CN110399417B - 油气钻机远程交互优化控制虚拟仿真研究实训平台构架 - Google Patents
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Abstract
油气钻机远程交互优化控制虚拟仿真研究实训平台构架，分别包括数据层、支撑层、通用服务层、通用服务层和仿真层；仿真层开发内容主要包含与基于VR钻井环境设备认知和钻机操作、钻机控制自适应PID控制和钻机先进智能控制仿真实验、随钻复杂井轨迹多目标优化和基于VR临境式井轨迹显示纠偏等虚拟仿真研究实训项目；本发明是集实训和研究为一体具有良好自主性、交互性和可扩展性的虚拟仿真网络共享平台。
Description
技术领域
本发明涉及面向油气钻机控制教学及科研领域的虚拟仿真平台的设计和搭建技术领域，特别涉及油气钻机远程交互优化控制虚拟仿真研究实训平台构架。
背景技术
虚拟现实技术是一种利用计算机生成交互式三维动态视景，反映用户实体行为的仿真系统技术。可以利用三维建模软件在计算机上搭建出1:1模拟现实世界的三维立体模型场景，达到模拟真实世界的效果。再利用硬件设备使用户沉浸到虚拟环境中，从而达到体验者与整个虚拟环境进行交互的目的。
随着油气勘探技术的发展，将虚拟现实技术引入油气钻机优化控制教学与研究领域，降低了人才培养的成本、降低在真实钻井过程研究的风险性和时空的局限性。借助计算机仿真技术、智能优化技术、虚拟现实技术、多媒体技术和网络技术为依托，集实物仿真、创新设计、智能优化、远程交互、虚拟现实动态显示和实训管理于一体，构架具有良好自主性、交互性和可扩展性的虚拟仿真研究平台，以满足石油勘探领域人才培养综合需求。
目前，很多高校和企业推出了不同层次、不同功能的石油领域虚拟仿真平台。包括中国石化石油勘探开发研究院开发的虚拟现实中心解决了塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层预测难题。中国海洋石油建立的虚拟现实中心和东北石油大学将Multi Gen Creator建模软件以及Open GVS结合使用，成功的完成油田安全操作仿真系统。中国石油大学借助C++Builder和3ds Max建模软件研发了钻井井场虚拟培训系统。
这些项目已经在商业项目中投入实际应用，为油气钻井储层预测和井身安全方面人才的培养发挥了重要作用。但目前尚未出现较成熟结合钻井现场实际的虚拟仿真、钻机优化控制及复杂井轨迹优化虚拟仿真综合研究平台，且现有虚拟仿真平台不能结合教育和科研导致现有平台不能满足用户体验。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供油气钻机远程交互优化控制虚拟仿真研究实训平台构架，是集实训和研究为一体具有良好自主性、交互性和可扩展性的虚拟仿真网络共享平台。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
油气钻机远程交互优化控制虚拟仿真研究实训平台构架，分别包括数据层、支撑层、通用服务层、仿真层和应用层；
数据层：数据层主要是实现用户信息数据以及平台内部数据与用户之间的数据交互，油气钻机远程交互优化控制虚拟仿真实训平台涉及到多种类型虚拟实验组件、仿真组件及数据交互，数据层使用MySQL数据库包括用户信息、课程库、规则库、典型实验库、基础元件库、标准答案库以及实验数据库，通过相应指令上传给支撑层；
支撑层：支撑层是油气钻机远程交互优化控制虚拟实验教学平台的核心框架，是实验项目正常开放运行的基础，负责整个基础系统的运行、维护和管理，支撑层包含有安全管理、服务容器、数据管理、资源管理与监控、域管理和域间信息服务，通过以上内容实现对虚拟仿真平台的管理，并将资源提供给通用服务层调用；
通用服务层：使用开放式虚拟仿真实验教学管理平台提供面向油气教学科研领域的软件解决方案，即开放式虚拟仿真研究实训管理平台，提供虚拟实验教学环境的一些通用支持组件，以便用户能够快速在虚拟实验环境完成虚拟仿真实验；
仿真层：仿真层开发内容主要包含与基于VR钻井环境设备认知和钻机操作(如井场、钻井平台和地下环境漫游、设备的认知和钻机操作等)、钻机控制自适应PID控制和钻机先进智能控制仿真实验、随钻复杂井轨迹多目标优化和基于VR临境式井轨迹显示纠偏等虚拟仿真研究实训项目；
应用层：开发具有良好的扩展性虚拟仿真研究实训应用层；包括客户端和服务器终端，所述客户端采用了HTML等前端技术向用户展示平台内容，所述客户端通过Internet网络与服务器终端通讯，所述服务器端包括Web服务器和MySQL数据库，Web服务器作为MySQL数据库应用的主要载体，用于负责平台的访问和发布。MySQL数据库用于存储各种格式的数据。
所述的(1)基于VR钻井环境设备认知和钻机操作实验包括：沉浸式井场环境认知实验、沉浸式钻井二层平台认知实验、沉浸式井下油气储层认知实验、司钻房控制操作认知实验、起/下钻操作控制实验、接单根操作实验、VFD房操作实验和泥浆控制实验。
(a)沉浸式井场环境认知实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出井场的模型，导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察井场的所有设施与钻井装置。根据井场中的动力系统，控制系统等设施的设备信息，工作原理和工作方式，来深入认识井场；
(b)沉浸式钻井二层平台认知实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将实际井场用3dsMax做出1:1井场模型，通过UNITY渲染后导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察钻井二层平台的所有设施与钻井装置。对其中绞车，钻头，吊环等设备工作原理与工作方式有更加深刻的认识；
(c)沉浸式井下油气储层认知实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3dsMax做出井下油气储层和地层岩性模型，通过UNITY渲染后导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察油气储层、岩石走向和岩性界面，为控制井眼轨迹走向，提高钻遇率和井眼轨迹纠偏提供沉浸式决策环境；
(d)司钻房控制操作认知实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出司钻房的模型，通过UNITY渲染后导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察司钻房的所有设施与控制装置。对其中发电机，绞车，泥浆泵等设备工作开启停止等操作有更加深刻的认识；
(e)起/下钻操作控制实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出司钻房的模型，导入实验软件，通过沉浸式漫游让操作者更加立体直观的观察起/下钻的所有设施与控制装置。通过虚拟现实技术对井口工具状况，井眼状况，钻具组合，承托环的位置和振动筛岩屑返出情况等操作流程有一定的认识；
(f)接单根操作实验：由于在一个钻井时井眼不断加深，钻柱要及时加长，钻柱主要由钻杆组成，在钻进过程中，每当井眼加深了一根钻杆的长度后，就向钻柱中接入一根钻杆，这个过程就叫接单根，在沉浸式虚拟现实技术完成接单根操作实验；
(g)VFD房操作实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出司钻房的模型，导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察VFD房的所有设施与控制装置。在VFD房完成对柴油机，发电机与绞车等设备启动，频率调整等操作；
(h)泥浆控制实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出司钻房的模型，导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察循环泥浆的所有设施与控制装置，并且完成一次对泥浆控制操作。
所述的(2)钻机自适应PID控制和钻机先进智能控制研究实验包括：智能优化算法设计、搭建自适应PID仿真模型和钻机优化控制仿真实验；
(a)智能优化算法设计：通过将智能优化算法(遗传算法、粒子群算法和基于斐波那契的量子遗传算法)应用于PID参数的优选中，并独创性应用于钻机控制当中，实现在单目标与多目标下快速、高效的PID参数自适应优化算法设计；
(b)搭建自适应PID仿真模型：在平台应用相关软件搭建自适应的PID参数优化算法的相关仿真模型，PSO根据目标适应度函数优选出最优的钻机PID参数，建立钻机仿真模型，最后钻机模型的定义在PSO优化程序中实现。通过调用优化算法优选控制参数，被控对象模型以及动态特性评价目标函数，完成钻机控制自适应PID控制；
(c)钻机优化控制仿真实验：利用虚拟平台分别采用Z-N经验公式法、试凑法、GA和PSO四种方法对液压盘式刹车钻机PID控制进行研究，通过仿真结果比较四种方法对系统动态性能和静态性能的影响，观察随钻地层变化引起的钻机控制系统动态相应曲线从而选出最佳控制方案，完成钻机优化控制仿真实验。以满足随钻钻机控制实时、鲁棒性需求。
所述的(3)随钻复杂井轨迹多目标优化和基于VR临境式井轨迹显示纠偏实验包括：钻井控制参数优化、井眼轨迹优化算法设计、井眼轨迹优化及三维可视化实验和临境式井轨迹控制实验；
(a)钻井控制参数优化：对垂直井段，根据井身长度和钻头固定参数，地层相关参数转速上下限等的约束条件，设计智能优化算法(包括单目标优化算法、多目标优化算法的设计)，实现随钻，转速和钻压等控制参数的优选。
(b)井眼轨迹优化算法设计：沉浸式虚拟现实技术以及钻井轨迹优化控制，建立井眼轨迹多目标优化模型，设计多目标优化算法，对于复杂的井身结构，以地层和钻井工具为约束，完成实际井身长度，转矩的优化目标，完成工具面角、方位角等相关参数的优化；
(c)井眼轨迹优化及三维可视化实验：根据多目标优化算法，完成对井眼轨迹的优化，并通过Unity3D在三维坐标中显示优化设计的井眼轨迹，同时将优化的井眼轨迹和实际钻井井眼轨迹显示在虚拟现实地层，完成井轨迹“真实走向”三维可视化实验；
(d)临境式井轨迹控制实验：将多目标优化后的钻井井眼轨迹和实际情况同时显示在虚拟现实地层中，为井眼轨迹的控制、纠偏提供临境式决策环境，从而实现随钻井轨迹的控制实验。
本发明的有益效果：
为高等院校本科生、研究生、研究所以及石油企业科研人员，从事控制工程、钻井控制、优化和提高钻井成功率相关技术的研究平台，使实训人员对所学所用知识的理解得到升华，提高综合能力，同时减少了去实地井场培训、研究的成本和风险性。为人才培养循序渐进，层层拔高，孵化出一代具有高水平高素质的“双创”新人才，服务于国家和区域的油气经济建设。
附图说明
图1为本发明的分层应用技术系统框架示意图。
图2为本发明的仿真层开发核心内容示意图。
图3为本发明的钻井PID控制仿真过程示意图。
图4为本发明的随钻井轨迹多目标优化与VR井轨迹显示过程示意图。
图5为本发明的网络共享平台开发流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明实施例提供一种平台架构技术方案：一种面向油气教学及科研领域的虚拟仿真平台架构，包括客户端和服务器终端，所述客户端采用了HTML等前端技术向用户展示平台内容，所述客户端通过Internet网络与服务器终端通讯。所述服务器端包括Web服务器和MySQL数据库，Web服务器作为MySQL数据库应用的主要载体，用于负责平台的访问和发布。MySQL数据库用于存储各种格式的数据。
(1)数据层：数据层主要是实现用户信息数据以及平台内部数据与用户之间的数据交互，油气钻机远程交互优化控制虚拟实验教学平台涉及到多种类型虚拟实验组件及数据，这里分别设置虚拟实验的基础元件库、实验课程库、典型实验库、标准答案库、规则库、实验数据、用户信息等来实现对相应数据的存放和管理。
(2)支撑层：支撑层是油气钻机远程交互优化控制虚拟实验教学平台的核心框架，是实验项目正常开放运行的基础，负责整个基础系统的运行、维护和管理。支撑平台包括以下几个功能子系统：安全管理、服务容器、数据管理、资源管理与监控、域管理、域间信息服务等。
(3)通用服务层：通用服务层即开放式虚拟仿真研究实训管理平台，提供虚拟仿真研究实训环境的一些通用支持组件，以便用户能够快速在虚拟实训环境完成虚拟仿真实验。通用服务包括：实验教务管理、实验教学管理、理论知识学习、实验资源管理、智能指导、互动交流、实验结果自动批改、实验报告管理、教学效果评、项目开放与共等，同时提供相应集成接口工具，以便该平台能够方便集成第三方的虚拟实验软件进入统一管理。
(4)仿真层：仿真层主要针对该项目进行相应的器材建模、实验场景构建、虚拟设备构建、提供通用的仿真器，最后为上层提供实验结果数据的格式化输出。
(5)应用层：基于底层的服务，最终油气钻机远程交互优化控制虚拟仿真研究实训平台与开放共享。该框架的应用层具有良好的扩展性，使用者可根据教学、研究需要，利用服务层提供的各种工具和仿真层提供的相应的器材模型，设计各种典型实验实例，最后面向学校和企业开展教学实训和仿真研究。
请参阅图2，油气钻机远程交互优化控制虚拟仿真研究实训平台提供三大类的实验方案：基于VR钻井环境设备认知和钻机操作实验、钻机自适应PID控制和钻机先进智能控制研究实验、随钻复杂井轨迹多目标优化和基于VR临境式井轨迹显示纠偏实验。
(1)基于VR钻井环境设备认知和钻机操作实验包括：沉浸式井场环境认知实验、沉浸式钻井二层平台认知实验、沉浸式井下油气储层认知实验、司钻房控制操作认知实验、起/下钻操作控制实验、接单根操作实验、VFD房操作实验和泥浆控制实验。
(a)沉浸式井场环境认知实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出井场的模型，导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察井场的所有设施与钻井装置。根据井场中的动力系统，控制系统等设施的设备信息，工作原理和工作方式，来深入认识井场。
(b)沉浸式钻井二层平台认知实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将实际井场用3dsMax做出1:1井场模型，通过UNITY渲染后导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察钻井二层平台的所有设施与钻井装置。对其中绞车，钻头，吊环等设备工作原理与工作方式有更加深刻的认识。
(c)沉浸式井下油气储层认知实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3dsMax做出井下油气储层和地层岩性模型，通过UNITY渲染后导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察油气储层、岩石走向和岩性界面，为控制井眼轨迹走向，提高钻遇率和井眼轨迹纠偏提供沉浸式决策环境。
(d)司钻房控制操作认知实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出司钻房的模型，通过UNITY渲染后导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察司钻房的所有设施与控制装置。对其中发电机，绞车，泥浆泵等设备工作开启停止等操作有更加深刻的认识。
(e)起/下钻操作控制实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出司钻房的模型，导入实验软件，通过沉浸式漫游让操作者更加立体直观的观察起/下钻的所有设施与控制装置。通过虚拟现实技术对井口工具状况，井眼状况，钻具组合，承托环的位置和振动筛岩屑返出情况等操作流程有一定的认识。
(f)接单根操作实验：由于在一个钻井时井眼不断加深，钻柱要及时加长。钻柱主要由钻杆组成，在钻进过程中，每当井眼加深了一根钻杆的长度后，就向钻柱中接入一根钻杆，这个过程就叫接单根。在沉浸式虚拟现实技术完成接单根操作实验。
(g)VFD房操作实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出司钻房的模型，导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察VFD房的所有设施与控制装置。在VFD房完成对柴油机，发电机与绞车等设备启动，频率调整等操作。
(h)泥浆控制实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出司钻房的模型，导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察循环泥浆的所有设施与控制装置，并且完成一次对泥浆控制操作。
(2)钻机自适应PID控制和钻机先进智能控制研究实验包括：智能优化算法设计、搭建自适应PID仿真模型和钻机优化控制仿真实验。
(a)请参阅图3，智能优化算法设计：通过将智能优化算法(遗传算法、粒子群算法和基于斐波那契的量子遗传算法)应用于PID参数的优选中，并独创性应用于钻机控制当中，实现在单目标与多目标下快速、高效的PID参数自适应优化算法设计。
(b)搭建自适应PID仿真模型：在平台应用相关软件搭建自适应的PID参数优化算法的相关仿真模型，PSO根据目标适应度函数优选出最优的钻机PID参数，建立钻机仿真模型，最后钻机模型的定义在PSO优化程序中实现。通过调用优化算法优选控制参数，被控对象模型以及动态特性评价目标函数，完成钻机控制自适应PID控制。
(c)钻机优化控制仿真实验：利用虚拟平台分别采用Z-N经验公式法、试凑法、GA和PSO四种方法对液压盘式刹车钻机PID控制进行研究，通过仿真结果比较四种方法对系统动态性能和静态性能的影响，观察随钻地层变化引起的钻机控制系统动态相应曲线从而选出最佳控制方案，完成钻机优化控制仿真实验。以满足随钻钻机控制实时、鲁棒性需求。
(3)随钻复杂井轨迹多目标优化和基于VR临境式井轨迹显示纠偏实验包括：钻井控制参数优化、井眼轨迹优化算法设计、井眼轨迹优化及三维可视化实验和临境式井轨迹控制实验。
(a)请参阅图4，钻井控制参数优化：对垂直井段，根据井身长度和钻头固定参数，地层相关参数转速上下限等的约束条件，设计智能优化算法(包括单目标优化算法、多目标优化算法的设计)，实现随钻，转速和钻压等控制参数的优选。
(b)井眼轨迹优化算法设计：沉浸式虚拟现实技术以及钻井轨迹优化控制，建立井眼轨迹多目标优化模型，设计多目标优化算法，对于复杂的井身结构，以地层和钻井工具为约束，完成实际井身长度，转矩的优化目标，完成工具面角、方位角等相关参数的优化。
(c)井眼轨迹优化及三维可视化实验：根据多目标优化算法，完成对井眼轨迹的优化，并通过Unity3D在三维坐标中显示优化设计的井眼轨迹，同时将优化的井眼轨迹和实际钻井井眼轨迹显示在虚拟现实地层，完成井轨迹“真实走向”三维可视化实验。
(d)临境式井轨迹控制实验：将多目标优化后的钻井井眼轨迹和实际情况同时显示在虚拟现实地层中，为井眼轨迹的控制、纠偏提供临境式决策环境。从而实现随钻井轨迹的控制实验。
请参阅图5，开发人员组成集成开发环境，包括代码编写、编译以及单元测试等功能。代码编写环境是JetBrains Phpstrom和Sublime Text 3。平台基于Git创建本地版本库和远程仓库，提供源代码的版本控制管理，包括代码提交、撤销、对比、合并以及查看历史等功能。
在开发构建该虚拟仿真研究实训平台客户端过程中，HTML5是其核心的一个部分，既是一种规范也是一种标准，负责组织内容；利用CSS3层叠样式表，完成网页中的布局、颜色、字体等设置，以此来美化网页制作；应用JavaScript解释性编程语言，可以进行实时、可交互、动态的语言表达，在脱离Web服务器的基础上，促使Web网页与用户进行良好信息交互。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.油气钻机远程交互优化控制虚拟仿真研究实训平台构架，其特征在于，分别包括数据层、支撑层、通用服务层、仿真层和应用层；
数据层：主要实现用户信息数据以及平台内部数据与用户之间的数据交互，数据层使用MySQL数据库，包括用户信息、课程库、规则库、典型实验库、基础元件库、标准答案库以及实验数据库，通过相应指令上传给支撑层；
支撑层：负责整个基础系统的运行、维护和管理，支撑层包含有安全管理、服务容器、数据管理、资源管理与监控、域管理和域间信息服务，实现对虚拟仿真平台的管理，并将资源提供给通用服务层调用；
通用服务层：提供面向油气教学科研领域的软件解决方案，提供虚拟实验教学环境的一些通用支持组件，以便用户能够快速在虚拟实验环境完成虚拟仿真实验；
仿真层：主要包含与基于VR钻井环境设备认知和钻机操作、钻机控制自适应PID控制和钻机先进智能控制仿真实验、随钻复杂井轨迹多目标优化和基于VR临境式井轨迹显示纠偏虚拟仿真研究实训项目；
应用层：包括客户端和服务器终端，所述客户端采用了HTML前端技术向用户展示平台内容，所述客户端通过Internet网络与服务器终端通讯，所述服务器终端包括Web服务器和MySQL数据库，Web服务器作为MySQL数据库应用的主要载体，用于负责平台的访问和发布，MySQL数据库用于存储各种格式的数据；
所述的基于VR钻井环境设备认知和钻机操作实验包括：沉浸式井场环境认知实验、沉浸式钻井二层平台认知实验、沉浸式井下油气储层认知实验、司钻房控制操作认知实验、起/下钻操作控制实验、接单根操作实验、VFD房操作实验和泥浆控制实验；
(a)沉浸式井场环境认知实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出井场的模型，导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察井场的所有设施与钻井装置，根据井场中的动力系统，控制系统设施的设备信息，工作原理和工作方式，来深入认识井场；
(b)沉浸式钻井二层平台认知实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将实际井场用3ds Max做出1:1井场模型，通过UNITY渲染后导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察钻井二层平台的所有设施与钻井装置，对其中绞车，钻头，吊环设备工作原理与工作方式有更加深刻的认识；
(c)沉浸式井下油气储层认知实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出井下油气储层和地层岩性模型，通过UNITY渲染后导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察油气储层、岩石走向和岩性界面，为控制井眼轨迹走向，提高钻遇率和井眼轨迹纠偏提供沉浸式决策环境；
(d)司钻房控制操作认知实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出司钻房的模型，通过UNITY渲染后导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察司钻房的所有设施与控制装置，对其中发电机，绞车，泥浆泵设备工作开启停止操作有更加深刻的认识；
(e)起/下钻操作控制实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出司钻房的模型，导入实验软件，通过沉浸式漫游让操作者更加立体直观的观察起/下钻的所有设施与控制装置，通过虚拟现实技术对井口工具状况，井眼状况，钻具组合，承托环的位置和振动筛岩屑返出情况操作流程有了认识；
(f)接单根操作实验：由于在一个钻井时井眼不断加深，钻柱要及时加长，钻柱主要由钻杆组成，在钻进过程中，每当井眼加深了一根钻杆的长度后，就向钻柱中接入一根钻杆，这个过程就叫接单根，在沉浸式虚拟现实技术完成接单根操作实验；
(g)VFD房操作实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出司钻房的模型，导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察VFD房的所有设施与控制装置，在VFD房完成对柴油机，发电机与绞车设备启动，频率调整操作；
(h)泥浆控制实验：应用沉浸式虚拟现实技术，将井场用3ds Max做出司钻房的模型，导入实验软件，通过沉浸式漫游让学生更加立体直观的观察循环泥浆的所有设施与控制装置，并且完成一次对泥浆控制操作；
所述的钻机控制自适应PID控制和钻机先进智能控制研究实验包括：智能优化算法设计、搭建自适应PID仿真模型和钻机优化控制仿真实验；
(a)智能优化算法设计：通过将智能优化算法应用于PID参数的优选中，并独创性应用于钻机控制当中，实现在单目标与多目标下快速、高效的PID参数自适应优化算法设计；
(b)搭建自适应PID仿真模型：在平台应用相关软件搭建自适应的PID参数优化算法的相关仿真模型，PSO根据目标适应度函数优选出最优的钻机PID参数，建立钻机仿真模型，最后钻机模型的定义在PSO优化程序中实现，通过调用优化算法优选控制参数，被控对象模型以及动态特性评价目标函数，完成钻机控制自适应PID控制；
(c)钻机优化控制仿真实验：利用虚拟平台分别采用Z-N经验公式法、试凑法、GA和PSO四种方法对液压盘式刹车钻机PID控制进行研究，通过仿真结果比较四种方法对系统动态性能和静态性能的影响，观察随钻地层变化引起的钻机控制系统动态相应曲线从而选出最佳控制方案，完成钻机优化控制仿真实验，以满足随钻钻机控制实时、鲁棒性需求；
所述的随钻复杂井轨迹多目标优化和基于VR临境式井轨迹显示纠偏实验包括：钻井控制参数优化、井眼轨迹优化算法设计、井眼轨迹优化及三维可视化实验和临境式井轨迹控制实验；
(a)钻井控制参数优化：对垂直井段，根据井身长度和钻头固定参数，地层相关参数转速上下限的约束条件，设计智能优化算法(包括单目标优化算法、多目标优化算法的设计)，实现随钻，转速和钻压控制参数的优选；
(b)井眼轨迹优化算法设计：沉浸式虚拟现实技术以及钻井轨迹优化控制，建立井眼轨迹多目标优化模型，设计多目标优化算法，对于复杂的井身结构，以地层和钻井工具为约束，完成实际井身长度，转矩的优化目标，完成工具面角、方位角相关参数的优化；
(c)井眼轨迹优化及三维可视化实验：根据多目标优化算法，完成对井眼轨迹的优化，并通过Unity3D在三维坐标中显示优化设计的井眼轨迹，同时将优化的井眼轨迹和实际钻井井眼轨迹显示在虚拟现实地层，完成井轨迹“真实走向”三维可视化实验；
(d)临境式井轨迹控制实验：将多目标优化后的钻井井眼轨迹和实际情况同时显示在虚拟现实地层中，为井眼轨迹的控制、纠偏提供临境式决策环境，从而实现随钻井轨迹的控制实验。
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