边部沼泽环境高等植物等中在高温和压力环境因素作用下，有机质快速埋藏，成为泥炭和褐煤，进而继续熟化成烟煤、无烟煤（可以用褐色、深色到黑色的色调变化来表征）。低煤阶（褐煤）阶段产少量CO2,随煤阶进入中煤阶，开始产出甲烷和少量氮气，CO2基本保持不变；进入高煤阶（无烟煤）阶段甲烷大量生成，N2和CO2保持保持不变

环节2、油气的运移过程

场景（3）超压与油气初次运移过程

需要反映出给定地层中伴随油气的产生，孔隙流体数量和地层压力增加，上覆地层产生微裂缝，油气周期性的排烃过程。

场景（4）油气二次运移过程

建立给定样式的断层、不整合面及二者的复合等3种运移通道类型的油气运移过程

环节3、油气的聚集与破坏

以大盆地和圈闭为主要场景，通过虚拟现实技术模拟石油、天然气和水在地下的储存形态，帮助学生更方便的展示并观察不同类型油气藏的地下地质特点和油气充注过程，包括储集空间、油气赋存、流体分布等，从而能够更好的对其展开分析研究。油气的聚集聚集具体内容包括第（5）-（8）项，而（9）项为油气破坏过程。

场景（5）给定的背斜型圈闭油气充注过程

场景（6）给定的断层型圈闭油气充注过程

场景（7）给定的岩性圈闭油气充注过程

场景（8）给定的不整合圈闭油气充注过程

场景（9）给定的油藏保存与破坏过程

地壳抬升，油藏饱和度降低,这就直接导致了油溶气析出，导致油气溢散；部分区域油气遭到氧化或地下水的冲刷；油气藏形成以后产生的断层,以及早期断层后期又有继承性活动的开启性断层活动，导致油气散失

环节4、评分系统

包括指标考核、操作步骤考核、质量评分和错误扣分、分区分角色操作评定；可保存评分记录文件。利用教师站可以方便的对学员机的项目进行统一启动和控制；实时显示得分，获取成绩，对成绩进行统计等。

 二、可溶与不溶有机质分离虚拟实验软件系统

实验项目内容包括11大模块：泥岩样品成分介绍、样品前处理、可溶实验、不可溶实验等。

1.仪器和设备：

耐氢氟酸反应容器、带加热的磁力搅拌器、转子、搅棒、离心机（最高转速不低于4000r/min，配带体积约50ml的离心管）、电热干燥箱（最高温度不低于200℃）、电冰箱（冷冻温度低于5℃）、超声波清洗器或振荡器（输出功率250W）、瓷钵、玛瑙研钵（直径约8cm）、密度计（相对密度测量范围为1.00－2.50）、坩埚、高温炉、分析天平（用于烧失量测定）、密封式化验制样粉碎机、标准检验筛（0.18mm、0.5mm、1.0mm）（用于样品制备）。

2.试剂和材料：

盐酸：化学纯，配成1mol/L、6mol/L的溶液

氢氟酸：化学纯

冰醋酸：化学纯

无砷锌粒：分析纯

氯仿：分析纯

硝酸银：分析纯，配成质量分数为1％溶液

重液：相对密度为：2.0－2.1的有关溶液    PH试纸

3.泥岩样品成分介绍

1）成分演化过程要求通过动画展示无机质点和有机质点的沉积和埋藏过程。

2）现今地下岩石组成：以图和文字方式介绍岩石中无机和有机组成类型及赋存状态，并标注与现今油气藏中烃类之间的对应关系。

3）获得岩石样品：动画展示取芯过程。

4.样品前处理

1）粉碎：样品在40-45℃下干燥4小时以上，在＜50℃下粉碎，并用100目分样筛筛分，图片和文字展示目的概念以及不同目数区别。要体现出在高温下粉碎，轻烃组分将散失这个事项。

2）装样：根据岩性称取适量样品，装入滤纸筒中。

5.可溶有机质分离

1）样品载入：将包好的样品装入抽提器样品室中，在底瓶中加入1/2~2/3容量的氯仿和数块铜片。

2）抽提过程：将底瓶温度控制在≤85℃，动画展示氯仿及抽提物受热蒸发，冷凝、回流至底瓶的过程。

3）抽提物浓缩：将获得的抽提物溶液置于旋转蒸发仪中，设置蒸空度和水浴锅的加热温度，使得溶剂挥发、抽提物浓缩；将浓缩液经过过滤转移至称量瓶中，在温度≤40℃下挥发至干。

6.不溶有机质分离

1）酸处理：将60g样品置于聚四氟乙烯烧杯中，缓慢加入过量6mol/L的盐酸，并置于磁力搅拌器上搅拌；动画展示反应冒泡过程，附上反应式示意盐酸将碳酸盐矿物去除；除去清液至废液桶，并加蒸馏水洗涤至若酸性。此过程需要动画展示如果加酸过快的后果

2）依次缓慢加入6mol/L的盐酸和质量分数为40％的氢氟酸（二者比例1:3）；置于磁力搅拌器上搅拌；附上反应式示意氢氟酸将硅酸盐矿物去除；除去清液至废液桶，并加蒸馏水洗涤至若酸性。需要动画展示用玻璃烧杯的后果。

3）缓慢加入过量的6mol/L盐酸，置于磁力搅拌器上搅拌；附上反应式示意盐酸将氟化物去除；除去清液至废液桶，并加蒸馏水洗涤至若酸性。

7.重液浮选原理：动画展示酸处理后干酪根与残余矿物的赋存状态，分别展示二者的密度；配置密度为2.0-2.1的溴化锌-溴化钾重液。

8.重液浮选过程：将样品置于聚四氟乙烯离心管内，加入重液，用超声波或振荡器处理，动画展示该过程中干酪根与残余矿物的分散过程；将离心管置于离心机内离心20分钟，动画展示干酪根的上浮分离过程，需要动画展示重液密度偏低的后果。

9.重液浮选结果：取出上部干酪根，用蒸馏水洗涤。

10.氯仿清洗、干燥、研磨、称量：将干酪根依次置于电冰箱和干燥箱中冷冻和干燥；用氯仿清洗，动画展示去除可溶有机质过程，并再次烘干，进行研磨、称量和装瓶。

11.实验报告中要体现：

1）思考题1：思考获得可溶有机质后可开展的后续实验项目，以文字和图片形式展示。

2）思考题2：思考获得干酪根后可开展的后续实验项目，以文字和图片形式展示。

三、等温吸附虚拟实验软件系统

1.实验要求构建等温吸附仪的三维仿真模型：包括气路部分，采集控制系统。

2.三维模型主要部件，可拆卸、切片；样品仓部分可拆卸，安装样品；各阀门可模拟开关，显示气体流动。

3.学生可自己设计实验、包括样品量、实验温度、气体压力等的设计，系统根据设计参数模拟运行，可观察到相应的实验现象。

4.电子显示部分可根据设定条件显示相应数据采集过程，数据采集根据学生输入的基础数据，根据吸附原理随机获取。

5.具有实验数据记录和实验报告处理和提交功能。

6.具有样品预处理模块，包括样品的平衡水或干燥处理。

7.煤层气等温吸附系统功能要求

   整个设备由恒温油槽控制系统、气动控制系统、机械执行机构、数据采集控制系统等四个子系统组成。煤层气等温吸附系统主要完成样品煤层气吸附及解吸全过程中的数据采样、数据处理、曲线分析等。要求实现以下功能：

(1)提供4个独立样品罐和参考罐煤层气吸附和解吸全过程实验条件；

(2)实验吸附及解吸压力范围：0～40MPa；

(3)压力数据采集精度优于±0.05%FS；

(4)提供恒温实验条件，实验温度可设定，温度范围：室温～90℃；

(5)实验步骤数量可设定，实验压力可设定；

(6)气源与样品罐、样品罐与参考罐压力自动平衡；

(7)实验流程可设定为自动完成或人工干预完成；

(8)提供实验数据处理、曲线分析；

 四、盆地构造虚拟仿真实验软件系统

包括4大模块：盆地构造虚拟仿真实验建设虚拟仿真系统、挤压构造物理模拟实验、滚动背斜物理模拟实验、走滑物理模拟实验

其中盆地构造虚拟仿真实验建设虚拟仿真系统包括10大类27种构造展示：

伸展构造、压缩构造、走滑构造、反转构造、底辟构造、生长构造样式、潜山披覆构造、不整合构造、板块构造、盆地。

 五、下苇甸碳酸盐岩沉积相虚拟教学软件

该实验以北京门头沟下苇甸地区某碳酸盐岩露头为为基础，结合3D建模、计算机网络、动画模拟、人机交互等手段，逼真展示野外地质考察。

   展示内容包括：旋回观察、碳酸盐岩岩性和沉积结构分析、沉积构造和沉积相分析。

 六、滦平盆地湖相沉积野外实践虚拟仿真实验软件

包括5大模块：数据库管理、沉积环境学习、地质年代漫游、沉积体系漫游、野外沉积实验

1数据库管理模块

目前有10条数字露头数据库，超过200个全景观察点，超过300个热点观察内容

2沉积环境学习模块

了解各种沉积环境在地球上所对应的位置和了解沉积环境的基本知识。

3地质年代漫游

中生代地层构造展示与地层相对应的数字露头，VR全景观察点的学习。

4沉积体系漫游

湖相沙盘与剖面的展示与沉积相相对应的数字露头.

5野外沉积实验

虚拟三维场景的野外基本测量和课堂实验测试自动批改。

 七、钻井虚拟实验教学软件

包括4大模块：设备介绍模块、钻井过程模块、固井过程模块、井控过程模块

1、钻井设备介绍及认知学习模块

钻井地面设备建模，包括：

动力系统（柴油机组、发电机组等）；

起升系统（底座、井架、绞车、天车、油车、大钩、钢丝绳等）；

旋转系统（转盘、水龙头、方钻杆等）

循环系统（钻井液泵、地面管汇、钻井液池、钻井液净化设备、振动筛等）

井控系统（液压防喷器、节流压井管汇、钻具内防喷工具等）

其余的有：液压大钳、吊卡等

井下设备建模，包括：

钻头（PDC钻头、展现钻头喷嘴）、钻柱（方钻杆、钻杆、钻铤、下部钻具组合、钻杆接头）、套管等

通过该模块学生能够交互的查看各种设备，进行360度旋转、

可以拉近拉远视角观看，点击设备可以高亮显示并出现设备介绍，从而使学生能够认识不同的钻井设备

2钻井过程模拟

钻井液循环过程模拟

通过三维动画的形式，展示钻井液在整个循环系统中流动时，会有相应流动的效果；可局部放大展示钻头附近岩屑生成和向上运移的过程；

循环系统的开启是通过点击钻井液泵上的开关进行控制的；可进行剖面观察；

钻井过程模拟

通过三维动画的形式，展示展示整个钻井过程中，设备工作流程。其中机械钻速、钻头磨损前可钻深度是可预先设定；开始钻进、起钻、

下钻等过程都是通过开关按钮进行控制的；可局部放大观察钻头旋转破碎岩石过程；可进行剖面观察；

3 固井过程模拟

下套管过程模拟

通过三维动画，模拟当钻进深度达到设计的某一开井深时，将钻杆和钻头取出、下入设计深度的套管（表层套管、技术套管和生产套管）的过程。

下入套管过程是通过开关按钮进行控制的；可进行剖面观察；

注水泥过程模拟

通过三维动画，模拟注入水泥的整个过程。

可进行剖面观察；不同的固井过程（注前置液过程、顶替水泥浆过程）通过开关进行操作的。

4井控过程模拟

溢流过程模拟

通过三维动画，模拟钻井平台溢流过程；溢流报警器报警可通过警告信息弹出框进行提示；可进行剖面观察；可展示溢流后的钻井参数变化趋势；

溢流报警器后，工作人员可进行不同的操作（关井、继续钻井），若是选择关井，则进入到井控过程模拟，若是选择继续钻井，则展示井喷危害的视频或者动画

井控过程模拟

通过三维动画，模拟井控过程；可让操作人员选择两种不同的井控过程（司钻法和工程师法）；可展示整个井控过程中的立管压力、套管压力的变化曲线；

加重钻井液需要与原始钻井液区分开（可通过不同颜色进行区分）

 八、采油工程虚拟实验教学软件

包括5大模块：导览模式、课件学习、部件学习、原理学习、试题测试

1导览模式

提供采油工程虚拟仿真内容包含有杆泵采油、水力压裂、垂直气液两相管流、气举、注水、酸化、电潜泵、螺杆泵、水力射流泵和水力活塞泵等10个模块供学生有效预习课程内容，系统展示个教学模块的知识点，全面掌握整门课程的知识内容。

2课件学习

展示此模块对应的教学课件。

3部件学习

针对性的介绍工作设备，介绍设备的作用及原理。

4原理学习

动画展示工作过程，展示各模块相关工艺过程、设备基本原理。

5试题测试

提供学生进行自主测试的功能，并能够实时反映答题结果，包括错题展示，分数展示，答题数量等，学生通过学习后可针对通过试卷检测所学内容理解实验原理，检验所学实验涉及的所有知识点。

九、虚拟实验室管理平台软件

能源实验教学中心主体位于科研楼七层和六层东半部分，总共有实验室40间，按照功能可分为沉积与储层分室、有机地化分室、煤层气分室、页岩气分室、构造与成藏分室、虚拟仿真分室、钻井工程分室、采油工程分室共8类。每间实验室中包含仪器众多。

能源实验中心实验教学综合管理平台具有五大功能模块，分别为：

1能源实验中心虚拟漫游和仪器展示模块

2实验室、仪器预约管理功能模块

3信息发布功能模块

4实验设备管理功能模块

5系统管理功能模块