分布式钻井模拟系统技术方案

本发明专利技术公开了分布式钻井模拟系统，包括节流管汇（１０１）、高压管汇（１０２）、防喷器控制台（１０３）、阻流器控制台（１０４）、远程控制台（１０５）、司钻控制台（１０６）、教师控制台（１０７）和图形投影单元（１０８），司钻控制台（１０６）、远程控制台（１０５）、防喷器控制台（１０３）、阻流器控制台（１０４）、节流管汇（１０１）和高压管汇（１０２）通过ＰＰＩ协议互联，教师控制台（１０７）通过ＰＰＩ接口与ＰＰＩ协议连接，主控计算机，上运行通信程序和主控程序，图形计算机，上运行图形处理程序。本发明专利技术的有益效果：实现了高度仿真的顶部驱动钻井模拟，增强了教学培训的现场感，缩短了培训周期、降低了培训成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钻井模拟系统，特别是涉及一种分布式钻井模拟系统。
技术介绍
目前，国内外现有的钻井模拟器多采用集中式的系统结构，其可靠性和强壮性较 低；加之其采用普通的动画技术，图像显示模糊，不流畅，缺乏真实感；并且显示屏幕采用 普通大小的屏幕来展示钻井过程，图形展示缺乏必要的冲击力和沉浸感。另外，目前国内外 新型钻机大多配备顶部驱动钻井装置，但现有的钻井模拟器大多实现的是基于转盘驱动的 模拟，即使采用了顶驱方式，但其模拟较为粗糙，而且对于钻井事故和井下复杂情况的模拟 也不够全面和详细，缺乏一定的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有钻井模拟器的不足，提供一种分布式钻井模拟系统， 该钻井模拟器采用基于先进的计算机网络及分布式系统结构，前端学员控制台操作系统采 用嵌入式系统设计，系统设计、制造和测试采用工业标准，系统运行稳定、可靠；图形动画采 用全三维实时动画技术，操作者能根据图形反映的位置及状态进行钻井操作，真实感强；图 形展示采用大环幕图形展示技术，钻井过程中的所有画面具有更大的显示尺寸、更宽的视 野、更多的显示内容以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果；钻井驱动方式采用高度仿真的 顶部驱动模拟，更能适应技术的变化，满足市场的需求；基于事件驱动的钻井事故与井下复 杂情况处理技术可对钻井员工进行事前仿真培训，提高安全性。 本专利技术的专利技术目的是通过以下技术方案实现分布式钻井模拟系统，它包括节流 管汇、高压管汇、防喷器控制台、阻流器控制台、远程控制台、司钻控制台、教师控制台和投 影系统；其中，司钻控制台模拟实现对绞车的升降控制，对转盘的转速控制、对泥浆泵的调 速控制；采集绞车离合器位置、绞车档位、转盘离合器位置、转盘档位、泵调节器位置、柴油 机功率调节器位置等；监测悬重、钻压、钻机气源压力、泥浆密度、泥浆黏度以及泥浆失水等 参数。防喷器控制台的基本功能是对防喷器中各组件进行开、关控制；对立管压力、套管压 力、钻机气源等进行监视。阻流器控制台的基本功能是关井后及压井作业时监视立管压力 和套管压力；压井时控制立管压力和套管压力；压井时计量排量(替入量)。远程控制台由 PLC控制步进电机带动手柄完成对防喷器中各组件进行开、关控制。高压管汇仿真控制钻 井液流通路径。节流管汇仿真控制钻井液流通路径，通过液压阀控制井口立管压力套管压 力。教师控制台由2台高性能计算机构成，分别是主控计算机和图形处理计算机。主控计算 机的基本功能是存储和设置模拟参数、运行主控程序、图形控制、计算并绘制参数曲线、成 绩评定及学员管理、采集前端设备参数及控制前端全部受控仪表及执行机构等。图形处理 计算机与主控计算机通过以太网络连接，采用TCP/IP通讯协议，基本功能是显示静态背景 图、显示转盘工作、钻柱运动、地层分层等受控动态图形、显示自动动画、显示记录曲线。图 形投影单元由以较高分辨率和亮度的高性能投影仪及大尺寸屏幕构成，图形投影单元与图7形处理计算机连接，将全部图形投影到大屏幕幕布上。司钻控制台、远程控制台、防喷器控 制台和阻流器控制台通过PPI协议互联，教师控制台通过PPI接口与PPI协议连接，节流管 汇与阻流器控制台连接，高压管汇与防喷器控制台连接。 司钻控制台包括机箱和内部控制板，所述的机箱的正面包括司钻台正面控制面 板，机箱的侧面设置有司钻台侧面控制面板，其中所述的司钻台正面控制面板上设置有压 力表组、指重表、转盘扭矩表、备用表、开关组、按钮组A、显示器组、绞车速度调节手柄和刹 车手柄，所述的压力表组包括气源压力表、冷却水压表、绞车油压表、转盘油压表、猫头压力 表、泵压表、大钳压力表、左钳压力表、右钳压力表和安全钳压力表，所述的开关组包括左猫 头开关、右猫头开关、液压站卸荷开关、保护复位开关、气喇叭开关、转盘惯刹开关、气动微 调开关、备用开关、紧急制动开关和驻车制动开关，所述的按钮组包括一号按钮、二号按钮、 三号按钮、四号按钮、五号按钮、六号按钮、七号按钮、八号按钮、九号按钮、十号按钮、十一 号按钮、十二号按钮、十三号按钮和十四号按钮，所述的显示器组包括参数显示器、泥浆密 度显示器、泥浆粘度显示器和泥浆失水显示器；所述的内部控制板包括司钻台可编程控制 器PLC1和司钻台可编程控制器PLC2，司钻台可编程控制器PLC1的CPU模块分别通过AD 模块与绞车速度调节手柄和刹车手柄相连，通过DA模块与气源压力表、冷却水压表、绞车 油压表、转盘油压表、猫头压力表、转盘扭矩表、泵压表、大钳压力表、备用表、左钳压力表、 右钳压力表和安全钳压力表连接，通过数字输入输出DIO扩展模块与指重表、紧急制动开 关和驻车制动开关连接，通过其开关量输出端口与指重表控制器的输入端连接，指重表控 制器输出端和指重表连接，通过其开关量输入端口与左猫头开关、右猫头开关、液压站卸荷 开关、保护复位开关、气喇叭开关、转盘惯刹开关、气动微调开关、备用开关、一号按钮、二号 按钮、三号按钮、四号按钮、五号按钮、六号按钮、七号按钮、八号按钮、九号按钮、十号按钮、 十一号按钮、十二号按钮、十三号按钮和十四号按钮连接，同时还通过开关量输出端口与一 号按钮、二号按钮、三号按钮、四号按钮、五号按钮、六号按钮、七号按钮和八号按钮连接，司 钻台可编程控制器PLC1的CPU模块还通过串口与数据收发板连接，数据收发板通过并口 与泥浆密度显示器、泥浆粘度显示器和泥浆失水显示器连接；所述的司钻台侧面控制面板 包括指示灯组、选择阀组、按钮组B、调节阀组、扭矩表和转速表，所述的指示灯组包括可编 程控制器PLC1指示灯、可编程控制器PLC2指示灯、发动机1指示灯、发动机2指示灯、发 动机3指示灯、发动机4指示灯、泥桨泵A指示灯、泥桨泵B指示灯、泥桨泵C指示灯、绞车 A指示灯、绞车B指示灯、钻盘指示灯、恒速送钻或恒压送钻指示灯、内防喷器指示灯、液压 泵运行指示灯、回转头锁紧指示灯、刹车指示灯、故障报警指示灯和就绪指示灯，所述的选 择阀组包括PLC工作选择阀、电机工作选择阀、绞车工作选择阀、泥浆泵A工作选择阀、泥浆 泵B工作选择阀、泥浆泵C工作选择阀、转盘工作选择阀、绞车恒速送钻或恒压送钻工作选 择阀、吊环回转选择阀、内防喷器工作选择阀、液压泵选择阀、回转头锁紧选择阀、背钳工作 选择阀、吊环倾斜选择阀、刹车工作方式选择阀、辅助操作选择阀、风机工作选择阀、电机选 择阀、操作方式选择阀和旋转方向选择阀，所述的按钮组包括整机紧急停车按钮、变频系统 紧急停车按钮、钻盘扭矩调节旋钮、泥浆泵A调节旋钮、泥浆泵B调节旋钮、泥浆泵C调节旋 钮、转盘转速调节旋钮、恒压送钻钻压调节旋钮、吊环中位按钮、静音按钮和急停按钮，所述 的调节阀组包括上扣扭矩限定调节阀、钻井扭矩限定调节阀和转速设定调节阀；司钻台可 编程控制器PLC2的CPU模块分别通过AD模块与钻盘扭矩调节旋钮、泥浆泵A调节旋钮、泥浆泵B调节旋钮、泥浆泵C调节旋钮、转盘转速调节旋钮、恒压送钻钻压调节旋钮、上扣扭矩限定调节阀、钻井扭矩限定调节阀和转速设定调节阀连接，通过DA模块与扭矩表和转速表连接，通过DIO扩展模块与刹车指示灯、故障报警指示灯、就绪指示灯、静音按钮和急停按钮、刹车工作方式选择阀、辅助操作选择阀、风机工作选择阀、电机选择阀、操作方式选择阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
分布式钻井模拟系统，其特征在于它包括节流管汇（１０１）、高压管汇（１０２）、防喷器控制台（１０３）、阻流器控制台（１０４）、远程控制台（１０５）、司钻控制台（１０６）、教师控制台（１０７）和图形投影单元（１０８）；教师控制台（１０７）由主控计算机和图形计算机组成，司钻控制台（１０６）、主控计算机和图形计算机通过ＴＣＰ／ＩＰ协议互联，图形投影单元（１０８）与图形处理计算机连接，司钻控制台（１０６）、远程控制台（１０５）、防喷器控制台（１０３）和阻流器控制台（１０４）通过西门子点１６）、右猫头开关（１７）、液压站卸荷开关（１８）、保护复位开关（１９）、气喇叭开关（２０）、转盘惯刹开关（２１）、气动微调开关（２２）、备用开关（２３）、一号按钮（２５）、二号按钮（２６）、三号按钮（２７）、四号按钮（２８）、五号按钮（２９）、六号按钮（３０）、七号按钮（３１）、八号按钮（３２）、九号按钮（３３）、十号按钮（３４）、十一号按钮（３５）、十二号按钮（３６）、十三号按钮（３７）和十四号按钮（３８）连接，同时还通过开关量输出端口与一号按钮（２５）、二号按钮（２６）、三号按钮（２７）、四号按钮（２８）、五号按钮（２９）、六号按钮（３０）、七号按钮（３１）和八号按钮（３２）连接，司钻台可编程控制器ＰＬＣ１的ＣＰＵ模块还通过串口与司钻台数据收发板连接，司钻台数据收发板通过并口与泥浆密度显示器（３９）、泥浆粘度显示器（４０）和泥浆失水显示器（４１）连接；司钻台侧面控制面板（４５）包括指示灯组、选择阀组、按钮组Ｂ、调节阀组、扭矩表（９６）和转速表（９７），所述的指示灯组包括可编程控制器ＰＬＣ１指示灯（４６）、可编程控制器ＰＬＣ２指示灯（４７）、发电机１指示灯（４８）、发电机２指示灯（４９）、发电机３指示灯（５０）、发电机４指示灯（５１）、泥浆泵Ａ指示灯（５２）、泥浆泵Ｂ指示灯（５３）、泥浆泵Ｃ指示灯（５４）、绞车Ａ指示灯（５５）、绞车Ｂ指示灯（５６）、钻盘指示灯（５７）、恒速送钻或恒压送钻指示灯（５８）、内防喷器指示灯（７５）、液压泵运行指示灯（７６）、回转头锁紧指示灯（７７）、刹车指示灯（８０）、故障报警指示灯（９８）和就绪指示灯（８１），所述的选择阀组包括ＰＬＣ工作选择阀（５９）、电机工作选择阀（６０）、绞车工作选择阀（６１）、泥浆泵Ａ工作选择阀（６５）、泥浆泵Ｂ工作选择阀（６６）、泥浆泵Ｃ工作选择阀（６７）转盘工作选择阀（６８）、绞...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈利学，梅大成，龚捷，胡卫东，郑巧，赵刚，
申请(专利权)人：成都盛特石油装备模拟技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]