CN110751871A - 一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统，包括操作模块，所述操作模块上连接有学生模拟操作模块和教学操作模块，所述教学操作模块通过操作暂停模块与学生模拟操作模块相连接，所述学生操作模块与数字钻机模拟模块相连接，所述数字钻机模拟模块上连接有无定序环境模拟模块，所述无定序环境模拟模块上通过随机选择模块连接有环境无定序发生情况输入模块，所述数字钻机模拟模块上连接有井下情况显示模块。本发明的有益效果为：便能够防止若干人犯同样的错误，教学质量提升，能够有效的模拟现实中的情况，更加直观地模拟出应急事故发生时所采取的应急救援措施，以便提升相关人员遇到紧急事故的处理能力，减少损失。

Description

一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统

技术领域

本发明涉及钻井模拟教学领域，具体来说，涉及一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统。

背景技术

现如今，钻井技术在国民经济建设中应用极为广泛，在石油勘探与开发、天然气钻凿井眼或大直径水井工程中都有所涉及，而钻井是一项系统工程，是多专业、多工种利用多种设备、工具、材料进行的联合作业，同时它又是多程序紧密衔接，多环节相扣的连续作业，一个环节的失误往往会造成工程上的严重损失。在钻井作业中对应急情况进行快速、有效的处理，不但能保证作业员的人身安全，也能将财产损失降到最低。

现有的模拟系统大多只能够进行模拟钻井与一般的辅助教学，并不能够模拟特殊情况下的操作，导致学生当时不能够完全理解，需要多次模拟，如此就浪费了教学的资源和时间；并且，一般的辅助教学都是标准流程式的正常数据输入，或者人为随意产生的错误识别数据，无法模拟出实际生产情况。

例如，申请号为CN201910289334.8的中国发明专利申请公开一种海洋钻井模拟系统及方法，通过高度逼真的三维引擎可模拟海洋钻井及海洋井控的多种工况，可实时为学员展示海洋钻井的全过程。学员对硬件设备上各控制元件(如：按钮，旋钮，操作杆等)的操作，都会经数值化整理后，通过TCP/IP协议，传递给主控系统软件。主控系统软件运行的核心数学模型则会以上述数据为输入数据，执行各种计算，从而仿真出合理的数值结果。上述计算结果将会以硬件仪表、音效效果以及三维图形的方式展现给学员，为学员的互动操作产生生动逼真的反馈。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统，包括操作模块，所述操作模块上连接有学生模拟操作模块和教学操作模块，所述教学操作模块通过操作暂停模块与学生模拟操作模块相连接，所述学生操作模块与数字钻机模拟模块相连接，所述数字钻机模拟模块上连接有无定序环境模拟模块，所述无定序环境模拟模块上通过随机选择模块连接有环境无定序发生情况输入模块，所述数字钻机模拟模块上连接有井下情况显示模块，所述数字钻机模拟模块的一侧连接设有操作评估模块，所述操作评估模块上连接有计时模块、操作记录模块和评估信息管理模块，其中，所述操作记录模块与所述教学操作模块相连接，所述评估信息管理模块上连接有学生信息储存模块，所述教学操作模块上连接有教学显示模块和教学音箱模块，所述教学显示模块和所述教学音箱模块互相连接，同时与所述操作模块相连接。

可选的，所述环境无定序发生情况输入模块包括环境温度输入模块、机器运作损坏情况输入模块、机器运作异常情况输入模块、钻头损坏异常情况输入模块、转头转速异常情况输入模块、土质情况输入情况、深度输入模块、含氧量输入模块、压强输入模块和机器运转温度输入模块。

可选的，所述无定序环境模拟模块的一侧连接有输出后的无定序环境模拟下载模块。

可选的，所述井下情况显示模块包括压强显示模块、深度显示模块、土质情况显示模块、钻头温度显示模块和机器运转情况显示模块。

可选的，所述评估信息管理模块上设有移动储存设备下载模块。

可选的，所述操作记录模块与所述教学操作模块通过保存删除模块相连接。

可选的，所述输出后的无定序环境模拟下载模块和所述移动储存设备下载模块用于学生或者老师进行下载。

可选的，所述操作模块包括操作台、音箱模块、3D操作显示模块、视频监控模块、操作下载模块、紧急指示灯模块和紧急呼叫模块。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于无定序操作模式的钻井模拟教学方法。

包括以下步骤：

在进行学习人员确认后，将学习人员输入到学生信息储存模块中，按照输入的顺序进行排队模拟操作；

学习人员在进行一次操作时候，随机选择模块随机选择不同情况赋予数字钻机模拟模块；

学习人员根据所学习的操作进行操作数字钻机模拟模块，通过操作评估模块对相关人员进行评估；

对其操作失误的部位进行模拟操作记录，同时上传给教学操作模块；

教员可根据教学安排，进行讲解，通过教学显示模块，对其失误的教学操作记录，进行注重讲解；

同时，通过教员控制学生模拟操作模块进行正确的操作，同时可通过操作暂停模块进行重点暂停；

相关人员可通过输出后的无定序环境模拟下载模块和移动储存设备下载模块在课后进行下载到移动设备上进行观看。

该方法进一步的，上述随机选择模块随机选择不同情况，不同的情况包括环境温度异常、机器运作损坏、机器运作异常、钻头损坏异常、转头转速异常、土质突变异常、深度异常、含氧量异常、压强异常和机器运转温度异常中的一种或多种组合。

随机选择模块还包括随机量生成组件，所述随机量生成组件按照选择的不同情况，基于对应的不同随机变量分布函数，生成相应的异常随机量。

本发明的有益效果为：可随时对每一个模拟操作的失误进行实时现场讲解，如此，一个人的失误，可以成为若干人的反面教材，便能够防止若干人犯同样的错误，教学质量提升，同时，现场实时讲解，能够方便相关人员进行理解其本质，便于教学，另外，通过随机选择模块选择现有的钻井中遇到的所有问题，能够有效的模拟现实中的情况，更加直观地模拟出应急事故发生时所采取的应急救援措施，以便提升相关人员遇到紧急事故的处理能力，减少损失；

同时，通过随机量生成组件生成的异常随机值，可以最大程度的模拟实际生产过程中可能出现的随机异常错误并且，该教学方法从实操中提取失误，进行专门点对点讲解，并且在课后能够通过下载自己的失误操作方法进行随时的观看，如此，能够实现课上课下相结合，辅助相关人员进行理解，增加了教学的质量，对于处理方法优质的操作，教员可下载供学生参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统的系统框图；

图2是根据本发明实施例的一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统中操作模块系统框图；

图3是根据本发明实施例的一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统中井下情况显示模块的系统框图；

图4是根据本发明实施例的一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统中环境无定序发生情况输入模块的系统框图；

图5是根据本发明实施例的一种基于无定序操作模式的钻井模拟教学方法的流程图之一；

图6是根据本发明实施例的一种基于无定序操作模式的钻井模拟教学方法的流程图之二。

附图标记；

1、操作模块；2、操作暂停模块；3、数字钻机模拟模块；4、无定序环境模拟模块；5、随机选择模块；6、环境无定序发生情况输入模块；7、井下情况显示模块；8、操作评估模块；9、计时模块；10、操作记录模块；11、评估信息管理模块；12、学生信息储存模块；13、教学显示模块；14、教学音箱模块；15、环境温度输入模块；16、机器运作损坏情况输入模块；17、机器运作异常情况输入模块；18、钻头损坏异常情况输入模块；19、转头转速异常情况输入模块；20、土质情况输入情况；21、深度输入模块；22、含氧量输入模块；23、压强输入模块；24、机器运转温度输入模块；25、输出后的无定序环境模拟下载模块；26、压强显示模块；27、深度显示模块；28、土质情况显示模块；29、钻头温度显示模块；30、机器运转情况显示模块；31、移动储存设备下载模块；32、保存删除模块；33、操作台；34、音箱模块；35、3D操作显示模块；36、视频监控模块；37、操作下载模块；38、紧急指示灯模块；39、紧急呼叫模块；40、学生模拟操作模块；41、教学操作模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，根据本发明的实施例，提供了一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统，包括操作模块1，所述操作模块1上连接有学生模拟操作模块40和教学操作模块41，所述教学操作模块41通过操作暂停模块2与学生模拟操作模块40相连接，所述学生操作模块1与数字钻机模拟模块3相连接，所述数字钻机模拟模块3上连接有无定序环境模拟模块4，所述无定序环境模拟模块4上通过随机选择模块5连接有环境无定序发生情况输入模块6，所述数字钻机模拟模块3上连接有井下情况显示模块7，所述数字钻机模拟模块3的一侧连接设有操作评估模块8，所述操作评估模块8上连接有计时模块9、操作记录模块10和评估信息管理模块11，其中，所述操作记录模块10与所述教学操作模块41相连接，所述评估信息管理模块11上连接有学生信息储存模块12，所述教学操作模块41上连接有教学显示模块13和教学音箱模块14，所述教学显示模块13和所述教学音箱模块14互相连接，同时与所述操作模块1相连接。

另外，在一个实施例中，对于环境无定序发生情况输入模块6来说，所述环境无定序发生情况输入模块6包括环境温度输入模块15、机器运作损坏情况输入模块16、机器运作异常情况输入模块17、钻头损坏异常情况输入模块18、转头转速异常情况输入模块19、土质情况输入情况20、深度输入模块21、含氧量输入模块22、压强输入模块23和机器运转温度输入模块24。

另外，在一个实施例中，对于无定序环境模拟模块4来说，所述无定序环境模拟模块4的一侧连接有输出后的无定序环境模拟下载模块25。

另外，在一个实施例中，对于井下情况显示模块7来说，所述井下情况显示模块7包括压强显示模块26、深度显示模块27、土质情况显示模块28、钻头温度显示模块29和机器运转情况显示模块30。

另外，在一个实施例中，对于评估信息管理模块11来说，所述评估信息管理模块11上设有移动储存设备下载模块31。

另外，在一个实施例中，对于操作记录模块10来说，所述操作记录模块10与所述教学操作模块41通过保存删除模块32相连接。

另外，在一个实施例中，对于输出后的无定序环境模拟下载模块25来说，所述输出后的无定序环境模拟下载模块25和所述移动储存设备下载模块31用于学生或者老师进行下载。

另外，在一个实施例中，对于操作模块1来说，所述操作模块1包括操作台33、音箱模块34、3D操作显示模块35、视频监控模块36、操作下载模块37、紧急指示灯模块38和紧急呼叫模块39。

如图5-6所示，根据本发明的实施例，还提供了一种基于无定序操作模式的钻井模拟教学方法。

包括以下步骤：

步骤S101，在进行学习人员确认后，将学习人员输入到学生信息储存模块中，按照输入的顺序进行排队模拟操作；

步骤S103，学习人员在进行一次操作时候，随机选择模块随机选择不同情况赋予数字钻机模拟模块；

随机选择模块基于随机选择模块随机选择的不同情况，采用随机量生成组件生成多维异常随机值，输入到所述数字钻机模拟模块；

步骤S105，学习人员根据所学习的操作进行操作数字钻机模拟模块，通过操作评估模块对相关人员进行评估；

步骤S107，对其操作失误的部位进行模拟操作记录，同时上传给教学操作模块；

步骤S109，教员可根据教学安排，进行讲解，通过教学显示模块，对其失误的教学操作记录，进行注重讲解；

步骤S111，同时，通过教员控制学生模拟操作模块进行正确的操作，同时可通过操作暂停模块进行重点暂停；

步骤S113，相关人员可通过输出后的无定序环境模拟下载模块和移动储存设备下载模块在课后进行下载到移动设备上进行观看。

另外在具体应用的时候，上述随机选择模块随机选择不同情况，不同的情况包括环境温度异常、机器运作损坏、机器运作异常、钻头损坏异常、转头转速异常、土质突变异常、深度异常、含氧量异常、压强异常和机器运转温度异常中的一种或多种组合。

作为进一步的优选，随机选择模块还包括随机量生成组件，所述随机量生成组件按照选择的不同情况，基于对应的不同随机变量分布函数，生成相应的异常随机量。

作为一个优选，所述随机量生成组件生成多维异常随机量，例如，基于二维高斯分布生成二维温度异常随机量(环境温度，运转温度)；基于分层抽样分布函数生成分组土质突变异常随机变量。

这里，不同的随机变量分布函数的选择，是根据实际选择的不同数据来匹配的，并非随意选择。例如，在温度变量上，环境温度异常和机器运转温度异常存在较强的相关性，因此，需要基于二维高斯分布函数；而土质突变异常则更多的是自身参数突变造成，与其他因素相关性较弱，因此，采用基于深度值的分层抽样分布函数即可。如此，通过随机量生成组件生成的异常随机值，可以最大程度的模拟实际生产过程中可能出现的随机异常错误，使得模拟系统不再是随意的理论数据模拟，而是更加的接近实际生产过程，效果更佳。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，可随时对每一个模拟操作的失误进行实时现场讲解，如此，一个人的失误，可以成为若干人的反面教材，便能够防止若干人犯同样的错误，教学质量提升，同时，现场实时讲解，能够方便相关人员进行理解其本质，便于教学，另外，通过随机选择模块选择现有的钻井中遇到的所有问题，能够有效的模拟现实中的情况，更加直观地模拟出应急事故发生时所采取的应急救援措施，以便提升相关人员遇到紧急事故的处理能力，减少损失，并且，该教学方法从实操中提取失误，进行专门点对点讲解，并且在课后能够通过下载自己的失误操作方法进行随时的观看，如此，能够实现课上课下相结合，辅助相关人员进行理解，增加了教学的质量，对于处理方法优质的操作，教员可下载供学生参考。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统，包括操作模块(1)，所述操作模块(1)上连接有学生模拟操作模块(40)和教学操作模块(41)，所述教学操作模块(41)通过操作暂停模块(2)与学生模拟操作模块(40)相连接，所述学生操作模块(1)与数字钻机模拟模块(3)相连接；

其特征在于，所述数字钻机模拟模块(3)上连接有无定序环境模拟模块(4)，所述无定序环境模拟模块(4)上通过随机选择模块(5)连接有环境无定序发生情况输入模块(6)，所述数字钻机模拟模块(3)上连接有井下情况显示模块(7)，所述数字钻机模拟模块(3)的一侧连接设有操作评估模块(8)，所述操作评估模块(8)上连接有计时模块(9)、操作记录模块(10)和评估信息管理模块(11)，其中，所述操作记录模块(10)与所述教学操作模块(41)相连接，所述评估信息管理模块(11)上连接有学生信息储存模块(12)，所述教学操作模块(41)上连接有教学显示模块(13)和教学音箱模块(14)，所述教学显示模块(13)和所述教学音箱模块(14)互相连接，同时与所述操作模块(1)相连接；随机选择模块还包括随机量生成组件，所述随机量生成组件按照选择的不同情况，基于对应的不同随机变量分布函数，生成相应的异常随机量。

2.根据权利要求1所述的一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统，其特征在于，所述环境无定序发生情况输入模块(6)包括环境温度输入模块(15)、机器运作损坏情况输入模块(16)、机器运作异常情况输入模块(17)、钻头损坏异常情况输入模块(18)、转头转速异常情况输入模块(19)、土质情况输入情况(20)、深度输入模块(21)、含氧量输入模块(22)、压强输入模块(23)和机器运转温度输入模块(24)。

3.根据权利要求2所述的一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统，其特征在于，所述无定序环境模拟模块(4)的一侧连接有输出后的无定序环境模拟下载模块(25)。

4.根据权利要求3所述的一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统，其特征在于，所述井下情况显示模块(7)包括压强显示模块(26)、深度显示模块(27)、土质情况显示模块(28)、钻头温度显示模块(29)和机器运转情况显示模块(30)。

5.根据权利要求4所述的一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统，其特征在于，所述评估信息管理模块(11)上设有移动储存设备下载模块(31)。

6.根据权利要求5所述的一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统，其特征在于，所述操作记录模块(10)与所述教学操作模块(41)通过保存删除模块(32)相连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统，其特征在于，所述输出后的无定序环境模拟下载模块(25)和所述移动储存设备下载模块(31)用于学生或者老师进行下载。

8.根据权利要求7所述的一种基于无定序操作模式的钻井模拟系统，其特征在于，所述操作模块(1)包括操作台(33)、音箱模块(34)、3D操作显示模块(35)、视频监控模块(36)、操作下载模块(37)、紧急指示灯模块(38)和紧急呼叫模块(39)。

9.一种基于无定序操作模式的钻井模拟教学方法，其特征在于，用于权利要求8所述的基于无定序操作模式的钻井模拟系统的使用，包括以下步骤：

在进行学习人员确认后，将学习人员输入到学生信息储存模块中，按照输入的顺序进行排队模拟操作；

学习人员在进行一次操作时候，随机选择模块随机选择不同情况赋予数字钻机模拟模块；

学习人员根据所学习的操作进行操作数字钻机模拟模块，通过操作评估模块对相关人员进行评估；

对其操作失误的部位进行模拟操作记录，同时上传给教学操作模块；

教员可根据教学安排，进行讲解，通过教学显示模块，对其失误的教学操作记录，进行注重讲解；

同时，通过教员控制学生模拟操作模块进行正确的操作，同时可通过操作暂停模块进行重点暂停；

相关人员可通过输出后的无定序环境模拟下载模块和移动储存设备下载模块在课后进行下载到移动设备上进行观看。

10.根据权利要求9所述的一种基于无定序操作模式的钻井模拟教学方法，其特征在于，上述随机选择模块随机选择不同情况，不同的情况包括环境温度异常、机器运作损坏、机器运作异常、钻头损坏异常、转头转速异常、土质突变异常、深度异常、含氧量异常、压强异常和机器运转温度异常中的一种或多种组合。

Images