一种基于VR技术的深水压井井控多岗位协同演练系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于VR技术的深水压井井控多岗位协同演练系统及方法，方法包括以下子步骤：步骤1，配置深水压井井控演练场景参数；步骤2，根据参数构建深水压井井控演练场景三维模型；步骤3，设置各个岗位的信息参数，将各个岗位角色三维状态信息同步；步骤4，不同岗位的培训人员通过沉浸式虚拟现实头盔共同与三维演练场景进行交互，实现对演练内容的培训。本发明专利技术以提升压井作业人员井控水平为目标，保障海上作业井控安全，充分发挥计算机模拟仿真的优势，基于计算机模拟、三维图形图像立体显示技术、虚拟现实及增强现实等技术，开发一整套井控数字化情景培训演练系统，实现安全、节能、环保的井控培训。环保的井控培训。环保的井控培训。

【技术实现步骤摘要】
一种基于VR技术的深水压井井控多岗位协同演练系统及方法


[0001]本专利技术涉及海洋钻井模拟领域，尤其涉及一种基于VR技术的深水压井井控多岗位协同演练系统及方法。

技术介绍

[0002]压井是采用加重钻井液替入井内，并把侵入井内的地层流体循环出来的作业。在钻井过程中，当出现溢流、井涌或井喷时，必须采取正确措施，立即关井，并记录关井立管压力和关井套管压力。如果关井立管压力大于0，说明地层压力已大于钻井液柱静液压力，地层与井眼系统已失去平衡，这时我们必须立即压井来恢复和重建压力平衡关系。压井的原则应当是既保证压井安全，又必须使作用于井筒的应力最小。
[0003]近几年来，随着世界各地深水钻井勘探作业范围的不断扩大，作业水深也不断增加，深水井控问题也越来越突出。对于新进员工或石油相关专业学生，他们对钻井的过程、钻机的操作或者发生事故时的处理方法都没有感性的认识，当发生溢流后，由对于现场压井操作不熟悉，一旦出现操作失误或不慎，有可能引发严重的质量事故或安全事故，为国家和人民带来重大的损失。因此，钻井从业人员的上岗知识培训和专业技能培训显得十分重要。但由于几乎所有的钻井现场和设施都分布在海上，不可能将培训放到现场进行，如果仅依靠常规的课堂教学或实验室操作，由于缺乏形象逼真、直观生动的辅助手段和方式，不免陷入课程内容简单枯燥、学员学习效果差的尴尬局面，培训难以达到预期效果。同时，需要多工种立体交叉协同作业，而传统的钻井模拟培训系统大多为单机版，培训岗位主要为司钻，其他岗位如副司钻、井架工、外钳工、内钳工、场地工等几乎无法参与或参与度很低，无法实现多岗位、多工种协同作业，且建造成本高、沉浸感差，现场模拟完成度低，无法真实还原作业现场。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，为在深海进行压井操作的培训，提供一种基于VR技术的深水压井井控多岗位协同演练系统及方法。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于VR技术的深水压井井控多岗位协同演练方法，包括以下子步骤：步骤1：以真实的环境数据及设备参数构建需要进行压井的工况场景；步骤2：制作虚拟操作人物，设置在深水压井操作过程中需要进行操作的各个岗位信息及角色初始状态，并制作设备动作以及虚拟人物操作设备动作；步骤3：构建复杂物体控制以及环境变化模拟；步骤4：在真实训练场所划分各岗位独立的操作空间，将各个岗位的角色三维状态信息网络同步，各岗位的学员通过对应操作空间的VR设备进行培训操作；步骤5：设置深水压井井控演练场景中各岗位的标准执行流程，并设置自动脚本用于判断各岗位是否受控，对未受控的岗位启动自动脚本完成压井操作流程；
步骤6：培训时，对场景中的可操作设备信息实时记录，并记录各岗位学员的操作数据以及模拟的环境变化数据；步骤7：演练完成后，教员根据操作数据以及环境变化数据对学员操作进行评判打分。
[0006]进一步的，所述深水压井井控演练场景具体为：节流管线中摩阻产生回压效应时，采用附加流量法进行深水压井井控操作。
[0007]进一步的，所述VR设备包括VR头盔和VR手柄，所述头盔内内置显示器、扬声器以及语音识别器；所述VR手柄通过定位的位置信息变化判定学员动作。
[0008]进一步的，所述步骤1包括以下子步骤：步骤101，采集真实操作空间的环境数据以及设备参数数据；步骤102，静态模型制作：基于3D图形学的方法，利用计算机图形学技术进行虚拟环境的建模和渲染；步骤103，模型贴图以及材质赋予：按照真实物体的光泽与色彩制作模型贴图与材质，运用凹凸贴图、高动态范围贴图以及贴图烘焙技术将贴图应用至场景三维模型中；步骤104，灯光设置：运用3DMAX中光源对场景光照进行模拟，通过调整光源数量、大小、照射角度和安装位置，得到模拟真实场景的灯光；步骤105，后期效果调整：将完成的静态模型、人物设备动作、模型贴图材质以及灯光设置整合到一起，然后通过体积特效以及摄像机效果调整，使得在模拟突发工况中的危险情况更加真实。
[0009]进一步的，所述步骤2包括以下子步骤：步骤201：设置虚拟操作人物，按照工种和职能划分设置操作人物的岗位信息，并初始化角色状态；步骤202：根据静态模型的位置大小，运用动作捕捉技术制作设备动作以及人物操作设备动作；进一步的，所述步骤3中复杂物体控制具体为：步骤301：设置复杂设备关联物体的父子关系；步骤302：设置物体初始状态及运动规则；步骤303：设置与物体运动相关的状态更新；所述环境变化模拟通过多通道流体实现，具体为：步骤311：通过Shader着色器负责将输入的Mesh网格、输入的贴图和颜色组合作用并输出；步骤312：绘图单元依据输出将图像绘制到屏幕上；步骤313：通过片段着色器完成低层级上shader制作，将输入的贴图或颜色加上对应的Shader生成场景所需的Material，后将材质赋予合适的renderer渲染器来实现场景渲染。
[0010]进一步的，所述步骤3中各个岗位的角色三维状态信息网络同步包括：人物动作同步、设备状态同步和演练数据同步。
[0011]进一步的，一种基于VR技术的深水压井井控多岗位协同演练系统，包括场景模型搭建模块、培训模块、交互控制模块、自动化受控模块以及评分模块；
所述场景模型搭建模块用于搭建深水压井井控演练场景三维模型；所述培训模块用于培训人员选择培训岗位，并通过沉浸式虚拟现实设备完成深水压井井控流程操作；所述交互控制模块用于采集沉浸式虚拟现实设备的操作动作，并根据操作动作操控深水压井井控演练场景三维模型画面；所述自动化受控模块用于判断培训模块中未受控岗位，并启动该岗位虚拟角色对该岗位进行自动操作；所述评分模块用于对学员培训情况进行打分。
[0012]本专利技术的有益效果：本专利技术以提升压井作业人员井控水平为目标，保障海上作业井控安全，充分发挥计算机模拟仿真的优势，基于计算机模拟、三维图形图像立体显示技术、虚拟现实及增强现实等技术，开发一整套井控数字化情景培训演练系统，实现安全、节能、环保的井控培训。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的方法流程图。
[0014]图2是本专利技术的系统功能结构框图。
具体实施方式
[0015]应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0016]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]本实施例中，如图1所示，一种基于VR技术的深水压井井控多岗位协同演练方法，包括以下子步骤：步骤1：以真实的环境数据及设备参数构建需要进行压井的工况场景；步骤2：制作虚拟操作人物，设置在深水压井操作过程中需要进行操作的各个岗位信息及角色初始状态，并制作设备动作以及虚拟人物操作设备动作；步骤3：构建复杂物体控制以及环境本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于VR技术的深水压井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，包括以下子步骤：步骤1：以真实的环境数据及设备参数构建需要进行压井的工况场景；步骤2：制作虚拟操作人物，设置在深水压井操作过程中需要进行操作的各个岗位信息及角色初始状态，并制作设备动作以及虚拟人物操作设备动作；步骤3：构建复杂物体控制以及环境变化模拟；步骤4：在真实训练场所划分各岗位独立的操作空间，将各个岗位的角色三维状态信息网络同步，各岗位的学员通过对应操作空间的VR设备进行培训操作；步骤5：设置深水压井井控演练场景中各岗位的标准执行流程，并设置自动脚本用于判断各岗位是否受控，对未受控的岗位启动自动脚本完成压井操作流程；步骤6：培训时，对场景中的可操作设备信息实时记录，并记录各岗位学员的操作数据以及模拟的环境变化数据；步骤7：演练完成后，教员根据操作数据以及环境变化数据对学员操作进行评判打分。2.根据权利要求1所述的一种基于VR技术的深水压井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，所述深水压井井控演练场景具体为：节流管线中摩阻产生回压效应时，采用附加流量法进行深水压井井控操作。3.根据权利要求1所述的一种基于VR技术的深水压井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，所述VR设备包括VR头盔和VR手柄，所述头盔内内置显示器、扬声器以及语音识别器；所述VR手柄通过定位的位置信息变化判定学员动作。4.根据权利要求1所述的一种基于VR技术的深水压井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，所述步骤1包括以下子步骤：步骤101，采集真实操作空间的环境数据以及设备参数数据；步骤102，静态模型制作：基于3D图形学的方法，利用计算机图形学技术进行虚拟环境的建模和渲染；步骤103，模型贴图以及材质赋予：按照真实物体的光泽与色彩制作模型贴图与材质，运用凹凸贴图、高动态范围贴图以及贴图烘焙技术将贴图应用至场景三维模型中；步骤104，灯光设置：运用3DMAX中光源对场景光照进行模拟，通过调整光源数量、大小、照射角度和安装位置，得到模拟真实场景的灯光；步骤105，后期效果调整：将完成的静态模型、人物设备动作、模型贴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文喜，刘英伟，陈建兵，于溪，佟新宇，初德军，崔立，姜文，孙长利，张亮，
申请(专利权)人：中海油能源发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：