一种基于VR技术的浅水关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技术的浅水关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，配置深水关井井控三维演练场景参数；步骤2，根据参数构建深水关井井控三维演练场景三维模型；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浅水关井作业人员井控水平为目标，通过VR技术对发生溢流后的情景进行模拟，通过对演练项目涉及的演练人员进行工种和职能划分，实现多人协同演练，成本低，培训效果好。果好。果好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于VR技术的浅水关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技术的浅水关井井控多岗位协同演练系统及方法。

技术介绍

[0002]随着我们各项基础建设的开展，不少工程不再局限于陆地，逐渐发展到江河、湖泊，甚至是海域中进行施工。对于能源开采来说，相比于陆地钻探，水上钻探的难度较大，工作任务更加艰巨，而且水上钻探受自然条件各方面的影响较多，如流速、水位、季节、风浪、气象、潮水等，施工时的危险性也较大，所以，科学充分安排好水上工程的施工作业程序，做好必要的安全措施相当重要。
[0003]在钻进过程中，发生溢流后有两种关井方法，一是硬关井，二是软关井。硬关井是指在节流管汇处于关闭状态的情况下直接关闭井口防喷器；硬关井时，由于关井动作比软关井少，所以关井快。但硬关井时，液流通道突然关闭，使液流速度急剧变化，将引起系统中流体动能的迅速变化而产生“水击效应”。特别是高速油气冲向井口时，突然关井，会使井口装置、套管和地层所承受的压力急剧增加，甚至超过井口装置的额定工作压力、套管抗内压强度和地层的破裂压力。所以在我国大多数油田一般不提倡采取此方法关井。只有在特殊情况下使用，如钻井四通两侧放喷阀均打不开，溢流量没有超过最大允许溢流量，可采用硬关井的方法，实现迅速关井。软关井是指先开通节流管汇，再关闭井口防喷器，最后关节流管汇的关井方法；软关井尽管比硬关井动作多，关井慢，但此方法能防止过大的“水击效应”作用于井口装置及井眼各处，操作起来比较安全。
[0004]对于新进员工或石油相关专业学生来说，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，由于对现场关井操作不熟悉，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水上，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无法进行形象逼真、直观生动的关井操作，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

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，为在浅水进行关井操作的培训，提供一种基于VR技术的浅水关井井控多岗位协同演练系统及方法。
[0006]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技术的浅水关井井控多岗位协同演练方法，包括以下子步骤：
步骤1，配置浅水关井井控三维演练场景参数；参数包括钻井参数、浅水环境参数和设备参数；步骤2，根据参数构建浅水关井井控三维演练场景三维模型；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。
[0007]进一步的，所述关井井控三维演练场景三维模型包括钻进工况下硬关井场景三维模型、起下钻杆工况下硬关井场景三维模型、起下钻铤工况下硬关井场景三维模型以及空井工况下硬关井场景三维模型。
[0008]进一步的，所述步骤2包括以下子步骤：步骤201，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202，人物设备动作制作：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；步骤203，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204，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；通过调整3DMAX中光源体的光线，调节光源体修改参数中的DECAY（衰减）项的数值，使模拟的光线更逼真，在观察方向的前上方设置2～3个亮度较小的全光源，模拟自然环境中因为存在大量由周围物体折射、反射、漫射而来的各种各样的环境光；通过Attenuation（衰减）模拟在真实世界中，光线由于距离的增大而产生的强度递减；步骤205，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，所述浅水关井井控三维演练场景三维模型的构建还包括：复杂物体控制步骤和多通道流体实现步骤：所述复杂物体控制步骤具体为：步骤20011：设置复杂设备关联物体的父子关系；步骤20012：设置物体初始状态及运动规则；步骤20013：设置与物体运动相关的状态更新；所述多通道流体实现具体为：步骤20021：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20022：绘图单元依据输出将图像绘制到屏幕上；步骤20023：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包括以下子步骤：步骤301：根据各个岗位角色在浅水关井操作过程中的人物动作以及设备，将每个
岗位与需要操作的设备进行关联，并设置人物动作顺序；步骤302：人物动作同步；步骤303：设备状态同步；步骤304：演练数据同步。
[0011]进一步的，所述步骤4还包括未受控岗位的自动操作步骤，所述未受控岗位的自动操作步骤具体为：对每个岗位角色设置各自的自动化浅水关井流程脚本；判断各个岗位是否受控，对未受控岗位启动自动化浅水关井流程脚本完成未受控岗位的角色操作任务。
[0012]一种基于VR技术的浅水关井井控多岗位协同演练系统，包括作业参数配置模块、角色选择模块、演练记录模块和操作评分模块；其中，作业参数配置模块用于后台管理员配置钻进工况下深水关井井控作业流程、钻井参数和作业人员角色；角色选择模块用于受训人员选择作业人员角色进行深水关井井控作业情景演练；演练记录模块用于为受训人员提供交互式深水关井井控作业情景三维演练场景，并采集记录受训人员的操作记录；操作评分模块用于根据预设的评分标准对受训人员的操作记录进行评分。
[0013]本专利技术的有益效果：本专利技术以提升浅水关井作业人员井控水平为目标，通过VR技术对发生溢流后的情景进行模拟，通过对演练项目涉及的演练人员进行工种和职能划分，实现多人协同演练，成本低，培训效果好。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的方法流程图。
[0015]图2是本专利技术的系统结构框图。
具体实施方式
[0016]应当理解，此处所描述的具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于VR技术的浅水关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，根据实际浅水关井情况，配置浅水关井井控三维演练场景参数，参数包括钻井参数、浅水环境参数和设备参数；步骤2，根据配置的参数构建浅水关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浅水关井演练场景进行交互，实现对演练内容的培训。2.权利要求1所述的一种基于VR技术的浅水关井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，所述浅水关井井控三维演练场景三维模型包括钻进工况下硬关井场景三维模型、起下钻杆工况下硬关井场景三维模型、起下钻铤工况下硬关井场景三维模型以及空井工况下硬关井场景三维模型。3.权利要求1所述的一种基于VR技术的浅水关井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，所述步骤2包括以下子步骤：步骤201，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202，人物设备动作制作：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；步骤203，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与材质赋予给静态模型；步骤204，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205，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。4.根据权利要求1所述的一种基于VR技术的浅水关井井控多岗位协同演练方法，其特征在于，所述浅水关井井控三维演练场景三维模型的构建还包括：复杂物体控制步骤和多通道流体实现步骤：所述复杂物体控制步骤具体为：步骤20...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建兵，刘英伟，黄小龙，张文喜，张旭，崔立，孙长利，李晓刚，姜文，胡海龙，
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：