压裂现场教学仿真实训模型是压裂技术教学、技能培训、应急演练的核心载体，按形态分为物理实体模型与虚拟仿真系统两大类，覆盖从设备认知、流程演示到应急处置全教学场景。以下为系统梳理与实操指南。
压裂现场核心设备按功能分为四大机组 + 三大系统，是模型制作的核心单元。
| 设备类型 | 核心组成 | 功能与教学重点 | 模型制作要点 |
|---|---|---|---|
| 压裂车组(主力设备) | 底盘车、发动机、液力传动箱、压裂泵、吸入 / 排出管汇、安全系统、电控系统 | 提供高压、大排量动力，将携砂液注入井底；教学重点：泵组结构、压力控制、动力匹配 | 1:10/1:20 比例，还原可升降液压支腿、柱塞泵结构，标注105MPa最高工作压力，配机械联动演示 |
| 混砂车(配液核心) | 供液系统、输砂系统、传动系统、计量系统、混合罐 | 按比例混合压裂液 + 支撑剂 + 添加剂；教学重点：砂比控制、液流配比、计量精度 | 还原螺旋输砂机构、混合罐动态搅拌，设置砂比调节演示，透明罐体展示混合过程 |
| 仪表车(监控中枢) | 数据采集系统、SCADA 监控台、压力 / 排量 / 温度传感器、RTU 终端 | 实时监测施工参数，远程控制；教学重点：数据采集、参数调节、故障报警 | 1:1 还原操作台，配置仿真显示屏，动态显示压力曲线、砂比变化、裂缝扩展数据 |
| 管汇系统(连接枢纽) | 低压管汇、高压管汇、管汇车、活动弯头、油壬、投球器 | 汇集多台压裂车输出，分配至井口；教学重点：管线布局、压力传递、安全连接 | 还原Ф76mm 高压管线（最高 100MPa），展示管汇车结构，标注通径 60mm关键参数 |
| 辅助设备 | 运砂车、运液车、液氮车、井口装置、封隔器 | 保障施工物资供应与井下作业；教学重点：设备协同、井口密封、封隔器原理 | 制作井口装置、封隔器拆解模型，展示内部结构与工作原理 |
压裂液系统：储液罐、配液装置、循环管路，教学重点：压裂液配方、性能指标、循环流程
井下系统：井筒、射孔炮眼、裂缝扩展模拟区，教学重点：裂缝形成机制、地层应力变化
安全系统：安全阀、泄压阀、紧急关断装置，教学重点：应急处置、风险防控
| 模型类型 | 比例规格 | 适用场景 | 教学价值 |
|---|---|---|---|
| 整体沙盘模型 | 1:10/1:20 | 大型展厅、实训中心、行业展会 | 直观展示井场布局、设备协同、工艺流程，适合集体教学 |
| 单设备拆解模型 | 1:5/1:10 | 课堂教学、设备认知实训 | 深入讲解压裂泵、混砂车等核心设备内部结构与原理 |
| 流程演示模型 | 1:20/1:50 | 动态教学、操作演练 | 模拟配液→增压→注入→裂缝扩展全流程，配灯光 / 机械联动 |
| 应急处置模型 | 1:10 | 安全培训、应急演练 | 还原超压、漏液、井喷等故障场景，训练应急操作技能 |
| 系统类型 | 核心功能 | 教学优势 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| 全流程虚拟仿真系统 | 1:1 还原井场与设备，模拟设备操作、参数设置、流程执行 | 零成本、零风险，可无限次重复演练，支持故障场景推演 | 高校实训室、企业培训中心、远程教学 |
| 单设备操作模拟器 | 独立模拟压裂车、混砂车、仪表车操作界面与响应 | 针对性训练设备操作技能，实时反馈操作正误 | 技能考核、岗前培训 |
| 数字孪生实训平台 | 结合物理模型与虚拟系统，实现虚实联动 | 兼顾实物直观性与数字化交互性，提升教学效果 | 高端实训中心、校企合作项目 |
方案设计
确定比例规格（1:10/1:20/1:50）与教学目标
绘制三维图纸，标注设备尺寸、管线布局、功能模块
明确动态演示需求（灯光、机械联动、流体模拟）
材料选择
主体结构：ABS 塑料、轻木、泡沫板（轻量化、易加工）
细节部件：3D 打印件、微型阀门、压力表、LED 灯带
效果装饰：透明树脂（模拟流体）、仿真涂装、金属丝管线
制作步骤
框架搭建：切割 / 打印基础部件，组装设备主体与井场框架
细节加工：安装设备模型、管线、阀门，还原真实布局与标识
动态系统：安装 LED 灯光、机械传动装置、流体循环系统
调试验收：测试功能演示效果，确保结构稳定、演示流畅
核心演示功能设计
流程演示：LED 光带模拟压裂液流动，机械联动展示泵组运行、砂比调节
裂缝模拟：透明树脂 + LED 光带展示井下裂缝扩展路径，标注裂缝长度 / 宽度
应急演练：设置超压报警、漏液等故障触发装置，训练应急处置流程
技术架构
采用数字孪生 + 多物理场耦合引擎，1:1 还原压裂现场场景
配置硬件终端：操作模拟器、VR 设备、数据监控台
搭建软件平台：SCADA 监控系统、故障推演系统、考核评估系统
核心教学模块
基础认知模块：设备 3D 展示、结构拆解、原理动画讲解
操作实训模块：设备启停、参数设置、流程执行，实时反馈操作结果
应急演练模块：模拟超压、漏液、井喷等故障，训练应急处置技能
考核评估模块：自动记录操作数据，生成考核报告，评估技能水平
设备识别：通过拆解模型 / 虚拟系统，识别压裂车、混砂车、仪表车等核心设备，掌握其功能与结构
流程讲解：演示配液→增压→注入→裂缝扩展全流程，理解压裂技术原理
参数认知：学习压力、排量、砂比等关键参数，掌握其对施工效果的影响
单设备操作：模拟压裂车启动、混砂车配液、仪表车参数设置，掌握设备操作规范
流程协同：多设备联动操作，模拟完整压裂施工流程，训练团队协作能力
参数优化：调整压力、排量、砂比等参数，观察施工效果，掌握参数优化方法
常见故障演练：模拟超压、漏液、砂堵、设备故障等场景，训练应急操作技能
风险防控演练：学习 HSE 管理规范，掌握现场安全防护与应急处置流程
复杂场景推演：模拟极端天气、设备故障叠加等复杂场景，提升综合应急能力
比例精准：严格按比例缩放，确保各部件尺寸协调，符合真实设备比例关系
细节还原：重点还原核心设备结构、管线布局、标识标注，体现专业度
安全规范：物理模型避免使用易燃材料，灯光系统采用低压电源；虚拟系统设置操作权限与安全预警
教学适配：根据教学对象（学生 / 员工）设计不同难度的实训项目，兼顾基础认知与技能提升
维护保养：物理模型定期检查结构稳定性与演示功能；虚拟系统定期更新故障场景与数据模型
1:10 压裂现场整体沙盘模型
直径 3.8 米，还原2000 型压裂车组、混砂装置、高压管汇系统
机电联动系统模拟压裂液配置→高压泵助→裂缝扩展全流程
LED 光带动态显示井下裂缝延伸路径，标注关键参数
压裂单设备拆解模型
1:5 比例压裂泵模型，展示柱塞泵内部结构与工作原理
混砂车透明混合罐模型，直观展示压裂液 + 支撑剂混合过程
仪表车操作台模型，还原SCADA 监控系统操作界面
全流程虚拟仿真系统
1:1 还原压裂井场，配置压裂车、混砂车、仪表车操作模拟器
内置7 类核心压裂技术与多种故障场景，支持讲训考结合教学模式
实时生成施工数据曲线与考核评估报告，提升教学效果
