CN111292572A - 一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统，包括用于生成井控作业模拟场景画面的图形工作站计算机、虚拟现实设备、显示器和防喷器控制台。本发明通过图形工作站计算机生成井控作业模拟场景画面，当井控作业模拟场景画面中钻井发生预设故障时，通过防喷器控制台控制井控作业模拟场景画面中的防喷器模拟设备关闭，从而为培训学员提供关井演练。在关井演练中，由于工作场景画面可以通过虚拟现实设备和显示器向培训学员展示，使得佩戴虚拟现实设备的培训学员具有沉浸体验感、其他培训学员通过显示器也能够同步地观看关井演练，从而让培训学员快速熟悉关井标准动作流程，以完成在紧急状态下的关井，有效处理钻井过程中的突发事故。
Description
技术领域
本发明涉及井控模拟技术领域，尤其涉及一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统。
背景技术
石油钻井是指利用专用钻井设备和技术，在经过勘探发现储油的地表位置处，向下或一侧钻出一定直径的圆柱孔眼，并钻达地下油气层的工序，要实现油气开采必须要熟练掌握石油钻井的专业知识和操作技能。作为钻井队工作人员，各个岗位均需要熟悉钻机设备运行、控制流程、熟悉关井标准动作流程，以完成在紧急状态下的关井工作，有效处理钻井工程中的突发事故。
钻井工程是一项高风险的作业，大多数情况下，井队人员的培养需要理论知识培训，足够时间的设备操作时间。而现有的钻井训练中，钻井作业的操作演练仅限于流程，而不能真正进行防喷器控制；另外，使用教学钻机来进行实际操作练习，不仅成本很高，而且有可能危害人身和设备安全。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统。
本发明提供一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统，包括用于生成井控作业模拟场景画面的图形工作站计算机、虚拟现实设备、显示器和防喷器控制台，所述图形工作站计算机分别与所述虚拟现实设备、所述显示器和所述防喷器控制台连接，当所述井控作业模拟场景画面中的钻井发生预设故障时，由所述防喷器控制台发出控制指令，以关闭该井控作业模拟场景画面中的防喷器模拟设备。
进一步的，所述图形工作站计算机根据实物仿真与三维场景渲染以生成所述井控作业模拟场景画面。
进一步的，所述图形工作站计算机包括项目创建子系统，所述的项目创建子系统通过调用所述图形工作站计算机中存储的数据模型完成培训项目的创建，所述项目创建子系统包括：
场景类型选择子模块，包括钻进溢流模型、起下钻模型、起下钻铤模型和空井模型的作业场景类型中的至少一者；
科目选择子模块，包括正常作业模型和/或事故处理模型的培训科目的模型选择；
培训模式选择子模块，包括单人独立作业模型、多人协同作业模型、训练作业模型以及考试作业模型的培训模式中的至少一者；
工作岗位选择子模块，包括司钻模型、副司钻模型、内钳工模型、外钳工模型、井架工模型、泥浆工模型以及场地工模型的工作岗位中的至少一者。
进一步的，所述图形工作站计算机还包括项目培训子系统，所述的项目培训子系统包括：
项目查询模块，通过向所述图形工作站计算机发起查询申请，获得项目培训房间列表信息；
项目请求模块，用于对项目培训房间列表中选择的培训房间进行项目培训请求；
项目运算模块，根据实物仿真数据并利用三维场景渲染技术生成井控作业模拟场景的实时画面；
项目调控模块，用于对正在进行的培训项目进行暂停或者对完成的培训项目进行终止。
进一步的，所述图形工作站计算机还包括培训监控子系统，所述的培训监控子系统包括：
项目可视化模块，提供整个井控作业模拟操作和单工位模拟操作的可视化展示平台；
参数记录模块，提供每个工位的井控模拟作业参数的记录、展示、查询平台。
进一步的，所述图形工作站计算机还包括用于存储构建项目的数据模型、设备模型的模型库以及存储记录项目作业参数的参数库。
进一步的，所述图形工作站计算机还包括用户管理子系统，所述的用户管理子系统包括管理员模块、学员模块和教师模块，用于对用户的注册、登录以及操作权限进行管理。
进一步的，所述的管理员模块提供定制化接口，实现对井控项目中的数据模型和设备模型的更新、修改与完善。
进一步的，所述的学员模块包括理论学习子模块和实践操作复盘子模块，用于为学员提供模拟作业前的理论知识培训以及模拟作业后的作业流程的操作复盘画面。
进一步的，所述的教师模块包括项目构建子模块和评审子模块，用于教师根据学员进行培训项目的构建和对学员模拟情况的评审。
本发明的有益效果：本发明中通过图形工作站计算机生成井控作业模拟场景画面，当井控作业模拟场景画面中的钻井发生预设故障时，可以通过防喷器控制台控制井控作业模拟场景画面中的防喷器模拟设备关闭，从而可以为培训学员提供关井演练。在关井演练中，由于工作场景画面可以通过虚拟现实设备和显示器向培训学员展示，使得佩戴虚拟现实设备的培训学员具有沉浸体验感、其他培训学员通过显示器也能够同步地观看关井演练，从而让培训学员快速熟悉关井标准动作流程，以完成在紧急状态下的关井，有效处理钻井过程中的突发事故。相对于采用教学钻机或者日常过程中来进行实际操作练习，这样可以极大节省成本，还可以避免危害人身和设备安全。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图。
图2是图形工作站计算机的结构原理示意图。
图3是用户管理系统的结构原理示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例中，基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统包括用于生成井控作业模拟场景画面的图形工作站计算机、虚拟现实设备、显示器和防喷器控制台，图形工作站计算机分别与虚拟现实设备、显示器和防喷器控制台连接，由此，生成的井控作业模拟场景画面可以在显示器和虚拟现实设备上展示，当井控作业模拟场景画面中的钻井发生预设故障时，由防喷器控制台发出控制指令，以关闭该井控作业模拟场景画面中的防喷器模拟设备。
基于此，本发明中通过图形工作站计算机生成井控作业模拟场景画面，当井控作业模拟场景画面中的钻井发生预设故障时，可以通过防喷器控制台控制井控作业模拟场景画面中的防喷器模拟设备关闭，从而可以为培训学员提供关井演练。在关井演练中，由于工作场景画面可以通过虚拟现实设备和显示器向培训学员展示，使得佩戴虚拟现实设备的培训学员具有沉浸体验感、其他培训学员通过显示器也能够同步地观看关井演练，从而让培训学员快速熟悉关井标准动作流程，以完成在紧急状态下的关井或者，有效处理钻井过程中的突发事故。相对于采用教学钻机或者日常过程中来进行实际操作练习，这样可以极大节省成本，还可以避免危害人身和设备安全。
需要说明的是，这里的预设故障可以是钻井内出现溢流、井涌等故障。在本实施例中，虚拟现实设备可以为头戴式虚拟现实眼镜。
具体的，如图2所示，所述图形工作站计算机包括用户管理子系统、项目创建子系统、项目培训子系统和培训监控子系统。
项目创建子系统通过调用所述图形工作站计算机中存储的数据模型完成培训项目的创建，包括：场景类型选择子模块，提供包括钻进溢流模型、起下钻模型、起下钻铤模型和空井模型的作业场景类型中的至少一者，相对于真实的操作环境，可以使得学员在安全工作环境中完成关井训练操作，且可以避免真实操作可能导致的设备损害以及人员安全问题；科目选择子模块，包括正常作业模型和/或事故处理模型的培训科目的模型选择；培训模式选择子模块，包括单人独立作业模型、多人协同作业模型、训练作业模型以及考试作业模型的培训模式中的至少一者；工作岗位选择子模块，包括司钻模型、副司钻模型、内钳工模型、外钳工模型、井架工模型、泥浆工模型以及场地工模型的工作岗位中的至少一者，通过多工种的协同演练，有利于培训各工种相互之间的协调性。
项目培训子系统包括：项目查询模块，通过向图形工作站计算机发起查询申请，获得项目培训房间列表信息；项目请求模块，用于对项目培训房间列表中选择的培训房间进行项目培训请求；项目运算模块，根据实物仿真数据并利用三维场景渲染技术生成井控作业模拟场景的实时画面；项目调控模块，用于对正在进行的培训项目进行暂停或者对完成的培训项目进行终止。
培训监控子系统包括：项目可视化模块，提供整个井控作业模拟操作和单工位模拟操作的可视化展示平台；参数记录模块，提供每个工位的井控模拟作业参数的记录、展示、查询平台。
利用Unity3D开发工具，开发三维显示端程序，从而生成井控作业模拟场景画面，并且能同时在显示器和虚拟现实设备中展示出与真实井场环境一致的虚拟现实环境，上述的井控作业模拟场景画面包括钻机、防喷器模拟设备、固控区、泥浆管汇、立管管汇、司钻控制台、节流控制台等。
另外，采用Unity3D开发工具，开发多人协同后台系统，并且能为多个用户选择不同角色，如司钻、副司钻、内钳工、外钳工、井架工、泥浆工、场地工等角色，并且根据选定角色能够完成相应的任务操作训练。
在本实施例中，还包括用于存储构建项目的数据模型、设备模型的模型库以及存储记录项目作业参数的参数库。
如图3所示，该图形工作站计算机还包括用户管理子系统，用户子管理系统包括管理员模块、学员模块和教师模块，用于对用户的注册、登录以及操作权限进行管理；所述的管理员模块提供定制化接口，实现对井控项目中的数据模型和设备模型的更新、修改与完善；所述的学员模块包括理论学习子模块和实践操作复盘子模块，用于为学员提供模拟作业前的理论知识培训以及模拟作业后的作业流程的操作复盘画面；所述的教师模块包括项目构建子模块和评审子模块，用于教师根据学员进行培训项目的构建和对学员模拟情况的评审。
在本实施例中，管理员可采用Microsoft Visual Studio开发工具，开发后台模拟控制程序，包含设备逻辑，模拟界面；教师也可采用Microsoft Visual Studio开发工具，开发教学端模拟控制台程序，包括可变的参数，方便教学者设置。管理员、教师和学员可分别访问用户子管理系统，实现模型修订、学员培训以及培训构建与评审等功能，增加了该系统的灵活性，综合性价比高，能够全面提升培训人员的理论与作业水平。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应当了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统，其特征在于，包括用于生成井控作业模拟场景画面的图形工作站计算机、虚拟现实设备、显示器和防喷器控制台，所述图形工作站计算机分别与所述虚拟现实设备、所述显示器和所述防喷器控制台连接，当所述井控作业模拟场景画面中的钻井发生预设故障时，由所述防喷器控制台发出控制指令，以关闭该井控作业模拟场景画面中的防喷器模拟设备。
2.根据权利要求1所述的一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统，其特征在于，所述图形工作站计算机根据实物仿真与三维场景渲染以生成所述井控作业模拟场景画面。
3.根据权利要求2所述的一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统，其特征在于，所述图形工作站计算机包括项目创建子系统，所述的项目创建子系统通过调用所述图形工作站计算机中存储的数据模型完成培训项目的创建，所述项目创建子系统包括：
场景类型选择子模块，包括钻进溢流模型、起下钻模型、起下钻铤模型和空井模型的作业场景类型中的至少一者；
科目选择子模块，包括正常作业模型和/或事故处理模型的培训科目的模型选择；
培训模式选择子模块，包括单人独立作业模型、多人协同作业模型、训练作业模型以及考试作业模型的培训模式中的至少一者；
工作岗位选择子模块，包括司钻模型、副司钻模型、内钳工模型、外钳工模型、井架工模型、泥浆工模型以及场地工模型的工作岗位中的至少一者。
4.根据权利要求3所述的一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统，其特征在于，所述图形工作站计算机还包括项目培训子系统，所述的项目培训子系统包括：
项目查询模块，通过向所述图形工作站计算机发起查询申请，获得项目培训房间列表信息；
项目请求模块，用于对项目培训房间列表中选择的培训房间进行项目培训请求；
项目运算模块，根据实物仿真数据并利用三维场景渲染技术生成井控作业模拟场景的实时画面；
项目调控模块，用于对正在进行的培训项目进行暂停或者对完成的培训项目进行终止。
5.根据权利要求3所述的一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统，其特征在于，所述图形工作站计算机还包括培训监控子系统，所述的培训监控子系统包括：
项目可视化模块，提供整个井控作业模拟操作和单工位模拟操作的可视化展示平台；
参数记录模块，提供每个工位的井控模拟作业参数的记录、展示、查询平台。
6.根据权利要求3所述的一种沉基于浸式虚拟现实的井控模拟系统，其特征在于，所述图形工作站计算机还包括用于存储构建项目的数据模型、设备模型的模型库以及存储记录项目作业参数的参数库。
7.根据权利要求3所述的一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统，其特征在于，所述图形工作站计算机还包括用户管理子系统，所述的用户管理子系统包括管理员模块、学员模块和教师模块，用于对用户的注册、登录以及操作权限进行管理。
8.根据权利要求7所述的一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统，其特征在于，所述的管理员模块提供定制化接口，实现对井控项目中的数据模型和设备模型的更新、修改与完善。
9.根据权利要求7所述的一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统，其特征在于，所述的学员模块包括理论学习子模块和实践操作复盘子模块，用于为学员提供模拟作业前的理论知识培训以及模拟作业后的作业流程的操作复盘画面。
10.根据权利要求7所述的一种基于沉浸式虚拟现实的井控模拟系统，其特征在于，所述的教师模块包括项目构建子模块和评审子模块，用于教师根据学员进行培训项目的构建和对学员模拟情况的评审。
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