專利名稱：鉆井模擬器溢流模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆井模擬方法，特別是涉及一種鉆井模擬器溢流模擬方法。
背景技術(shù)：
石油工業(yè)是一種技術(shù)密集型行業(yè)，鉆井作業(yè)是石油工業(yè)拿儲(chǔ)量、上產(chǎn)量的重要手 段之一。由于石油鉆井生產(chǎn)條件的限制和井下情況的復(fù)雜性，使石油鉆井作業(yè)面臨極大的 風(fēng)險(xiǎn)。為了獲得更好生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，減少人為事故的發(fā)生，對(duì)鉆井現(xiàn)場(chǎng)操作人員和工 程技術(shù)人員的技術(shù)技能培訓(xùn)就顯得十分重要。鉆進(jìn)和關(guān)井處于鉆井過程中較為重要的兩部 分，所以在鉆進(jìn)和關(guān)井過程中的對(duì)溢流控制就顯得很重要了。 目前，鉆井操作培訓(xùn)主要在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，由于各種條件和因素的制約，使培訓(xùn)內(nèi) 容受到極大的限制，培訓(xùn)的系統(tǒng)性、培訓(xùn)效果及培訓(xùn)人員數(shù)量等都受到極大的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的鉆 井模擬器溢流模擬方法，該方法是參照鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作流程，對(duì)鉆井模擬器溢流 的工作原理和操作方法進(jìn)行逼真模擬，增強(qiáng)教學(xué)培訓(xùn)的現(xiàn)場(chǎng)感，縮短培訓(xùn)周期、提高培訓(xùn)效 果、降低培訓(xùn)成本。 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)鉆井模擬器溢流模擬方法，專門針對(duì)鉆 井模擬器溢流模擬控制程序，按照以下步驟實(shí)現(xiàn)鉆井過程中溢流情況的模擬
(1)讀取前端設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和操作指令； (2)根據(jù)獲得的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)和操作指令類別以及預(yù)先建立的鉆井模擬器溢流模 型，計(jì)算出實(shí)現(xiàn)鉆井模擬器溢流模擬動(dòng)畫的作業(yè)數(shù)據(jù)； (3)按照設(shè)定的數(shù)據(jù)格式與專門設(shè)置的圖形處理單元通訊，交換初始化數(shù)據(jù)和作
業(yè)數(shù)據(jù)，圖形處理單元根據(jù)此數(shù)據(jù)完成鉆井模擬器溢流的動(dòng)畫展現(xiàn)； (4)按照設(shè)定的數(shù)據(jù)格式與圖形處理單元通訊，交換動(dòng)畫狀態(tài)信息； (5)重復(fù)前述步驟(1) (4)。 鉆井模擬器溢流模擬控制程序必須持續(xù)不斷的與前端設(shè)備進(jìn)行通信，以獲取前端 的設(shè)備狀態(tài)以及獲取培訓(xùn)學(xué)員的操作過程。這樣做有以下幾個(gè)原因 (1)實(shí)時(shí)獲取前端硬件的設(shè)備狀態(tài)后，經(jīng)過鉆井模擬器溢流模擬控制程序處理，可 以驅(qū)動(dòng)圖形處理單元產(chǎn)生與硬件設(shè)備操作同步的動(dòng)畫過程。比如在圖形處理單元中，大鉤 的上升和下降過程就是受前端絞車離合器，腳油門，剎把，離合器檔位等部件的控制。
(2)實(shí)時(shí)獲取的前端設(shè)備狀態(tài)也是鉆井模擬器溢流模擬控制程序中模擬數(shù)學(xué)模型 的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 鉆井模擬器溢流模擬控制程序所計(jì)算出的鉆井溢流參數(shù)也需要實(shí)時(shí)傳輸給前端 設(shè)備，所以鉆井模擬器溢流模擬控制程序和前端設(shè)備之間的通信具備雙向、高速和穩(wěn)定的 特性。
操作指令類別包括正常鉆井與關(guān)井指令、起鉆與關(guān)井指令、起鉆鋌與關(guān)井指令和 空井指令。 正常鉆進(jìn)與關(guān)井操作的過程為開始本次作業(yè)，正常鉆進(jìn)，判斷是否出現(xiàn)溢流，若 未出現(xiàn)溢流則正常鉆進(jìn)，若出現(xiàn)溢流，打開節(jié)流管匯，關(guān)閉環(huán)形防噴器、上半封防噴器、環(huán)形 防噴器、節(jié)流閥、J2A平板閥，然后錄井，結(jié)束本次作業(yè)。
起鉆與關(guān)井操作的過程為開始本次作業(yè)，卸方鉆桿，起立桿，判斷是否溢流，若未
發(fā)現(xiàn)溢流則返回起立桿，若發(fā)現(xiàn)溢流則搶接鉆具防噴器，關(guān)井，錄井，最后結(jié)束本次作業(yè)。
起鉆鋌與關(guān)井操作的過程為開始本次作業(yè)，起鉆鋌，判斷是否溢流，若未發(fā)現(xiàn)溢
流則返回起鉆鋌，若發(fā)現(xiàn)溢流則搶接防噴單桿，關(guān)井，錄井，最后結(jié)束本次作業(yè)。
空井與關(guān)井操作的過程為開始本次作業(yè)，起完鉆鋌，判斷溢流量是否大，如果溢
流量大則關(guān)井，錄井，最后結(jié)束本次作業(yè)；如果溢流量小則搶接防噴單桿，關(guān)井，錄井，最后
結(jié)束本次作業(yè)。 本發(fā)明所述的鉆井模擬器溢流模擬必須建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，這樣才能 使鉆井模擬器溢流模擬的各種參數(shù)符合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的情況，才能達(dá)到良好的培訓(xùn)效果。
本發(fā)明所采用的鉆井模擬器溢流模擬模型包括鉆井溢流過程模擬模型和關(guān)井溢 流過程模擬模型。模型使用的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)包括初始狀態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)，初始狀態(tài)參數(shù) 包括鉆頭壓降Pb、比鉆壓W、地層統(tǒng)計(jì)可鉆性Kd、實(shí)際或設(shè)計(jì)泥漿密度P 、剎車鼓摩擦力F^ 傳動(dòng)效率n ff、重力加速度g、滲流系數(shù)C、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù)Zs、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度 Ts、天然氣密度P g、溢流段環(huán)空環(huán)空中所分混合物的段數(shù)n、橫截面積U昆合物中泥漿體
積分量^M、混合物中天然氣體積分量^g和考慮平衡安全的地層壓力附加值^ ; 動(dòng)態(tài)參數(shù)包括剎車鼓摩擦力F^提升速度Vp、某擋穩(wěn)定起升角速度"。鉆頭總進(jìn) 尺F、井深H、地層有效壓力Pp、井底有效壓力Pb、排量Q、鉆轉(zhuǎn)速N、機(jī)械鉆速V、氣體滲流量 Qw、每段混合物底部壓力和每段混合物頂部壓力。
鉆井模擬器溢流模擬模型條件的假設(shè) (1)鉆井液環(huán)空攜巖能力Lc > 0. 5 ;環(huán)空鉆屑濃度Ca < 0. 09 ;環(huán)空流態(tài)穩(wěn)定參數(shù) 值Z《井眼穩(wěn)定值Z值。 (2)所用通用鉆速方程是建立在地層統(tǒng)計(jì)可鉆性的基礎(chǔ)上的，它反映了不均質(zhì)地 層可鉆性的宏觀規(guī)律。只要按《鉆井手冊(cè)(甲方)》選出相應(yīng)的鉆頭類型，建立準(zhǔn)確的地層 可鉆性梯度公式，納入設(shè)計(jì)的程序，即可得出符合實(shí)際的結(jié)果。 (3)波動(dòng)壓力的分析與計(jì)算是建立在剛性液柱(鉆井液與井內(nèi)管柱為不可壓縮) 理論基礎(chǔ)上的。
(4)鉆井中發(fā)生溢流時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入環(huán)空的泥漿和氣體形成的混氣泥漿是均 勻混合的。在這種假設(shè)下，我們可以將單位體積的混和泥漿中的氣體含量看成是相等的。
(5)發(fā)現(xiàn)溢流后，應(yīng)及時(shí)停泵關(guān)井。在井內(nèi)壓力平衡前，地層氣體仍然會(huì)不斷地進(jìn) 入井內(nèi)。因此，假設(shè)從停泵關(guān)井到關(guān)井穩(wěn)定這段時(shí)間內(nèi)，井內(nèi)形成一段連續(xù)的純氣柱；且在 壓井過程中，此連續(xù)氣柱不被破壞。
(6)氣體從地層中進(jìn)入井筒符合達(dá)西定律。 (7)若進(jìn)入井內(nèi)的溢流為氣體，則假設(shè)氣體溢流在環(huán)空內(nèi)上升時(shí)要膨脹，其膨脹過 程符合氣體狀態(tài)方程，且忽略氣體滑脫現(xiàn)象。若進(jìn)入井內(nèi)的溢流為液體，則假設(shè)液體溢流在上升過程中不發(fā)生膨脹和滑脫現(xiàn)象。
(8)電動(dòng)機(jī)的輸出功率按恒定值考慮。
(9)假設(shè)井內(nèi)的地溫梯度為一常數(shù)，則
井底壓力=地溫梯度X井深+井口溫度 (10)地層破裂壓力梯度為一常數(shù)，則井內(nèi)任一點(diǎn)的地層破裂壓力為該點(diǎn)井深乘以 地層破裂壓力梯度。
(11)通用鉆速方程式在假設(shè)影響鉆速的鉆壓指數(shù)、轉(zhuǎn)速指數(shù)、水力參數(shù)、鉆井液密 度差與地層宏觀性等這些單因素是互不影響的獨(dú)立變量的基礎(chǔ)上建立起來的函數(shù)關(guān)系。
由于本模型主要用于模擬培訓(xùn)，因此，在計(jì)算時(shí)間、計(jì)算精度和和準(zhǔn)確度發(fā)生沖突 時(shí)，原則上以保時(shí)間為主，而將過分復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化，但保證定性方面的準(zhǔn) 確性。
建立的鉆井模擬器溢流模擬模型包括
( — )、鉆井溢流過程模擬模型 在鉆井過程中發(fā)生溢流時(shí)，隨著打開氣層厚度的增加，從地層中進(jìn)入井筒內(nèi)的氣 體量也增加，井底壓力將不斷減小，氣體進(jìn)入速度將不斷增加，該過程中所有參數(shù)的變化都 是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。為此，假如在一個(gè)相當(dāng)小的時(shí)間間隔At內(nèi)，進(jìn)氣量滿足二次線性方 程。 1、氣體流量計(jì)算
&=贈(zèng)-《) 式中Qgs-對(duì)應(yīng)于Pb的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體滲流量，米3/秒 [OO43] Pp， Pb-地層、井底有效壓力，千帕
C—滲流系數(shù)，米3/千帕 秒 在j時(shí)刻A t時(shí)間內(nèi)<formula>formula see original document page 5</formula> 2、每段混合物長(zhǎng)度AHmiX(j)(j = 1，2，3， n_l) <formula>formula see original document page 5</formula> 式中Q—鉆進(jìn)時(shí)泥漿泵排量，米3/秒 Uj—Z JjPs/ZsTs ，千帕 P(j)—第j段混合物底部壓力，千帕 P(j—d—第j段混合物頂部壓力，千帕 p —泥漿密度，克/厘米3 g—重力加速度，米/秒2 3、環(huán)空混合物總長(zhǎng)度 <formula>formula see original document page 5</formula> 4、井內(nèi)溢流量 <formula>formula see original document page 5</formula>
5、每段混合物密度確定<formula>formula see original document page 6</formula>式中m —混合物中泥漿體積分量，A — Q
'樣一一一一"'"
Aa__該溢流段環(huán)空橫截面積，毫米2 —混合物中天然氣體積分量，= 。 二 P g—天然氣密度，克/厘米3 因?yàn)镻 g □ P ，所以上式可改寫為PmaU) = ( 二 )、關(guān)井溢流過程模擬模型 關(guān)井過程實(shí)際上是井底壓力恢復(fù)的過程。剛關(guān)井時(shí)，由于井底壓力未平衡地層壓 力，地層流體還要繼續(xù)進(jìn)入井筒，進(jìn)入的高壓氣體把井筒環(huán)空混合物壓縮，使套壓和立管壓 力不斷增加。隨著關(guān)井時(shí)間的延長(zhǎng)，井底壓力逐漸增加，地層流體進(jìn)入速度逐漸減少，直到 最后井底壓力平衡地層壓力。關(guān)井過程中，無論是井筒還是地層，所有參數(shù)都是時(shí)間函數(shù)。 因描述這一過程的數(shù)學(xué)模型及其計(jì)算方法很復(fù)雜，在此不作詳述。下面僅給出關(guān)井穩(wěn)定后 井底混合物長(zhǎng)度等有關(guān)參數(shù)計(jì)算公式。
1 、關(guān)井穩(wěn)定后井底混合物長(zhǎng)度
腿。L 如；^Pp -(" — _/ +l)A尸」S〃
式中AP = gp QA t/Aa
n__環(huán)空中所分混合物的段數(shù)
2、關(guān)井穩(wěn)定后井底純氣柱的長(zhǎng)度
nmix(n+l) nmix〇 nmix(n)
鉆井模擬器溢流控制程序與圖形處理單元的通信通過廣泛使用TCP/IP協(xié)議進(jìn) 行。鉆井模擬器溢流控制程序?qū)⑼ㄟ^數(shù)據(jù)處理得到的與圖形有關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)向圖形處理單 元，這樣就能夠把鉆井模擬器溢流中的各種動(dòng)作以及鉆井現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的狀態(tài)、空間位置 等控制信號(hào)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的發(fā)給圖形單元，使圖形能迅速、準(zhǔn)確地反映前端操作者的各種動(dòng) 作。鉆井模擬器溢流控制程序與圖形處理單元通信的數(shù)據(jù)格式如下 (1)鉆井模擬器溢流模擬控制程序發(fā)送給圖形處理單元的初始化及作業(yè)數(shù)據(jù)格式
{
struct
unsigned short state ;〃0 :表示初始數(shù)據(jù)，l :表示作業(yè)數(shù)據(jù) unsigned short dl ;//表示動(dòng)作指令
float d2 ;〃在初始狀態(tài)下表示吊環(huán)下平面離鉆臺(tái)平面高度，在作業(yè)狀態(tài)下
表示物體上下的速度(單位m/s，可正可負(fù))
float d3 ;〃在初始狀態(tài)下表示井深，在作業(yè)狀態(tài)下表示頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)速度(單
位r/min，可正可負(fù)) unsigned short d4 ;〃在初始狀態(tài)下表示井下鉆桿數(shù)量(單位根)，在作業(yè)
狀態(tài)下表示吊環(huán)前/后傾斜角度(單位度，可正可負(fù)) unsigned short d5 ;〃在初始狀態(tài)下表示大鉤下掛鉆桿數(shù)量(注意如果d5
有值，則d4的值沒有意義)，在作業(yè)狀態(tài)下表示吊環(huán)旋轉(zhuǎn)角度(單位度，可正可負(fù))
作業(yè)
unsigned short d6 unsigned short d7 unsigned short d8 unsigned short d9 unsigned short dlO
}data ;
struct
在初始狀態(tài)下表示立桿盒鉆桿數(shù)量(單位柱) 在初始狀態(tài)下表示井下鉆挺數(shù)量(單位根) 在初始狀態(tài)下表示立桿盒鉆挺數(shù)量(單位柱) 在初始狀態(tài)下表示本次作業(yè)是否為壓井作業(yè) /在初始狀態(tài)下表示鉆桿上是否有3根打撈線
float JS ;〃井深 float gaslengthl float gasheightl float gaslength2 float gasheight2 float hkkillmudlength float hkkillmuclheight float hkovermudlength float hkovermudheight float zzkillmudlength float zzkillmudheight float zzovermudlength float zzovermudheight
溢流氣體長(zhǎng)度 溢流氣體底部距井底高度 在現(xiàn)有的作業(yè)中無用，保留 在現(xiàn)有的作業(yè)中無用，保留 '環(huán)空內(nèi)壓井泥漿長(zhǎng)度 '環(huán)空內(nèi)壓井泥漿距井底高度 '環(huán)空內(nèi)重泥漿長(zhǎng)度 '環(huán)空內(nèi)重泥漿距井底高度 '鉆柱內(nèi)壓井泥漿長(zhǎng)度 '鉆柱內(nèi)壓井泥漿距井口高度 '鉆柱內(nèi)重泥漿長(zhǎng)度 '鉆柱內(nèi)重泥漿距井口高度
unsigned short JingKongFlag ;〃在初始狀態(tài)下表示本次作業(yè)是否為壓井
皿digned short fireflag ;//點(diǎn)火標(biāo)志
}jk;
(2)圖形處理單元發(fā)送給鉆井模擬器溢流模擬控制程序的數(shù)據(jù)格式
union JSRevTUDate struct
float dl float d2
大鉤高度 大鉤速度
unsignedshortd3〃每個(gè)動(dòng)作繪制完成標(biāo)記unsignedshortd4〃半封狀態(tài)，O表示關(guān)，l表示中間狀態(tài)，2表示開unsignedshortd5〃全封狀態(tài)，0表示關(guān)，1表示中間狀態(tài)，2表示開unsignedshortd6〃環(huán)形狀態(tài)，0表示關(guān)，1表示中間狀態(tài)，2表示開unsignedshortd7〃小鼠洞是否有桿，O表示無桿，1表示有桿unsignedshortd8〃吊環(huán)下掛物體是否在鉆臺(tái)平面下，o表示在下面，
1表示在上面 }data;
}; 由于系統(tǒng)規(guī)模較大，設(shè)計(jì)復(fù)雜，圖形繪制程序的設(shè)計(jì)是基于面向?qū)ο蟮?。鑒于在鉆 井模擬器溢流中涉及到的物體較多，并且各個(gè)物體在不同的方面有不同的特性，因此在設(shè)
計(jì)之前，應(yīng)確定設(shè)計(jì)類的準(zhǔn)則。對(duì)本發(fā)明而言，這里關(guān)心的是用物體如何實(shí)現(xiàn)鉆井模擬器溢 流流程，所以類的設(shè)計(jì)應(yīng)該圍繞物體的動(dòng)畫功能需要來進(jìn)行，而所涉及到的圖形處理單元 包括圖形繪制程序和視景仿真控制程序。 其中，圖形繪制程序主要包括設(shè)備類圖形繪制、粒子類圖形繪制、管理類圖形繪制 和工藝動(dòng)畫繪制，視景仿真控制程序主要包括場(chǎng)景初始化、工藝動(dòng)畫控制、碰撞處理和特效 渲染。類的設(shè)計(jì)包括
(1)設(shè)備類 鉆井模擬器溢流模擬中涉及到動(dòng)畫的物體具有一些相同的特點(diǎn)，例如每個(gè)物體 都具有場(chǎng)景坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)角度等特點(diǎn)，就將各個(gè)類中的相同屬性和方法抽象出來集成為類 Device。類Device是一個(gè)父類，它向子類提供了一些公共屬性和方法。就屬性而言，類 Device的屬性中除了場(chǎng)景坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)角度、上升速度之外、還應(yīng)有ID， Device, pre0bject、 Device, sub0bject等屬性。其中ID是用來標(biāo)志物體類型，由于鉆井模擬中動(dòng)畫涉及的 物體類型較多，利用ID可以方便查找物體的類型。而屬性Device, pre0bject、 Device. subObject可以為查找某物體的前后物體帶來便利。另外，類Device還應(yīng)該具有公共方法， 鉆井中的物體都具有旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等動(dòng)作，因此方法中必定有移動(dòng)方法MoveDevice()和旋轉(zhuǎn) 方法RotateDevice()。鑒于所有物體都要以三維圖形在計(jì)算機(jī)上顯示出來，因此還應(yīng)有物 體的繪制方法，即Draw()。
(2)粒子類 鉆井模擬器溢流模擬中模擬微觀事物具有多樣性，因此設(shè)計(jì)了粒子類，在系統(tǒng)設(shè) 計(jì)中把粒子系統(tǒng)抽象為一個(gè)類，命名為Particle。與Device相同Particle是為完成粒子 模擬功能中所設(shè)計(jì)的父類。父類Particle的屬性有粒子分別在XYZ坐標(biāo)軸上的位置以及坐 標(biāo)軸上的位置增量，還有粒子生命狀態(tài)。而Particle的子類有Fire類、Gas類和Blowout 類。Fire類主要用于火焰燃燒效果的模擬；Gas類主要用于正常鉆進(jìn)過程中鉆到氣層時(shí)，氣 體溢出的模擬；Blowout類主要用于發(fā)生井噴時(shí)，井口泥漿噴涌的效果模擬。
(3)Shader管理類 Shader的使用是通過調(diào)用OpenGL API中的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)讓Shader的應(yīng)用可 以直接與OpenGL驅(qū)動(dòng)相連接，它是存儲(chǔ)一個(gè)OpenGL著色片段不可缺少的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這 些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被稱為著色對(duì)象(Shader Object)。在一個(gè)著色對(duì)象創(chuàng)建好后，應(yīng)用程序通過調(diào)用glShaderSourceARB把著色代碼提供給著色對(duì)象。為了有效的使用和管理編寫好的 Shader，在設(shè)計(jì)過程中專門設(shè)計(jì)了 GLShader類。這個(gè)類主要用來設(shè)定Shader對(duì)象，讀入編 寫好的Vertex文件和Fragment文件，讀入?yún)?shù)類型和參數(shù)值，讀入紋理信息，Shader的使 用和刪除等。GLShader類的設(shè)計(jì)能使Shader的使用更為有效，提高了 Shader使用的靈活 性和可重用性。 視景仿真控制程序主要完成以下工作
(1)場(chǎng)景初始化 —個(gè)新的作業(yè)開始前，圖形處理單元在接收到鉆井模擬器溢流控制程序發(fā)出的作 業(yè)指令后初始化當(dāng)前場(chǎng)景，例如鉆井平臺(tái)上各操作部件當(dāng)前的數(shù)量、狀態(tài)以及位置。
(2)工藝動(dòng)畫控制 將與鉆井模擬器溢流模擬控制程序相互通信得到的參數(shù)及數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，體現(xiàn)出 鉆臺(tái)上各種控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、具體動(dòng)作、視圖選擇(包括上視角、井下視角、防噴器視 角、多視圖顯示等)等。
(3)碰撞處理 在三維圖形的運(yùn)動(dòng)仿真過程中是不允許有"穿墻而過"的狀況發(fā)生的，因此要對(duì)運(yùn)
動(dòng)物體作碰撞檢測(cè)的處理。為了遵循模型運(yùn)動(dòng)的真實(shí)感，視景仿真控制程序包括碰撞的檢
測(cè)與處理部分。
(4)特效渲染 實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰、氣泡、液體噴涌效果的模擬，使用GLSL實(shí)現(xiàn)電影級(jí)的光照效果，可以
分別模擬白天，夜晚，探照燈等光照模式，大大地提高了圖形效果和真實(shí)感。 本發(fā)明的有益效果是提供了一種對(duì)鉆井模擬器溢流模擬的模擬方法，即參照鉆
井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作流程，對(duì)鉆井模擬器溢流的工作原理和操作方法進(jìn)行逼真模擬，增
強(qiáng)教學(xué)培訓(xùn)的現(xiàn)場(chǎng)感，縮短培訓(xùn)周期、提高培訓(xùn)效果、降低培訓(xùn)成本。
圖1鉆井模擬器的組成結(jié)構(gòu)圖 圖2鉆井模擬器溢流的控制程序組成框圖 圖3鉆井模擬器溢流模擬控制程序流程圖 圖4鉆井模擬器溢流模擬控制程序與前端設(shè)備通信框圖 圖5正常鉆井與關(guān)井流程圖 圖6起鉆與關(guān)井流程圖 圖7起鉆鋌與關(guān)井流程圖 圖8空井與關(guān)井流程圖 圖9圖形處理單元的組成框圖 圖10設(shè)備類及其部分子類的結(jié)構(gòu) 圖11粒子類及其部分子類的結(jié)構(gòu) 圖12Shader在OPENGL中的執(zhí)行過程 圖13設(shè)備類、粒子類和Shader管理類之間的調(diào)用關(guān)系
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明不限于所述實(shí)施例。
為了實(shí)施本發(fā)明所述的技術(shù)方案，構(gòu)建了一個(gè)鉆井模擬系統(tǒng)，如圖l，它包括主控 計(jì)算機(jī)、圖形處理計(jì)算機(jī)、前端設(shè)備和投影設(shè)備，主控計(jì)算機(jī)和圖形處理計(jì)算機(jī)通過TCP/IP 互聯(lián)，前端設(shè)備與主控計(jì)算機(jī)通過Siemens PPI協(xié)議互聯(lián)，圖形處理計(jì)算機(jī)連接投影設(shè)備， 主控計(jì)算機(jī)上運(yùn)行鉆井模擬器溢流模擬的控制程序，圖形處理計(jì)算機(jī)運(yùn)行圖形處理單元， 前端設(shè)備包括節(jié)流管匯、高壓管匯、防噴器控制臺(tái)、阻流器控制臺(tái)、遠(yuǎn)程控制臺(tái)和司鉆控制 臺(tái)，投影設(shè)備包括兩臺(tái)投影儀和一個(gè)大尺寸屏幕。 如圖2是鉆井模擬器溢流模擬控制程序的組成，鉆井模擬器溢流模擬控制程序包 括與前端硬件設(shè)備及圖形處理單元通信的通信模塊和溢流模擬模塊，與前端硬件設(shè)備通信 是為了實(shí)時(shí)獲得硬件設(shè)備狀態(tài)，然后在內(nèi)部通過相關(guān)數(shù)學(xué)模型，模擬溢流的過程，溢流模擬 包括正常鉆井與關(guān)井操作模擬、起鉆與關(guān)井操作模擬、起鉆鋌與關(guān)井操作模擬和空井與關(guān) 井操作模擬。進(jìn)而通過TCP/IP協(xié)議向圖形處理單元發(fā)送控制命令，驅(qū)動(dòng)圖形處理單元產(chǎn)生 與硬件設(shè)備操作同步的動(dòng)畫過程，并將信號(hào)反饋給前端硬件，使前端儀表參數(shù)的顯示符合 現(xiàn)場(chǎng)情況。 如圖3，鉆井模擬器溢流模擬方法，鉆井模擬器溢流模擬控制程序，按照以下步驟 實(shí)現(xiàn)溢流模擬 (1)讀取前端設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和操作指令； (2)根據(jù)獲得的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)和操作指令類別以及預(yù)先建立的鉆井模擬器溢流模 型，計(jì)算出實(shí)現(xiàn)溢流情況的模擬動(dòng)畫的作業(yè)數(shù)據(jù)； (3)按照設(shè)定的數(shù)據(jù)格式與專門設(shè)置的圖形處理單元通訊，交換初始化數(shù)據(jù)和作 業(yè)數(shù)據(jù)，圖形處理單元根據(jù)此數(shù)據(jù)完成溢流的動(dòng)畫展現(xiàn)； (4)按照設(shè)定的數(shù)據(jù)格式與圖形處理單元通訊，交換動(dòng)畫狀態(tài)信息；
(5)重復(fù)前述步驟(1) (4)。 由于前端設(shè)備采用PLC進(jìn)行控制和處理，因此在系統(tǒng)中采用通用的OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn) 通信過程。 0PC服務(wù)器使用西門子公司提供的S7-2000PC Server。并且在西門子公司提供的 PCAccess軟件中建立OPC服務(wù)器和需要訪問的PLC硬件系統(tǒng)存儲(chǔ)單元的映射關(guān)系。
在鉆井模擬器溢流模擬控制程序中實(shí)現(xiàn)OPC客戶端功能。利用支持C++BUilder 的IOCOMP組件能夠輕松建立客戶端和服務(wù)器的通信過程。 如圖4是鉆井模擬器溢流模擬控制程序與前端設(shè)備通信框圖。該通信框圖包括 OPC客戶機(jī)，OPC服務(wù)器和PLC系統(tǒng)，其中OPC客戶機(jī)通過OPC接口與OPC服務(wù)器連接，OPC 服務(wù)器通過PPI電纜與PLC系統(tǒng)連接。 操作指令類別主要包括正常鉆井與關(guān)井指令、起鉆與關(guān)井指令、起鉆鋌與關(guān)井指 令和空井與關(guān)井指令。 圖5是正常鉆進(jìn)與關(guān)井操作流程圖，其工作流程大致可描述為開始本次作業(yè)，正 常鉆進(jìn)，判斷是否出現(xiàn)溢流，若未出現(xiàn)溢流則正常鉆進(jìn)，若出現(xiàn)溢流，打開節(jié)流管匯，關(guān)閉環(huán) 形防噴器、上半封防噴器、環(huán)形防噴器、節(jié)流閥、J2A平板閥，然后錄井，結(jié)束本次作業(yè)。
圖6是起鉆與關(guān)井操作流程圖，其工作流程大致可描述為開始本次作業(yè)，卸方鉆桿，起立桿，判斷是否溢流，若未發(fā)現(xiàn)溢流則返回起立桿，若發(fā)現(xiàn)溢流則搶接鉆具防噴器，關(guān) 井，錄井，最后結(jié)束本次作業(yè)。 圖7是起鉆鋌與關(guān)井操作流程圖，其工作流程大致可描述為開始本次作業(yè)，起鉆 鋌，判斷是否溢流，若未發(fā)現(xiàn)溢流則返回起鉆鋌，若發(fā)現(xiàn)溢流則搶接防噴單桿，關(guān)井，錄井， 最后結(jié)束本次作業(yè)。 圖8是空井與關(guān)井操作流程圖，其工作流程大致可描述為開始本次作業(yè)，起完鉆 鋌，判斷溢流量是否大，如果溢流量大則關(guān)井，錄井，最后結(jié)束本次作業(yè)；如果溢流量小則搶 接防噴單桿，關(guān)井，錄井，最后結(jié)束本次作業(yè)。 本發(fā)明所述的鉆井模擬器溢流模擬必須建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，這樣才能 使鉆井模擬器溢流模擬的各種參數(shù)符合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的情況，才能達(dá)到良好的培訓(xùn)效果。
本發(fā)明所采用的鉆井模擬器溢流模擬模型包括鉆井溢流過程模擬模型和關(guān)井溢 流過程模擬模型。模型使用的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)包括初始狀態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)，初始狀態(tài)參數(shù) 包括鉆頭壓降Pb、比鉆壓W、地層統(tǒng)計(jì)可鉆性Kd、實(shí)際或設(shè)計(jì)泥漿密度P 、剎車鼓摩擦力F^ 傳動(dòng)效率n ff、重力加速度g、滲流系數(shù)C、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù)Zs、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度 Ts、天然氣密度P g、溢流段環(huán)空環(huán)空中所分混合物的段數(shù)n、橫截面積U昆合物中泥漿體
積分量^M、混合物中天然氣體積分量Pg和考慮平衡安全的地層壓力附加值^ ;
動(dòng)態(tài)參數(shù)包括剎車鼓摩擦力F^提升速度Vp、某擋穩(wěn)定起升角速度"。鉆頭總進(jìn) 尺F、井深H、地層有效壓力Pp、井底有效壓力Pb、排量Q、鉆轉(zhuǎn)速N、機(jī)械鉆速V、氣體滲流量 Qw、每段混合物底部壓力和每段混合物頂部壓力。 如圖9是圖形處理單元的組成框圖，它包括一個(gè)全三維實(shí)體模型庫、圖形繪制程 序和視景仿真控制程序。 建立一個(gè)完美的模型，是鉆井模擬系統(tǒng)真實(shí)感體現(xiàn)最為重要的元素，鉆井模擬系 統(tǒng)中虛擬環(huán)境的實(shí)現(xiàn)過程基本分為三步第一步是幾何建模，主要包括用多邊形或三角形 構(gòu)成對(duì)象的立體外形；第二步是物理建模，主要包括對(duì)幾何建模的結(jié)果進(jìn)行紋理、顏色、光 照等處理；第三步是具體程序控制，主要通過運(yùn)動(dòng)建模的方法實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境下的物體運(yùn)動(dòng) 模擬。前兩步是虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建過程，第三步則是運(yùn)動(dòng)建模。 幾何建模是開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中最基本、最重要的工作之一。虛擬環(huán)境中的幾何 模型是物體幾何信息的表示，涉及表示幾何信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、相關(guān)的構(gòu)造與操縱該數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)的算法。虛擬環(huán)境中的每個(gè)物體包含形狀和外觀兩個(gè)方面。物體的形狀由構(gòu)造物體的各 個(gè)多邊形、三角形和頂點(diǎn)來確定，物體的外觀則由表面紋理、顏色、光照系數(shù)等來決定。因 此，用于存儲(chǔ)虛擬環(huán)境中幾何模型的模型文件應(yīng)該能夠提供以上信息，同時(shí)還要滿足虛擬 建模技術(shù)的三個(gè)常用指標(biāo)交互顯示能力、交互式操縱能力、易于構(gòu)造的能力對(duì)虛擬對(duì)象模 型的要求。 幾何建模技術(shù)分為體素和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。體素用來構(gòu)造物體的原子單位，體素的 選取決定了建模系統(tǒng)所能構(gòu)造的對(duì)象范圍。結(jié)構(gòu)用來決定體素如何組成新的對(duì)象。
物理建模指的是虛擬對(duì)象的質(zhì)量、重量、慣性、表面紋理、硬度、變形模式等特征的 建模，這些特征與幾何建模和行為法則相融合，形成一個(gè)更具真實(shí)感的虛擬環(huán)境。物理建模 是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中比較高層次的建模，它需要物理學(xué)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)配合，涉及到力的反 饋問題，主要是重量建模、表面形變和軟硬度等物體屬性的體現(xiàn)。
在虛擬環(huán)境中，物體的特性還涉及到位置改變、碰撞、捕獲、縮放和表面變形等，僅 僅建立靜態(tài)三位幾何體對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是不夠的。 對(duì)象位置包括對(duì)象的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和縮放。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，不僅要涉及到絕對(duì)的 坐標(biāo)系統(tǒng)，還要涉及到每個(gè)對(duì)象相對(duì)的坐標(biāo)系統(tǒng)。碰撞檢測(cè)是VR技術(shù)的重要技術(shù)，它在運(yùn) 動(dòng)建模中經(jīng)常使用，例如虛擬環(huán)境中，人不能穿墻而過。碰撞檢測(cè)技術(shù)是虛擬環(huán)境中對(duì)象與 對(duì)象之間碰撞的一種識(shí)別技術(shù)。為了節(jié)省系統(tǒng)開銷，在鉆井模擬系統(tǒng)中采用矩形邊界檢測(cè) 方法。 本實(shí)施例中用三維建模工具3ds max建立所有設(shè)備的模型，將3ds max所繪制 的模型導(dǎo)入到實(shí)時(shí)3D環(huán)境虛擬實(shí)境編輯軟件Virtools中，根據(jù)設(shè)備的物理特性配置 Virtools中模型的所有特性，使用Virtools控制模型的運(yùn)動(dòng)和顯示，在初始狀態(tài)下可以實(shí) 現(xiàn)全場(chǎng)景的漫游，搭建Cave環(huán)境實(shí)現(xiàn)全三維仿真。 圖形繪制程序的設(shè)計(jì)是面向?qū)ο蟮?，本發(fā)明將鉆井模擬器溢流中涉及到的對(duì)象分 為三類設(shè)備類圖、粒子類和shader管理類。 系統(tǒng)中涉及到動(dòng)畫的物體具有一些相同的特點(diǎn)，例如每個(gè)物體都具有場(chǎng)景坐標(biāo)、 旋轉(zhuǎn)角度等特點(diǎn)，于是就可以將各個(gè)類中的相同屬性和方法抽象出來集成為類Device。 類Device是一個(gè)父類，它向子類提供了一些公共屬性和方法。就屬性而言，類Device的 屬性中除了場(chǎng)景坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)角度、上升速度之外、還應(yīng)有ID， Device. preObject、 Device. sub0bject等屬性。其中ID是用來標(biāo)志物體類型，由于本發(fā)明中圖形處理單元中動(dòng)畫涉及 的物體類型較多，利用ID可以方便查找物體的類型。而屬性Device. preObject、 Device. subObject可以為查找某物體的前后物體帶來便利。另外，類Device還應(yīng)該具有公共方法， 起鉆中的物體都具有旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等動(dòng)作，因此方法中必定有移動(dòng)方法MoveDevice()和旋轉(zhuǎn) 方法RotateDevice()。鑒于所有物體都要以三維圖形在計(jì)算機(jī)上顯示出來，因此還應(yīng)有物 體的繪制方法，即Draw()。根據(jù)分析，從父類派生下來的是大鉤、液壓大鉗等子類，它們不僅 繼承了父類的公有屬性和方法，還具有自己的屬性和方法。例如大鉤就有SetState()這個(gè) 方法以設(shè)置大鉤當(dāng)前的狀態(tài)。 圖10是鉆井模擬器溢流過程中涉及到的設(shè)備類及其部分子類。 由于系統(tǒng)模擬微觀事物的多樣性，粒子系統(tǒng)的使用在整個(gè)系統(tǒng)中也有較高的重用
性，因此設(shè)計(jì)了粒子類。 圖ll展示了粒子類及其子類。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中把粒子系統(tǒng)抽象為一個(gè)類，命名為 Particle。與Device相同Particle是為完成粒子模擬功能中所設(shè)計(jì)的父類。父類Particle 的屬性有粒子分別在XYZ坐標(biāo)軸上的位置以及坐標(biāo)軸上的位置增量，還有粒子生命狀態(tài)。 而Particle的子類有Fire類、Gas類和Blowout類。Fire類主要用于火焰燃燒效果的模 擬；Gas類主要用于正常鉆進(jìn)過程中鉆到氣層時(shí)，氣體溢出的模擬；Blowout類主要用于發(fā) 生井噴時(shí)，井口泥漿噴涌的效果模擬。這些子類還分別有自己的屬性，例如粒子大小、大小 增量、顏色分量R/G/B等。 Particle類的方法主要是Init () 、 Draw()，用于對(duì)粒子的初始化和繪制，而子類 中引入了繼承結(jié)構(gòu)中的多態(tài)性概念。由于Fire、 Gas、 Blowout粒子系統(tǒng)采用的數(shù)學(xué)模型不 同，所以各自的繪制方法都不盡相同，每個(gè)子類都有自己的初始化狀態(tài)和繪制方法。除了共 有的Init () 、 Draw()方法，每個(gè)子類有自己的私有方法，例如Fire類就有計(jì)算尾焰、向量計(jì)算等方法。 OpenGL是目前跨平臺(tái)最廣泛的三維圖形引擎，它在真實(shí)感圖形制作上的優(yōu)秀性能
使之成為諸大公司的圖形標(biāo)準(zhǔn)，所以O(shè)penGL成為新一代的三維圖形工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 圖12說明了 Shader在0penGL中的執(zhí)行過程，Shader的使用是通過調(diào)用OpenGL
API中的函數(shù)。OpenGL提供了一個(gè)新的函數(shù)glCreateShaderObjectARB，這個(gè)函數(shù)讓Shader
的應(yīng)用可以直接與OpenGL驅(qū)動(dòng)相連接，它是存儲(chǔ)一個(gè)OpenGL著色片段不可缺少的數(shù)據(jù)結(jié)
構(gòu)。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被稱為著色對(duì)象(Shader Object)。在一個(gè)著色對(duì)象創(chuàng)建好后，應(yīng)用程序
通過調(diào)用glShaderSourceARB把著色代碼提供給著色對(duì)象。 為了有效的使用和管理編寫好的Shader，在設(shè)計(jì)過程中專門設(shè)計(jì)了 GLShader類。 這個(gè)類主要用來設(shè)定Shader對(duì)象，讀入編寫好的Vertex文件和Fragment文件，讀入?yún)?shù) 類型和參數(shù)值，讀入紋理信息，Shader的使用和刪除等。GLShader類的設(shè)計(jì)能使Shader的 使用更為有效，提高了 Shader使用的靈活性和可重用性。 由于父類Device和Particle所有的屬性和方法都是公有的，因此子類可以調(diào)用 父類的所有方法。鑒于子類較多，這里只給出父類間的調(diào)用關(guān)系，如圖13所示。面向?qū)ο?的設(shè)計(jì)方法非常靈活，系統(tǒng)可以根據(jù)需要方便的添加新的類、屬性和方法，對(duì)程序的擴(kuò)展是 非常有利的。 視景仿真控制程序主要負(fù)責(zé)與鉆井模擬器溢流模擬控制程序的通訊，獲取實(shí)時(shí)動(dòng) 畫的指令和數(shù)據(jù)，對(duì)圖形繪制程序發(fā)出作業(yè)指令完成實(shí)時(shí)動(dòng)畫的繪制，由于在三維圖形的 運(yùn)動(dòng)仿真過程中是不允許有"穿墻而過"的狀況發(fā)生的，所以視景仿真控制程序要對(duì)運(yùn)動(dòng) 物體作碰撞檢測(cè)與處理，為了提高圖形效果和真實(shí)感，采用渲染特效，模擬火焰、氣泡、液體 噴涌效果，還使用GLSL實(shí)現(xiàn)電影級(jí)的光照效果，可以分別模擬白天，夜晚，探照燈等光照模 式。 在作業(yè)開始后，由鉆井控制器溢流控制程序發(fā)出指令讓視角固定，也可以通過鉆 井模擬器溢流模擬控制程序發(fā)出指令讓圖形分成三個(gè)部分進(jìn)行分屏顯示，鉆井模擬器溢流 模擬控制程序接收來自前端操作者發(fā)出的各種指令及參數(shù)信息，并行數(shù)據(jù)處理。然后通過 TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)處理后得到的與圖形有關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)向圖形處理單元，這些數(shù)據(jù)包括起 下鉆速度、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、控制圖形各種動(dòng)作的信號(hào)；壓井中的鉆井液顏色、氣柱長(zhǎng)度等，圖形處 理單元得到數(shù)據(jù)后，做出具體反映，體現(xiàn)出鉆臺(tái)上各種控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、具體動(dòng)作、視 圖選擇(包括上視角、井下視角、防噴器視角、多視圖顯示等)等，并將一些設(shè)備狀態(tài)參數(shù)和 圖形繪制完成標(biāo)記反饋回鉆井模擬器溢流模擬控制程序。
圖形處理單元與鉆井模擬器溢流模擬控制程序之間通信的數(shù)據(jù)格式如下
A鉆井模擬器溢流模擬控制程序發(fā)送給圖形處理單元的初始化及作業(yè)數(shù)據(jù)格式
union JSSendTUData
unsigned short state ;〃0 :表示初始數(shù)據(jù)，l :表示作業(yè)數(shù)據(jù)
float dl;〃大鉤高度float d2;〃大鉤速度unsignedshort d3 ;//每個(gè)動(dòng)作繪制完成標(biāo)記unsignedshort d4 ;//半封狀態(tài)，O表示關(guān)，l表示中間狀態(tài)，2表示開unsignedshort d5 ;//全封狀態(tài)，0表示關(guān)，1表示中間狀態(tài)，2表示開unsignedshort d6 ;//環(huán)形狀態(tài)，O表示關(guān)，l表示中間狀態(tài)，2表示開unsignedshort d7 ;//小鼠洞是否有桿，O表示無桿，1表示有桿unsignedshort d8 ;//吊環(huán)下掛物體是否在鉆臺(tái)平面下，o表示在下面，
1表示在上面}data ; }; 這樣就把鉆井模擬器溢流流程中的各種動(dòng)作以及鉆井現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的狀態(tài)、空間 位置等控制信號(hào)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的發(fā)給圖形處理單元，使圖形能迅速、準(zhǔn)確地反映前端操作者 的各種動(dòng)作，完成全三維實(shí)時(shí)鉆井模擬器溢流的模擬。
權(quán)利要求
鉆井模擬器溢流模擬方法，其特征是專門針對(duì)鉆井模擬器溢流模擬的控制程序，按照以下步驟實(shí)現(xiàn)溢流情況的模擬(1)讀取前端設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和操作指令；(2)根據(jù)獲得的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)和操作指令類別以及預(yù)先建立的鉆井模擬器溢流模擬的模型，計(jì)算出實(shí)現(xiàn)溢流模擬動(dòng)畫的作業(yè)數(shù)據(jù)；(3)按照設(shè)定的數(shù)據(jù)格式與專門設(shè)置的圖形處理單元通訊，交換初始化數(shù)據(jù)和作業(yè)數(shù)據(jù)，圖形處理單元跟據(jù)此數(shù)據(jù)完成溢流的動(dòng)畫展現(xiàn)；(4)按照設(shè)定的數(shù)據(jù)格式與圖形處理單元通訊，交換動(dòng)畫狀態(tài)信息；(5)重復(fù)前述步驟(1)～(4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井模擬器溢流模擬方法，其特征是所述的設(shè)備狀態(tài)參數(shù) 包括初始狀態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)，其中，初始狀態(tài)參數(shù)包括鉆頭壓降Pb、比鉆壓W、地層統(tǒng)計(jì)可 鉆性Kd、實(shí)際或設(shè)計(jì)泥漿密度P 、剎車鼓摩擦力F^、傳動(dòng)效率nff、重力加速度g、滲流系數(shù) C、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù)Zs、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度Ts、天然氣密度P 8、溢流段環(huán)空環(huán)空中所分混合物的段數(shù)n、橫截面積Aa、混合物中泥漿體積分量^Z、混合物中天然氣體積分量^g和考慮平衡安全的地層壓力附加值^;動(dòng)態(tài)參數(shù)包括剎車鼓摩擦力F^提升速度Vp、某擋穩(wěn)定起升角速度co。鉆頭總進(jìn)尺 F、井深H、地層有效壓力Pp、井底有效壓力Pb、排量Q、鉆轉(zhuǎn)速N、機(jī)械鉆速V、氣體滲流量Qgs、 每段混合物底部壓力和每段混合物頂部壓力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井模擬器溢流模擬方法，其特征是所述的操作指令包括 正常鉆井與關(guān)井指令、起鉆與關(guān)井指令、起鉆鋌與關(guān)井指令和空井與關(guān)井指令。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井模擬器溢流模擬方法，其特征是所述鉆井模擬器溢流 模型包括鉆井溢流過程模擬模型和關(guān)井溢流過程模擬模型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井模擬器溢流模擬方法，其特征是所述的數(shù)據(jù)格式包括 初始化數(shù)據(jù)格式、作業(yè)數(shù)據(jù)格式和動(dòng)畫狀態(tài)信息格式。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井模擬器溢流模擬方法，其特征是所述的圖形處理單元 包括圖形繪制程序和視景仿真控制程序，其中，圖形繪制程序包括設(shè)備類圖形繪制、粒子類 圖形繪制、管理類圖形繪制和工藝動(dòng)畫繪制，視景仿真控制程序包括工藝動(dòng)畫控制、碰撞處 理、特效渲染和參數(shù)顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種鉆井模擬器溢流模擬方法，它包括以下步驟1)讀取前端設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和操作指令；2)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)和操作指令類別及預(yù)先建立的溢流模型計(jì)算出實(shí)現(xiàn)溢流模擬動(dòng)畫的作業(yè)數(shù)據(jù)；3)按照設(shè)定的數(shù)據(jù)格式與專門設(shè)置的圖形處理單元通訊，交換初始化數(shù)據(jù)和作業(yè)數(shù)據(jù)；4)圖形處理單元根據(jù)交換的數(shù)據(jù)完成溢流的動(dòng)畫展現(xiàn)；5)按照設(shè)定的數(shù)據(jù)格式與圖形處理單元通訊，交換動(dòng)畫狀態(tài)信息。本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)并參照鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作流程，對(duì)溢流的原理和操作方法進(jìn)行逼真模擬，用于鉆井現(xiàn)場(chǎng)操作人員和在校學(xué)生的技術(shù)技能培訓(xùn)，增強(qiáng)了教學(xué)培訓(xùn)的現(xiàn)場(chǎng)感，縮短了培訓(xùn)周期，提高了培訓(xùn)效果，降低了培訓(xùn)成本。
文檔編號(hào)G09B25/02GK101710467SQ20091026342
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者梅大成, 梅雪, 胡衛(wèi)東, 趙剛, 鄭巧, 陳利學(xué), 龔捷 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)