石油钻井三维仿真系统

动态指向式旋转导向钻井系统的虚拟现实仿真摘要：动态指向式旋转导向钻井系统（DORS）是一种用于钻井操作的新型技术，该系统中具有许多先进的技术和设备。

本文利用虚拟现实技术对动态指向式旋转导向钻井系统进行了仿真，以便更好地理解该系统，提高其钻井效率和安全性。

本文描述了动态指向式旋转导向钻井系统的基本结构和原理，同时讨论了虚拟现实仿真的设计和实现，并对虚拟现实仿真结果进行了评估和分析。

关键词：动态指向式旋转导向钻井系统，虚拟现实，仿真，设计，评估正文：1. 引言动态指向式旋转导向钻井系统是一种新兴的技术，它将导向系统和旋转控制系统相结合，实现了高精度钻井。

该系统不仅可以提高钻井效率，而且可以减少人工干预，提高钻井的安全性和稳定性。

虚拟现实技术是一种可视化技术，可以创造出一种类似于真实世界的交互式虚拟环境。

利用虚拟现实技术，可以对机械系统进行仿真，从而更好地理解其工作原理和性能，同时可以验证新的设计和控制策略。

本文旨在利用虚拟现实技术对动态指向式旋转导向钻井系统进行仿真，以便更好地理解该系统，提高其钻井效率和安全性。

2. 动态指向式旋转导向钻井系统的基本结构和原理动态指向式旋转导向钻井系统主要由测量头、控制系统和导向系统三部分组成。

其中，测量头用于测量井口位置和钻头方向，控制系统用于控制钻头方向和旋转速度，导向系统用于控制钻头的水平方向和倾斜角度。

该系统的原理是利用第一象限坐标系对钻头的水平和竖直方向进行控制，同时根据测量数据实时调整钻头方向和旋转速度，从而实现高精度的钻井操作。

此外，该系统还可以实现动态指向，即在钻进过程中对井壁的弯曲进行实时测量并作出相应的调整，从而使钻井过程更加平稳和高效。

3. 虚拟现实仿真的设计和实现为了进行动态指向式旋转导向钻井系统的虚拟现实仿真，本文首先设计了系统的三维模型，并利用虚拟现实软件进行图像和动画的处理。

同时，还利用计算机编程技术对系统进行了数学模拟和仿真，从而实现了对钻井过程的实时控制和动态指向。

197中海油钻井模拟培训中心从2015年年初引进并正式运行wellSIM hiDrill钻井模拟培训系统，旨在提高钻井专业人员培训质量和效率、降低培训成本。

作为展现中海油钻完井数字信息化的窗口，钻井模拟培训中心多次接待国家部委、中石油、中石化及社会各界领导参观调研活动，展示了海油的风采与特点；作为中国石油大学和西南石油大学等石油院校的社会实践基地，多次给石油大学学生进行海洋石油勘探开发流程和钻井基本操作介绍，取得了很好的效果。

钻井模拟培训系统以实际操作为培训主线，可仿真再现钻井作业过程中的井漏、卡钻、井涌等各种钻井复杂情况及事故，培养提高操作技能，提高应对、识别及处理复杂情况的能力。

钻井模拟培训中心以模拟培训系统为核心，开发完善了司钻操作、井控实操、卡钻事故预防及处理、井漏的预防及处理等一系列培训课程。

4大类20余门钻井模拟器实操技能提升培训课程，可根据培训对象及目的进行课程定制开发，通过教师控制台“导演”井漏、卡钻、井涌等各种钻井复杂情况及事故，提高学员应对、识别及处理复杂情况的能力；以“实际操作”为主导的培训方式，颠覆了传统单向灌输式培训，专业实践的平台使学员参与度体验度更高，既能有效提高钻井技术人员的实际操作能力、加快培养效率和提高培训质量，又能避免传统实际操作带来的安全风险、设备损耗和燃油消耗等问题，实现高效安全经济环保。

通过非操作岗位人员体验式培训及操作岗位人员操作技能提高类培训，助力员工理论与实操的双重技能的结合与提升，积累实战经验，加快高级技术人员的培训培养，提高技能水平，减小现场以战代练的操作风险、井控风险。

模拟培训系统具有的快速响应以及真实体验感特点，从根本上解决了学员在现场学习时的安全操作问题，标准化考核机制的确立也能为技术人员上岗、岗位配置提供数据支撑和保证。

图1 钻井模拟培训中心全景图1 井控实操概况wellSIM hiDrill钻井模拟培训系统的双司钻椅和井控面板1∶1 还原现场设备，可为学员提供真实体验的井控实操。

油田三维地理信息系统方案安全应急指挥通过三维GIS平台直观、精确的反映出井场、站库、管线等地面工程设施与地形、水系、交通道路等地物地貌的复杂关系，实现系统的三维可视化管理。

建立生产指挥系统，对于发生安全事故，利用三维GIS系统、卫星影像图、现场监控等分析事故位置，辅助领导进行快速决策，作出响应。

高分辨率卫星影像图能够直观的展示重点生产区域，各种地表工程设施：井场、交通路网、管网、各种站点等。

可以全面准确掌握生产区域内各项地面工程设施的现状和平面布局，指导地面工程设计规划。

GIS与自动化系统结合，关联自动系统的数据库，在三维GIS平台上可查询井、站的压力、液位、流量、电流、电压等各种数据，并且可以设置报警定位和提醒功能；管道选址方案优选与环境调查优选路线对管道项目的论证评估是施工前的重要环节，利用高分辨率卫星影像可以推荐管道线路、站址、穿跨点，从而比选优化走向方案；并可对城镇、交通、水网、黄土沟壑、自然保护区、经济作物分布、矿区等提供相关的参考信息。

管网三维飞行导航，可以沿管网飞行显示管网的走向、周围的地形、管网上的阀门等信息。

为数字化煤气田建设奠定基础建立准确、精细、完整的全数字化地面地理信息系统，为数字化煤层气田的深入建设奠定坚实的基础。

数字煤气田=煤气田实体+IT平台数字煤气田技术模型数字煤气田数据共享系统层次建立综合信息管理平台本系统和生产数据库、开发数据库、生产指挥系统等关联，消除信息孤岛，建立综合信息管理平台，通过GIS 直观显示、分析各个系统数据库中的数据。

系统建设的目的与意义系统部分功能展示—三维浏览系统设计方案系统部分功能展示—坐标定位坐标定位是在已知坐标的情况下快速准确的到达目标地点系统部分功能展示—生产应急分析准确定位突发事件的真实地理位置，全面分析统计其周围的各种应急资源，分析管线流程，提供决策支持。

系统部分功能展示-生产数据关联系统部分功能展示--重点导航重点导航环境敏感区、应急资源、危险源点、安全隐患点等地理位置。

VR技术在石油工程中的运用VR技术是虚拟现实技术的简称，它是一种利用计算机仿真生成的环境，通过感官交互的设备实现用户身临其境的体验。

近年来，随着技术的不断发展，VR技术在各个领域得到了广泛的应用，尤其是在石油工程领域。

本文将探讨VR技术在石油工程中的运用，并分析其优势和挑战。

一、VR技术在勘探阶段的应用在石油工程的勘探阶段，利用VR技术可以实现对地质结构的三维可视化。

传统的勘探工作往往需要通过地质物理勘探和地震勘探等手段来获取地质信息，但这些方法无法直观地展现地下结构。

而VR技术可以通过创建虚拟地质模型，将地质结构以三维形式呈现，使勘探人员可以更清晰地了解地下蕴藏的油气资源分布情况，从而提高勘探效率。

二、VR技术在钻井阶段的应用在石油工程的钻井阶段，利用VR技术可以模拟钻井井筒的情况，对钻井工程进行虚拟演练。

传统的钻井演练通常需要安排实地勘察和试钻，这不仅费时费力，而且风险较大。

而通过VR技术，可以在虚拟环境中进行钻井操作的训练，包括选择井位、设计井筒，甚至可以模拟井下的复杂情况，从而降低钻井过程中的风险，并提高钻井的效率和安全性。

三、VR技术在生产阶段的应用在石油工程的生产阶段，利用VR技术可以实现对油田生产过程的监控和管理。

传统的生产过程中，操作员需要进行实地勘察和设备检修，这不仅费时费力，而且存在安全风险。

而通过VR技术，可以在虚拟环境中模拟油田的地貌和设备布局，实时监测生产过程中的各项指标，提前发现问题，并进行相应的调整和管理。

四、VR技术在培训阶段的应用在石油工程的培训阶段，利用VR技术可以实现对技术人员的培训和教育。

传统的培训通常需要利用实地操作和案例分析，这不仅成本高昂，而且时间周期长。

而通过VR技术，可以在虚拟环境中模拟实际操作情景，让学员进行虚拟操作和多次实践，从而提高技能水平和应对各种情况的能力。

总结：VR技术在石油工程中的运用，为油气资源的勘探、钻井、生产和培训等环节提供了新的解决方案。

石油钻采机械虚拟仿真建设任永良;贾光政;高胜;邹龙庆;雷娜【期刊名称】《实验科学与技术》【年(卷),期】2015(000)006【摘要】Petroleum drilling/production equipment is used for drilling and production.It has numerous parts and complex structure. The operators must spend long -term practice to be familiar with it.We establish the three -dimensional model of equipment using Solid Works(SW)bining the equipment of virtual simulation experiment teaching center,the oil drilling/production vir-tual simulation platform is established.The experiment platform provides a virtual drilling/production device system which is similar to the real system for the students to visit,train and operate.It is not only helpful to understand the devices and train skills,but also deepen the theoretical knowledge and improve the innovative consciousness.%石油钻采机械是一整套涉及石油开发中钻井和采油的机械装置。

它工艺复杂，部件繁多，操作及维修人员需要经过长期的实践才能熟悉和掌握。

石油钻井井眼轨迹三维可视化建模Modeling of 3D Visualization for Wellbore TrajectoryZHANG Min(Xi'an Shiyou University, Institute of Computer, Xi'an 710065, China): In order to directly observe, analyze and effectively control the drilling trajectory for the drill staff, this paper puts forward a new method for the tubular wellbore trajectory which bases on slices modeling, TriangulatedIrregular Network (TIN) and 3D geometric transformation.The method implements the 3D tubular wellbore trajectory seamless connection efficiently and conveniently without interpolation smoothing treatment ofthe wellbore trajectory's bender. It also details in the wellbore trajectory modeling and also lays the foundation for the "person on the scene" observation and controllingthree-dimensional visualization of oil drilling.视化技术不断普及， 创建“虚拟世界”也不断掀起热潮， 具有真实感的三维可视化场景是建设“虚拟世界”的重要 在石油钻井作业中， 由于所钻地质条件复杂多变， 实钻井眼轨迹 不可避免地与设计井眼轨迹产生各种偏差， 为了更直观地观察和 控制钻井作业时的井眼轨迹， 防止实钻井眼间的碰撞， 研究并实 现井眼轨迹三维可视化是很有必要的。

基于LabVIEW的钻井井控仿真系统①陈 真, 王延江, 王 钊(中国石油大学信息与控制工程学院, 青岛 266580)摘 要: 利用图形化编程语言LabVIEW设计并实现了钻井井控仿真系统. 该仿真系统采用LabVIEW的数据库交互技术并结合TCP/IP技术对钻井及井控中的重要设备司钻控制台、防喷器、管汇、指重表等进行了仿真实现. 仿真结果表明, 该设计方案人机界面友好、仿真效果逼真, 开发周期短, 且易于实现功能扩展.关键词: 钻井; 井控; LabVIEW; 仿真系统; 数据库交互技术Drilling Well-Control Simulation System Based on LabVIEWCHEN Zhen, WANG Yan-Jiang, WANG Zhao(College of Information and Control Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)Abstract: In this paper, using the LabVIEW—graphic programmed language, a Drilling Well-control Simulation System is proposed.In this simulation system,by interactive database and TCP/IP, Drilling Well-control Equipments are realized. The simulation results demonstrate that this design method is user-friendly and has the characteristics of good simulation fidelity, short development period and expandability.Keywords: drilling well; well-control; LabVIEW; simulation system; interactive database钻井及井控是一项投资大、风险大和技术知识覆盖面广的作业, 对司钻的培训和考核尤为重要. 目前, 利用钻井及井控仿真系统来模拟钻井平台操作的培训设备被广泛用于石油天然气行业中钻井技术人员进行实验、培训以及考核. 随着虚拟现实技术、多媒体技术的发展, 仿真系统的性能也逐渐强大, 模拟环境更加趋于现实, 成本和开发周期逐渐降低, 培训效果得到日益提高. 与此同时, 对于钻井、井控操作新技术的应用需要尽快研制出相应的仿真设备, 以及尽快培训员工掌握最新技术等需求对钻井及井控系统仿真设计提出了更高、更新的要求.传统的钻井及井控仿真系统设计多采用基于代码的文本式开发环境, 如Visual C++等, 存在编程繁琐、调试困难, 仿真设备与系统间交互性和灵活性低, 开发效率低等问题. 图形化编程语言LabVIEW的编程方式实现了软硬件资源的共享和合理利用; 具有模块化、可重构、可移植、可扩展和交互性良好等特点; 友好的人机界面及系统的可视化管理, 提高了操作效率.本文充分利用LabVIEW强大的图形编程能力和诸多优势, 结合三维动画演示技术完成了钻井及井控仿真系统的各项功能, 为钻井及井控仿真系统设计提供了一种更为方便、直观的方式.1系统设计框架钻井及井控仿真系统设计框架如图1所示. 其中钻井及井控仿真数学模型、参数数据库及三维井场视景系统置于服务器中, 客户端放置司钻操作台、防喷器、管汇、遥控节流箱模型及其显示、控制参数. 服务器和客户端数据的发送和接收通过LabVIEW的TCP/IP技术实现.系统启动后, 首先在服务器端对参数数据库进行仿真参数的初始化并发送给客户端; 相关培训人员可以操作客户端的司钻操作台、防喷器、管汇、遥控节流箱等仿真设备来产生控制信号以及进行仪表、控制①基金项目:山东省优秀中青年科学家科研奖励基金资助(BS2011DX040);中央高校基本科研业务费专项资金资助(11CX04045A)收稿时间:2012-02-23;收到修改稿时间:2012-03-18Application Case 实用案例155参数显示的查看操作; 服务器接收到客户端的控制信号对参数数据库直接更新或经数学模型计算后对参数数据库进行更新, 得到相应的控制数据再由视景系统生成虚拟钻井场景的动态演示效果.图1系统设计框架2仿真设备实现技术2.1 仪表类仿真设备实现技术仪表类仿真设备实现仿真显示钻井井控仿真系统中客户端送来的数据. 这里利用LabVIEW中DAO Read控件, 直接提取发送到Access数据库的数据, 其部分程序框图如图2所示.图2仪表类仿真设备数据的提取2.2 控制类仿真设备实现技术钻井井控仿真系统中的服务器实时的仿真显示控制类仿真设备所进行的各种控制操作和工作状态, 并将控制数据送给客户端, 这里利用LabVIEW中DAO Write控件, 并以司钻控制台的重要设备“刹把”为例, 其部分程序框图如图3所示. 这里需要特别说明的是控制设备例如刹把工作状态比较复杂, 将两种状态的开关控件通过不同状态时的控件“显示”和“隐藏”属性的改变实现多状态的动态逼真演示效果.3设计与实现3.1 司钻控制台仿真设计司钻控制台的主要组成部分包括: (1) 控制水泥泵及两台钻井泵的电源开关以及转盘和绞车的正反转开关; (2) 控制泵、转盘和绞车的速度的调节旋钮; (3) 控制泵、转盘和绞车运转的离合器; (4) 起下钻和刹车用的刹把;(5) 总泵速数表: 显示两泵的总泵速, 单位是每分钟冲数(SPM); (6) 1#泵速数表: 0~200SPM; (7) 2#泵速数表: 0~200SPM; (8) 立根计数表: 指示钻井和起下钻过程中立根数的变化; (9) 立压表: 0~35MPa(10) 套压表: 0~35MPa; (11) 转盘转速: 0~300RPM; (12) 转盘扭矩表: 0~10KN-m; (13) 泥浆密度表: 显示当前泥浆密度. 其仿真设计的前面板及其程序框图如图4、图5所示.图3控制类设备数据被放入Access数据库图4司钻控制台仿真前面板3.2 防喷器控制台设计防喷器控制台主要用于控制防喷器和遥控阀门的开关, 其主要组成部分包括: (1)气源开关手柄; (2)环形防喷器开关手柄; (3)上闸板防喷器开关手柄; (4)全封闸板防喷器开关手柄; (5)下闸板防喷器开关手柄; (6)节流管线开关手柄; (7)压井管线开关手柄. 其仿真设计前面板及其程序框图如图6、图7所示.3.3 管汇设计管汇设计主要包括节流管汇和压井管汇,主要用156 实用案例Application Cas eApplication Case 实用案例 157于控制井内流体的流动、放喷和节流循环等. 其仿真设计前面板及其程序框图如图8~图11所示.图5 司钻控制台部分程序框图图6 防喷器控制台前面板图7 防喷器控制台部分程序框图图8 节流管汇前面板图9节流管汇程序框图图10压井管汇前面板图11压井管汇程序框图3.4钻井指重表指重表是石油钻井普遍使用的一种重要钻井仪表.指重表主要用于测量钻具悬重和钻压大小及其变化,了解钻头、钻柱的工作情况,指导钻进、打捞作业和井下复杂情况的处理.传统的指重表体积大,精度低,在钻井井控仿真系统中使用并不理想,而基于虚拟仪器开发平台LabVIEW设计的钻井指重表可以满足仿真系统中注重效果逼真, 高精度, 实时性等仿真指标要求.外圈表盘为钻压, 内圈表盘为钻具悬重, 分别有指针显示, 所设计的指重表表盘如图12所示. 设计中运用的技术方案:1) 钻压表盘由一般的控件拖放即可实现, 悬重表盘必须设计为透明表盘才可以实现两个表盘具有两个不同指针而且钻压表盘显示不被遮挡.2) 悬重表盘利用最小值的设置来实现零刻度部分需要左右对称的仿真效果.3) 可以通过增加数字显示功能, 提高显示精度.4) 利用控件属性, 表盘刻度可以根据需要进行精度设置.图12钻井指重表前面板考虑到钻井井控仿真系统中的通信方式是基于winsock套接字协议的, 所以可以利用LabVIEW中的TCP/IP控件进行服务器端的设计而不必考虑客户端的（上接第165页）空间和时间上的性能优势, 及可扩展的柔韧性. 非常适用于嵌入式的系统资源环境下使用. 同时, 采取了静态预定义的字模生成方法, 在调用字符显示时, 通过稀疏的存储索引, 可以完成快速的定位, 获得包括颜色, 坐标等属性在内的信息. 利用嵌入式GPU的多纹理内存的硬件特性, 通过图像预过滤, 可以保证画面上的字符显示质量.最后本工作检查了目前桌面PC图形显示环境下(TrueType等)字符的生成, 索引, 显示的过程, 按调入字库大小, 分别测试字符处理到具体字符显示在画面时所要的时间关系, 明显是逊于我们的方法.6致谢感谢公司同仁在日常工作中的帮助和讨论. 设计平台, 从而方便快捷的实现远程控制.1) 由服务器等待并监听客户端送来的字符串数据;2) 利用LabVIEW中的循环及延时功能控件, 实现指重表表盘指针以所设定的速度动态演示指针变化.4功能扩展基于LabVIEW的服务器可以与基于其他开发平台的客户端通过Access数据库进行数据交互操作; 基于LabVIEW的远程发布技术, 可以构建浏览器/服务器模式的仿真系统, 从而可以进一步实现其它扩展功能.5结论实践证明, 利用LabVIEW进行的仿真设计和功能实现, 具有开发周期短、人机界面友好, 仿真效果逼真, 精度高, 且易于实现功能扩展, 有很好的推广价值.参考文献1 杨乐平.虚拟仪器技术概论.北京:电子工业出版社,2003.2 杨乐平.LabVIEW的高级程序设计.北京:清华大学出版社,2003.3 刘君华.基于LabVIEW的虚拟仪器设计.北京:电子工业出版社,20034 侯国屏,王坤,叶齐鑫.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计.北京:清华大学出版社,2005.5 王延江,钱步仁,柴勤忠.井控训练仿真器研制.系统仿真学报,1998,10(3):55 59.参考文献1 Survey of OpenGL Font Technology. / resources/features/fontsurvery.2 FreeType Font. .3 OpenGL® ES Common/Common-Lite Profile Specification Version 1.1.12 (Full Specification)April 24, 2008.4 PowerVR Insider SDK Documentation. http://www. imgtec. com/powervr.5 FTGL User Guide. . nz/henryj.6 Kilgard MJ. A simple OpenGL-based API for texture mapped text, 1997.7 Jacobs DAH. the State of the art in Numerical Analysis (London: Academic Press), Chapter I.3,1977.158 实用案例Application Cas e。

PETREL以三维地质模型为中心的一体化油藏工作平台斯伦贝谢科技服务(北京)有限公司PETREL 综合油藏描述平台实现以地质模型为中心的地震综合解释到油藏数值模拟的工作流程面对当今日益复杂的油气藏的勘探开发技术挑战，Petrel 为您提供了一个以地质模型为中心的综合油藏描述研究的完整工作流程，创造了一个允许地质、地震、测井、油藏、钻井、储量评价和数据管理多专业共享知识和成果的开放环境。

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