CN112365583B - 海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海域天然气水合物开采的技术领域，特别是涉及一种海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，其实现海域天然气水合物水上‑水中‑井口‑井下大型三维工具库构建；实现海域天然气水合物水上‑水中‑井口‑井下‑储层五位一体三维建模和虚拟环境构建；实现海域天然气水合物试采或开采过程中的温压、流量、出砂量等数据的实时监测；实现海域天然气水合物试采或开采过程中的设备工具运行状态判断和报警；两级多用户多控制方式系统，能满足各种工作环境和工作背景需要；海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，其特征在于包括数据监测模块、存储模块、展示模块、工具库模块和计算及判断模块。
Description
技术领域
本发明涉及海域天然气水合物开采的技术领域，特别是涉及一种海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法。
背景技术
海域天然气水合物开采是全球海洋领域的研究热点之一，而目前海域天然气水合物开采处于试验性开采阶段。对于海域天然气水合物的研究，存在许多问题：1.理论基础研究与工程技术研究均处于起步阶段，两者之间的研究相对独立，联系不紧密，甚至出现脱节的情况；2.在已完成的海域天然气水合物试采中，对于气液流量、地层温压等实时变化数据的监测常属于不同技术部门的责任范围内，占用资源多，难以同时展示和进行数据整合，出现监测异常的时候往往需要技术部门上报指挥中心，过程繁琐且耽误时间，指挥中心无法及时发现问题并采取应对措施；3.天然气水合物作为一种新型清洁能源，且研究处于起步阶段，科普程度较低，暂无直观展示海域天然气水合物开采的方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种实现海域天然气水合物水上-水中-井口-井下大型三维工具库构建；实现海域天然气水合物水上-水中-井口-井下-储层五位一体三维建模和虚拟环境构建；实现海域天然气水合物试采或开采过程中的温压、流量、出砂量等数据的实时监测；实现海域天然气水合物试采或开采过程中的设备工具运行状态判断和报警；两级多用户多控制方式系统，能满足各种工作环境和工作背景需要的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法。
本发明的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，包括：
数据监测模块，是水上-水中-井口-井下-储层五位一体监测体系，主要用于监测温度、压力、流量、出砂量数据，数据监测模块实现方式为：在水上-水中-井口-井下-储层五个层面布置所需要的传感器，各传感器将获取的数据传输至传感器总成，再传输至实时数据数据库，并储存在服务器上；
工具库模块，是水上-水中-井口-井下大型设备工具系统，主要用于构建水上-水中-井口-井下现有设备工具的库，包括工具三维建模和虚拟环境构建、工具性能参数录入、工具前后连接关系、以及工具运行状态判则；工具的性能参数、前后连接关系主要用于设备工具系统的设计，如井身结构设计、套管程序设计、海床面管汇设计、生产测试管柱设计、井口水下生产系统设计、隔水管设计等；工具运行状态判则主要是指设备工具关键参数在正常使用下的范围值或固定值，当实时监测到的数据直接反映或通过公式推导出设备工具关键参数未处于正常值范围内时，则系统精确报警，便于技术人员进一步分析并解决问题；工具库模块包含海域天然气水合物开采全生命周期中所涉及到的现有的设备和工具；同时工具库模块具有可扩展性，如有新设备工具研发并投入商用后，能够在工具库中添加此设备工具及其相关参数、连接关系、状态判则；
计算及判断模块，用于进行工程运算、模型构建、逻辑关系判断、人机交互、数据处理及输出，在模型构建方面，该模块能完成海域天然气水合物水上-水中-井口-井下-储层五位一体全井全时段三维模型搭建，包括三维模型和虚拟环境构建，其中全井是指水上-水中-井口-井下-储层五位一体，全时段是指海域天然气水合物试采或开采全生命周期，如钻井阶段、完井阶段、增产改造阶段、生产阶段、弃井阶段以及其他开采作业阶段；
展示模块，包含两种展示形式，一种是大屏输出设备，通过屏幕的方式展示全井全时段五位一体三维模型；另一种是虚拟环境，通过穿戴式虚拟设备，将全井全时段五位一体虚拟环境模型展示给用户群；
存储模块，用于储存系统中的实时数据及静态数据。
本发明的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，其中各传感器将获取的数据先通过电缆和光缆两种形式传输至传感器总成，电缆传输形式能使得数据监测系统在应急解脱后能通过湿接头回接，并能储存在存储介质上；光缆传输能在正常作业情况下，保证数据完整快速传输。
本发明的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，其中计算及判断模块搭建海域天然气水合物五位一体全井全时段三维模型的步骤包括：
步骤1、调查目标海域地质资料及基础资料，包括深水、水温梯度、地形、地质构造、地温梯度、储层形态及性质；
步骤2、根据获取的地质资料及基础资料，建立海水及地层原始三维模型及虚拟环境；
步骤3、根据现阶段作业内容，结合当前阶段的施工方案，对方案中的井眼轨迹进行三维建模和虚拟环境构建，设计合理的管柱程序并建模，建模过程中，各设备工具模型的配合关系出现不合理情况时，系统报警，技术人员进行合理调整；
步骤4、海域天然气水合物五位一体全井全时段三维模型和虚拟环境构建完成的同时，生成全井全时段三维模型的模拟沙盘。
本发明的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，其特征在于，其中模拟沙盘有三种功能：①连接实时监测数据数据库，实时展示各传感器所监测的数据，并能通过科学合理的公式运算推导出关键设备的运行参数及状态；②模拟沙盘能单独查看所选择的设备的关键参数及运行状态；③当设备工具的关键参数超过预先储存在工具库中的正常运行范围值或者公式计算值和范围时，立即报警并展示出现问题的设备工具或井段，以便技术人员进一步分析并解决问题。
本发明的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，其中本发明所涉及的建模系统具备开放性，对于地层三维模型的构建步骤，建模系统能留有接口，能对接商业软件的建模功能。
本发明的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，本发明涉及的用户群包括两级用户：管理员和普通用户，管理员对普通用户的管理模式包括三种模式，即引导模式、自由模式和混合模式，引导模式是由管理员控制所有输出方式，普通用户暂无控制权，展示给普通用户内容与管理员当前展示的内容一致，该模式可用于讲解或教学；自由模式是管理员授权普通用户控制权，每个普通用户能操控输出设备中的展示内容，且每个普通用户具有独立性，即普通用户展示内容互不干扰；混合模式是引导模式和自由模式的折中，管理员授予普通用户部分控制权，展示主体由管理员引导，同时普通用户能根据自身需要调整展示主体的信息、视角和内容。
本发明的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，本发明所述的多用户是指多个用户可以选择不同或相同的控制方式，同时访问五位一体虚拟环境，并且互不干扰。
本发明的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，用户对五位一体虚拟环境的控制方式多样，主要包括3D手势、语音控制、动作捕捉、眼球追踪、常规控制方式、以及AI辅助强化控制，借助AI辅助，系统能进一步识别用户需求，提高用户操控性。
与现有技术相比本发明的有益效果为：1)对海域天然气水合物开采环境进行三维建模和虚拟环境构建，直观的反映水上-水中-井口-井下-储层五位一体的环境，并且具备开放性，能对接商业软件的建模功能；2)对海域天然气水合物开采设备工具进行三维建模和逻辑建模以及虚拟环境构建，形成设备工具库，能根据不同开采环境和储层条件对水上-水中-井口-井下设备工具系统进行设计和更换，并且具备可扩展性，能对新研发设备进行三维建模和逻辑建模，扩充工具库；3)对海域天然气水合物开采过程中五位一体化的温压、流量、出砂量等数据的实时监测，并根据工具库中各工具监测的正常使用范围，实时判断设备工具和监测工具的运行状态，并报警；4)对海域天然气水合物进行五位一体的全面展示，同时具备大屏展示和VR虚拟环境沉浸式展示，满足多种工作环境；5)管理员和用户两级多用户群，采用多管理模式，包括引导模式、自由模式和混合模式，满足多种工作背景如汇报、教学、研讨等；6)各级用户对系统的控制方式多样化，包括虚拟3D手势、语音控制、动作捕捉、眼球追踪、常规控制以及AI辅助强化控制。
附图说明
图1是本发明的逻辑流程图；
图2是数据监测模块的逻辑流程图；
图3是工具库模块的逻辑流程图；
图4是计算及判断模块的逻辑流程图；
图5是展示模块的逻辑流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
一种海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，包括数据监测模块，是水上-水中-井口-井下-储层五位一体监测体系，主要用于监测温度、压力、流量、出砂量数据，数据监测模块实现方式为：在水上-水中-井口-井下-储层五个层面布置所需要的传感器，各传感器将获取的数据传输至传感器总成，再传输至实时数据数据库，并储存在服务器上；工具库模块，是水上-水中-井口-井下大型设备工具系统，主要用于构建水上-水中-井口-井下现有设备工具的库，包括工具三维建模和虚拟环境构建、工具性能参数录入、工具前后连接关系、以及工具运行状态判则；工具的性能参数、前后连接关系主要用于设备工具系统的设计，如井身结构设计、套管程序设计、海床面管汇设计、生产测试管柱设计、井口水下生产系统设计、隔水管设计等；工具运行状态判则主要是指设备工具关键参数在正常使用下的范围值或固定值，当实时监测到的数据直接反映或通过公式推导出设备工具关键参数未处于正常值范围内时，则系统精确报警，便于技术人员进一步分析并解决问题；工具库模块包含海域天然气水合物开采全生命周期中所涉及到的现有的设备和工具；同时工具库模块具有可扩展性，如有新设备工具研发并投入商用后，能够在工具库中添加此设备工具及其相关参数、连接关系、状态判则；计算及判断模块，用于进行工程运算、模型构建、逻辑关系判断、人机交互、数据处理及输出，在模型构建方面，该模块能完成海域天然气水合物水上-水中-井口-井下-储层五位一体全井全时段三维模型搭建，包括三维模型和虚拟环境构建，其中全井是指水上-水中-井口-井下-储层五位一体，全时段是指海域天然气水合物试采或开采全生命周期，如钻井阶段、完井阶段、增产改造阶段、生产(或试采)阶段、弃井阶段以及其他开采作业阶段；展示模块，包含两种展示形式，一种是大屏输出设备，通过屏幕的方式展示全井全时段五位一体三维模型；另一种是虚拟环境，通过穿戴式虚拟设备，将全井全时段五位一体虚拟环境模型展示给用户群；存储模块，用于储存系统中的实时数据及静态数据；实现海域天然气水合物水上-水中-井口-井下大型三维工具库构建；实现海域天然气水合物五位一体三维建模和虚拟环境构建；实现海域天然气水合物试采或开采过程中的温压、流量、出砂量等数据的实时监测；实现海域天然气水合物试采或开采过程中的设备工具运行状态判断和报警；两级多用户多控制方式系统，能满足各种工作环境和工作背景需要。
作为一种优选的技术方案，一种海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，包括数据监测模块，是水上-水中-井口-井下-储层五位一体监测体系，主要用于监测温度、压力、流量、出砂量数据，数据监测模块实现方式为：在水上-水中-井口-井下-储层五个层面布置所需要的传感器，各传感器将获取的数据传输至传感器总成，再传输至实时数据数据库，并储存在服务器上；工具库模块，是水上-水中-井口-井下大型设备工具系统，主要用于构建水上-水中-井口-井下现有设备工具的库，包括工具三维建模和虚拟环境构建、工具性能参数录入、工具前后连接关系、以及工具运行状态判则；工具的性能参数、前后连接关系主要用于设备工具系统的设计，如井身结构设计、套管程序设计、海床面管汇设计、生产测试管柱设计、井口水下生产系统设计、隔水管设计等；工具运行状态判则主要是指设备工具关键参数在正常使用下的范围值或固定值，当实时监测到的数据直接反映或通过公式推导出设备工具关键参数未处于正常值范围内时，则系统精确报警，便于技术人员进一步分析并解决问题；工具库模块包含海域天然气水合物开采全生命周期中所涉及到的现有的设备和工具；同时工具库模块具有可扩展性，如有新设备工具研发并投入商用后，能够在工具库中添加此设备工具及其相关参数、连接关系、状态判则；计算及判断模块，用于进行工程运算、模型构建、逻辑关系判断、人机交互、数据处理及输出，在模型构建方面，该模块能完成海域天然气水合物水上-水中-井口-井下-储层五位一体全井全时段三维模型搭建，包括三维模型和虚拟环境构建，其中全井是指水上-水中-井口-井下-储层五位一体，全时段是指海域天然气水合物试采或开采全生命周期，如钻井阶段、完井阶段、增产改造阶段、生产(或试采)阶段、弃井阶段以及其他开采作业阶段；展示模块，包含两种展示形式，一种是大屏输出设备，通过屏幕的方式展示全井全时段五位一体三维模型；另一种是虚拟环境，通过穿戴式虚拟设备，将全井全时段五位一体虚拟环境模型展示给用户群；存储模块，用于储存系统中的实时数据及静态数据；其中各传感器将获取的数据先通过电缆和光缆两种形式传输至传感器总成，电缆传输形式能使得数据监测系统在应急解脱后能通过湿接头回接，并能储存在存储介质上；光缆传输能在正常作业情况下，保证数据完整快速传输；两种传输方式同时使用提高数据传输的可靠性。
作为一种优选的技术方案，一种海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，包括数据监测模块，是水上-水中-井口-井下-储层五位一体监测体系，主要用于监测温度、压力、流量、出砂量数据，数据监测模块实现方式为：在水上-水中-井口-井下-储层五个层面布置所需要的传感器，各传感器将获取的数据传输至传感器总成，再传输至实时数据数据库，并储存在服务器上；工具库模块，是水上-水中-井口-井下大型设备工具系统，主要用于构建水上-水中-井口-井下现有设备工具的库，包括工具三维建模和虚拟环境构建、工具性能参数录入、工具前后连接关系、以及工具运行状态判则；工具的性能参数、前后连接关系主要用于设备工具系统的设计，如井身结构设计、套管程序设计、海床面管汇设计、生产测试管柱设计、井口水下生产系统设计、隔水管设计等；工具运行状态判则主要是指设备工具关键参数在正常使用下的范围值或固定值，当实时监测到的数据直接反映或通过公式推导出设备工具关键参数未处于正常值范围内时，则系统精确报警，便于技术人员进一步分析并解决问题；工具库模块包含海域天然气水合物开采全生命周期中所涉及到的现有的设备和工具；同时工具库模块具有可扩展性，如有新设备工具研发并投入商用后，能够在工具库中添加此设备工具及其相关参数、连接关系、状态判则；计算及判断模块，用于进行工程运算、模型构建、逻辑关系判断、人机交互、数据处理及输出，在模型构建方面，该模块能完成海域天然气水合物水上-水中-井口-井下-储层五位一体全井全时段三维模型搭建，包括三维模型和虚拟环境构建，其中全井是指水上-水中-井口-井下-储层五位一体，全时段是指海域天然气水合物试采或开采全生命周期，如钻井阶段、完井阶段、增产改造阶段、生产阶段、弃井阶段以及其他开采作业阶段；展示模块，包含两种展示形式，一种是大屏输出设备，通过屏幕的方式展示全井全时段五位一体三维模型；另一种是虚拟环境，通过穿戴式虚拟设备，将全井全时段五位一体虚拟环境模型展示给用户群；存储模块，用于储存系统中的实时数据及静态数据；其中计算及判断模块搭建海域天然气水合物五位一体全井全时段三维模型的步骤包括：
步骤1、调查目标海域地质资料及基础资料，包括深水、水温梯度、地形、地质构造、地温梯度、储层形态及性质；
步骤2、根据获取的地质资料及基础资料，建立海水及地层原始三维模型及虚拟环境；
步骤3、根据现阶段作业内容，结合当前阶段的施工方案，对方案中的井眼轨迹进行三维建模和虚拟环境构建，设计合理的管柱程序并建模，建模过程中，各设备工具模型的配合关系出现不合理情况时，系统报警，技术人员进行合理调整；
步骤4、海域天然气水合物五位一体全井全时段三维模型和虚拟环境构建完成的同时，生成全井全时段三维模型的模拟沙盘。
作为一种优选的技术方案，一种海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，包括数据监测模块，是水上-水中-井口-井下-储层五位一体监测体系，主要用于监测温度、压力、流量、出砂量数据，数据监测模块实现方式为：在水上-水中-井口-井下-储层五个层面布置所需要的传感器，各传感器将获取的数据传输至传感器总成，再传输至实时数据数据库，并储存在服务器上；工具库模块，是水上-水中-井口-井下大型设备工具系统，主要用于构建水上-水中-井口-井下现有设备工具的库，包括工具三维建模和虚拟环境构建、工具性能参数录入、工具前后连接关系、以及工具运行状态判则；工具的性能参数、前后连接关系主要用于设备工具系统的设计，如井身结构设计、套管程序设计、海床面管汇设计、生产测试管柱设计、井口水下生产系统设计、隔水管设计等；工具运行状态判则主要是指设备工具关键参数在正常使用下的范围值或固定值，当实时监测到的数据直接反映或通过公式推导出设备工具关键参数未处于正常值范围内时，则系统精确报警，便于技术人员进一步分析并解决问题；工具库模块包含海域天然气水合物开采全生命周期中所涉及到的现有的设备和工具；同时工具库模块具有可扩展性，如有新设备工具研发并投入商用后，能够在工具库中添加此设备工具及其相关参数、连接关系、状态判则；计算及判断模块，用于进行工程运算、模型构建、逻辑关系判断、人机交互、数据处理及输出，在模型构建方面，该模块能完成海域天然气水合物水上-水中-井口-井下-储层五位一体全井全时段三维模型搭建，包括三维模型和虚拟环境构建，其中全井是指水上-水中-井口-井下-储层五位一体，全时段是指海域天然气水合物试采或开采全生命周期，如钻井阶段、完井阶段、增产改造阶段、生产阶段、弃井阶段以及其他开采作业阶段；展示模块，包含两种展示形式，一种是大屏输出设备，通过屏幕的方式展示全井全时段五位一体三维模型；另一种是虚拟环境，通过穿戴式虚拟设备，将全井全时段五位一体虚拟环境模型展示给用户群；存储模块，用于储存系统中的实时数据及静态数据；其中计算及判断模块搭建海域天然气水合物五位一体全井全时段三维模型的步骤包括：
步骤1、调查目标海域地质资料及基础资料，包括深水、水温梯度、地形、地质构造、地温梯度、储层形态及性质；
步骤2、根据获取的地质资料及基础资料，建立海水及地层原始三维模型及虚拟环境；
步骤3、根据现阶段作业内容，结合当前阶段的施工方案，对方案中的井眼轨迹进行三维建模和虚拟环境构建，设计合理的管柱程序并建模，建模过程中，各设备工具模型的配合关系出现不合理情况时，系统报警，技术人员进行合理调整；
步骤4、海域天然气水合物五位一体全井全时段三维模型和虚拟环境构建完成的同时，生成全井全时段三维模型的模拟沙盘；
其中模拟沙盘有三种功能：①连接实时监测数据数据库，实时展示各传感器所监测的数据，并能通过科学合理的公式运算推导出关键设备的运行参数及状态；②模拟沙盘能单独查看所选择的设备的关键参数及运行状态；③当设备工具的关键参数超过预先储存在工具库中的正常运行范围值或者公式计算值和范围时，立即报警并展示出现问题的设备工具或井段，以便技术人员进一步分析并解决问题。
作为一种优选的技术方案，一种海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，包括数据监测模块，是水上-水中-井口-井下-储层五位一体监测体系，主要用于监测温度、压力、流量、出砂量数据，数据监测模块实现方式为：在水上-水中-井口-井下-储层五个层面布置所需要的传感器，各传感器将获取的数据传输至传感器总成，再传输至实时数据数据库，并储存在服务器上；工具库模块，是水上-水中-井口-井下大型设备工具系统，主要用于构建水上-水中-井口-井下现有设备工具的库，包括工具三维建模和虚拟环境构建、工具性能参数录入、工具前后连接关系、以及工具运行状态判则；工具的性能参数、前后连接关系主要用于设备工具系统的设计，如井身结构设计、套管程序设计、海床面管汇设计、生产测试管柱设计、井口水下生产系统设计、隔水管设计等；工具运行状态判则主要是指设备工具关键参数在正常使用下的范围值或固定值，当实时监测到的数据直接反映或通过公式推导出设备工具关键参数未处于正常值范围内时，则系统精确报警，便于技术人员进一步分析并解决问题；工具库模块包含海域天然气水合物开采全生命周期中所涉及到的现有的设备和工具；同时工具库模块具有可扩展性，如有新设备工具研发并投入商用后，能够在工具库中添加此设备工具及其相关参数、连接关系、状态判则；计算及判断模块，用于进行工程运算、模型构建、逻辑关系判断、人机交互、数据处理及输出，在模型构建方面，该模块能完成海域天然气水合物水上-水中-井口-井下-储层五位一体全井全时段三维模型搭建，包括三维模型和虚拟环境构建，其中全井是指水上-水中-井口-井下-储层五位一体，全时段是指海域天然气水合物试采或开采全生命周期，如钻井阶段、完井阶段、增产改造阶段、生产阶段、弃井阶段以及其他开采作业阶段；展示模块，包含两种展示形式，一种是大屏输出设备，通过屏幕的方式展示全井全时段五位一体三维模型；另一种是虚拟环境，通过穿戴式虚拟设备，将全井全时段五位一体虚拟环境模型展示给用户群；存储模块，用于储存系统中的实时数据及静态数据；其中计算及判断模块搭建海域天然气水合物五位一体全井全时段三维模型的步骤包括：
步骤1、调查目标海域地质资料及基础资料，包括深水、水温梯度、地形、地质构造、地温梯度、储层形态及性质；
步骤2、根据获取的地质资料及基础资料，建立海水及地层原始三维模型及虚拟环境；
步骤3、根据现阶段作业内容，结合当前阶段的施工方案，对方案中的井眼轨迹进行三维建模和虚拟环境构建，设计合理的管柱程序并建模，建模过程中，各设备工具模型的配合关系出现不合理情况时，系统报警，技术人员进行合理调整；
步骤4、海域天然气水合物五位一体全井全时段三维模型和虚拟环境构建完成的同时，生成全井全时段三维模型的模拟沙盘；
其中本发明所涉及的建模系统具备开放性，对于地层三维模型的构建步骤，建模系统能留有接口，能对接商业软件的建模功能。
作为一种优选的技术方案，一种海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，包括数据监测模块，是水上-水中-井口-井下-储层五位一体监测体系，主要用于监测温度、压力、流量、出砂量数据，数据监测模块实现方式为：在水上-水中-井口-井下-储层五个层面布置所需要的传感器，各传感器将获取的数据传输至传感器总成，再传输至实时数据数据库，并储存在服务器上；工具库模块，是水上-水中-井口-井下大型设备工具系统，主要用于构建水上-水中-井口-井下现有设备工具的库，包括工具三维建模和虚拟环境构建、工具性能参数录入、工具前后连接关系、以及工具运行状态判则；工具的性能参数、前后连接关系主要用于设备工具系统的设计，如井身结构设计、套管程序设计、海床面管汇设计、生产测试管柱设计、井口水下生产系统设计、隔水管设计等；工具运行状态判则主要是指设备工具关键参数在正常使用下的范围值或固定值，当实时监测到的数据直接反映或通过公式推导出设备工具关键参数未处于正常值范围内时，则系统精确报警，便于技术人员进一步分析并解决问题；工具库模块包含海域天然气水合物开采全生命周期中所涉及到的现有的设备和工具；同时工具库模块具有可扩展性，如有新设备工具研发并投入商用后，能够在工具库中添加此设备工具及其相关参数、连接关系、状态判则；计算及判断模块，用于进行工程运算、模型构建、逻辑关系判断、人机交互、数据处理及输出，在模型构建方面，该模块能完成海域天然气水合物水上-水中-井口-井下-储层五位一体全井全时段三维模型搭建，包括三维模型和虚拟环境构建，其中全井是指水上-水中-井口-井下-储层五位一体，全时段是指海域天然气水合物试采或开采全生命周期，如钻井阶段、完井阶段、增产改造阶段、生产阶段、弃井阶段以及其他开采作业阶段；展示模块，包含两种展示形式，一种是大屏输出设备，通过屏幕的方式展示全井全时段五位一体三维模型；另一种是虚拟环境，通过穿戴式虚拟设备，将全井全时段五位一体虚拟环境模型展示给用户群；存储模块，用于储存系统中的实时数据及静态数据；本发明涉及的用户群包括两级用户：管理员和普通用户，管理员对普通用户的管理模式包括三种模式，即引导模式、自由模式和混合模式，引导模式是由管理员控制所有输出方式，普通用户暂无控制权，展示给普通用户内容与管理员当前展示的内容一致，该模式可用于讲解或教学；自由模式是管理员授权普通用户控制权，每个普通用户能操控输出设备中的展示内容，且每个普通用户具有独立性，即普通用户展示内容互不干扰；混合模式是引导模式和自由模式的折中，管理员授予普通用户部分控制权，展示主体由管理员引导，同时普通用户能根据自身需要调整展示主体的信息、视角和内容。
作为一种优选的技术方案，一种海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，包括数据监测模块，是水上-水中-井口-井下-储层五位一体监测体系，主要用于监测温度、压力、流量、出砂量数据，数据监测模块实现方式为：在水上-水中-井口-井下-储层五个层面布置所需要的传感器，各传感器将获取的数据传输至传感器总成，再传输至实时数据数据库，并储存在服务器上；工具库模块，是水上-水中-井口-井下大型设备工具系统，主要用于构建水上-水中-井口-井下-储层现有设备工具的库，包括工具三维建模和虚拟环境构建、工具性能参数录入、工具前后连接关系、以及工具运行状态判则；工具的性能参数、前后连接关系主要用于设备工具系统的设计，如井身结构设计、套管程序设计、海床面管汇设计、生产测试管柱设计、井口水下生产系统设计、隔水管设计等；工具运行状态判则主要是指设备工具关键参数在正常使用下的范围值或固定值，当实时监测到的数据直接反映或通过公式推导出设备工具关键参数未处于正常值范围内时，则系统精确报警，便于技术人员进一步分析并解决问题；工具库模块包含海域天然气水合物开采全生命周期中所涉及到的现有的设备和工具；同时工具库模块具有可扩展性，如有新设备工具研发并投入商用后，能够在工具库中添加此设备工具及其相关参数、连接关系、状态判则；计算及判断模块，用于进行工程运算、模型构建、逻辑关系判断、人机交互、数据处理及输出，在模型构建方面，该模块能完成海域天然气水合物水上-水中-井口-井下-储层五位一体全井全时段三维模型搭建，包括三维模型和虚拟环境构建，其中全井是指水上-水中-井口-井下-储层五位一体，全时段是指海域天然气水合物试采或开采全生命周期，如钻井阶段、完井阶段、增产改造阶段、生产阶段、弃井阶段以及其他开采作业阶段；展示模块，包含两种展示形式，一种是大屏输出设备，通过屏幕的方式展示全井全时段五位一体三维模型；另一种是虚拟环境，通过穿戴式虚拟设备，将全井全时段五位一体虚拟环境模型展示给用户群；存储模块，用于储存系统中的实时数据及静态数据；本发明涉及的用户群包括两级用户：管理员和普通用户，管理员对普通用户的管理模式包括三种模式，即引导模式、自由模式和混合模式，引导模式是由管理员控制所有输出方式，普通用户暂无控制权，展示给普通用户内容与管理员当前展示的内容一致，该模式可用于讲解或教学；自由模式是管理员授权普通用户控制权，每个普通用户能操控输出设备中的展示内容，且每个普通用户具有独立性，即普通用户展示内容互不干扰；混合模式是引导模式和自由模式的折中，管理员授予普通用户部分控制权，展示主体由管理员引导，同时普通用户能根据自身需要调整展示主体的信息、视角和内容；本发明所述的多用户是指多个用户可以选择不同或相同的控制方式，同时访问五位一体虚拟环境，并且互不干扰。
作为一种优选的技术方案，一种海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，包括数据监测模块，是水上-水中-井口-井下-储层五位一体监测体系，主要用于监测温度、压力、流量、出砂量数据，数据监测模块实现方式为：在水上-水中-井口-井下-储层五个层面布置所需要的传感器，各传感器将获取的数据传输至传感器总成，再传输至实时数据数据库，并储存在服务器上；工具库模块，是水上-水中-井口-井下大型设备工具系统，主要用于构建水上-水中-井口-井下现有设备工具的库，包括工具三维建模和虚拟环境构建、工具性能参数录入、工具前后连接关系、以及工具运行状态判则；工具的性能参数、前后连接关系主要用于设备工具系统的设计，如井身结构设计、套管程序设计、海床面管汇设计、生产测试管柱设计、井口水下生产系统设计、隔水管设计等；工具运行状态判则主要是指设备工具关键参数在正常使用下的范围值或固定值，当实时监测到的数据直接反映或通过公式推导出设备工具关键参数未处于正常值范围内时，则系统精确报警，便于技术人员进一步分析并解决问题；工具库模块包含海域天然气水合物开采全生命周期中所涉及到的现有的设备和工具；同时工具库模块具有可扩展性，如有新设备工具研发并投入商用后，能够在工具库中添加此设备工具及其相关参数、连接关系、状态判则；计算及判断模块，用于进行工程运算、模型构建、逻辑关系判断、人机交互、数据处理及输出，在模型构建方面，该模块能完成海域天然气水合物水上-水中-井口-井下-储层五位一体全井全时段三维模型搭建，包括三维模型和虚拟环境构建，其中全井是指水上-水中-井口-井下-储层五位一体，全时段是指海域天然气水合物试采或开采全生命周期，如钻井阶段、完井阶段、增产改造阶段、生产阶段、弃井阶段以及其他开采作业阶段；展示模块，包含两种展示形式，一种是大屏输出设备，通过屏幕的方式展示全井全时段五位一体三维模型；另一种是虚拟环境，通过穿戴式虚拟设备，将全井全时段五位一体虚拟环境模型展示给用户群；存储模块，用于储存系统中的实时数据及静态数据；本发明涉及的用户群包括两级用户：管理员和普通用户，管理员对普通用户的管理模式包括三种模式，即引导模式、自由模式和混合模式，引导模式是由管理员控制所有输出方式，普通用户暂无控制权，展示给普通用户内容与管理员当前展示的内容一致，该模式可用于讲解或教学；自由模式是管理员授权普通用户控制权，每个普通用户能操控输出设备中的展示内容，且每个普通用户具有独立性，即普通用户展示内容互不干扰；混合模式是引导模式和自由模式的折中，管理员授予普通用户部分控制权，展示主体由管理员引导，同时普通用户能根据自身需要调整展示主体的信息、视角和内容；用户对五位一体虚拟环境的控制方式多样，主要包括3D手势、语音控制、动作捕捉、眼球追踪、常规控制方式、以及AI辅助强化控制，借助AI辅助，系统能进一步识别用户需求，提高用户操控性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，其特征在于，包括：
数据监测模块，是水上-水中-井口-井下-储层五位一体监测体系，用于监测温度、压力、流量、出砂量数据，数据监测模块实现方式为：在水上-水中-井口-井下-储层五个层面布置所需要的传感器，各传感器将获取的数据传输至传感器总成，再传输至实时数据数据库，并储存在服务器上；
工具库模块，是水上-水中-井口-井下-储层五位一体设备工具系统，用于构建水上-水中-井口-井下-储层现有设备工具的库，包括工具三维建模和虚拟环境构建、工具性能参数录入、工具前后连接关系、以及工具运行状态判则；工具的性能参数、前后连接关系用于设备工具系统的设计，包括井身结构设计、套管程序设计、地面管汇设计；工具运行状态判则是指设备工具关键参数在正常使用下的范围值或固定值，当实时监测到的数据直接反映或通过公式推导出设备工具关键参数未处于正常值范围内时，则系统精确报警，便于技术人员进一步分析并解决问题；工具库模块包含海域天然气水合物开采全生命周期中所涉及到的现有的设备和工具；同时工具库模块具有可扩展性，当有新设备工具研发并投入商用后，能够在工具库中添加此设备工具及其相关参数、连接关系、状态判则；
计算及判断模块，用于进行工程运算、模型构建、逻辑关系判断、人机交互、数据处理及输出，在模型构建方面，该模块能完成海域天然气水合物水上-水中-井口-井下-储层五位一体全井全时段三维模型搭建，包括三维模型和虚拟环境构建，其中全井是指水上-水中-井口-井下-储层五位一体，全时段是指海域天然气水合物试采或开采全生命周期，包括钻井阶段、完井阶段、增产改造阶段、生产阶段、弃井阶段以及开采作业阶段；
展示模块，包含两种展示形式，一种是大屏输出设备，通过屏幕的方式展示全井全时段五位一体三维模型；另一种是虚拟环境，通过穿戴式虚拟设备，将全井全时段五位一体虚拟环境模型展示给用户群；
存储模块，用于储存系统中的实时数据及静态数据；
其中各传感器将获取的数据先通过电缆和光缆两种形式传输至传感器总成，电缆传输形式能使得数据监测系统在应急解脱后能通过湿接头回接，并能储存在存储介质上；光缆传输能在正常作业情况下，保证数据完整快速传输；
其中计算及判断模块搭建海域天然气水合物五位一体全井全时段三维模型的步骤包括：
步骤1、调查目标海域地质资料及基础资料，包括深水、水温梯度、地形、地质构造、地温梯度、储层形态及性质；
步骤2、根据获取的地质资料及基础资料，建立海水及地层原始三维模型及虚拟环境；
步骤3、根据现阶段作业内容，结合当前阶段的施工方案，对方案中的井眼轨迹进行三维建模和虚拟环境构建，设计合理的管柱程序并建模，建模过程中，各设备工具模型的配合关系出现不合理情况时，系统报警，技术人员进行合理调整；
步骤4、海域天然气水合物五位一体全井全时段三维模型和虚拟环境构建完成的同时，生成全井全时段三维模型的模拟沙盘。
2.如权利要求1所述的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，其特征在于，其中模拟沙盘有三种功能：①连接实时监测数据数据库，实时展示各传感器所监测的数据，并能通过科学合理的公式运算推导出关键设备的运行参数及状态；②模拟沙盘能单独查看所选择的设备的关键参数及运行状态；③当设备工具的关键参数超过预先储存在工具库中的正常运行范围值或者公式计算值和范围时，立即报警并展示出现问题的设备工具或井段，以便技术人员进一步分析并解决问题。
3.如权利要求1所述的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，其特征在于，其中本方法所涉及的建模系统具备开放性，对于地层三维模型的构建步骤，建模系统能留有接口，能对接商业软件的建模功能。
4.如权利要求1所述的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，其特征在于，本方法涉及的用户群包括两级用户：管理员和普通用户，管理员对普通用户的管理模式包括三种模式，即引导模式、自由模式和混合模式，引导模式是由管理员控制所有输出方式，普通用户暂无控制权，展示给普通用户内容与管理员当前展示的内容一致，该模式用于讲解或教学；自由模式是管理员授权普通用户控制权，每个普通用户能操控输出设备中的展示内容，且每个普通用户具有独立性，即普通用户展示内容互不干扰；混合模式是引导模式和自由模式的折中，管理员授予普通用户部分控制权，展示主体由管理员引导，同时普通用户能根据自身需要调整展示主体的信息、视角和内容。
5.如权利要求4所述的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，其特征在于，本方法所述的多用户是指多个用户能够选择不同或相同的控制方式，同时访问五位一体虚拟环境，并且互不干扰。
6.如权利要求4所述的海域天然气水合物多用户虚拟实时监控系统及其构建方法，其特征在于，用户对五位一体虚拟环境的控制方式多样，包括3D手势、语音控制、动作捕捉、眼球追踪、常规控制方式、以及AI辅助强化控制，借助AI辅助，系统能进一步识别用户需求，提高用户操控性。
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