【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气勘探开发，具体涉及一种基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统。
技术介绍
1、目前，在油气勘探开发中，大量工作需要工作人员依据现场数据来做出决策，但由于钻机设备多而复杂，井下情况复杂，数据庞大，无法及时关联分析，所以无论是钻井或非钻井过程，工作人员无法及时判断当前运转状态，甚至当发生意外时，工作人员难以迅速找到事故原因并给出最合理的处理决策，将数字孪生系统(digital twin)应用到石油勘采中，将很好改善这一情况，提高工作效率，减少事故发生。
2、数字孪生系统最早由michael grieves提出，是指通过数字化技术创建的现实世界对象、系统或过程的虚拟模型。它是将物理实体与数字模型相结合，通过实时数据采集、分析和模拟，实现对实体进行监控、优化和预测的一种技术。
3、现有技术中，公开号为cn111126735a的中国专利公开了一种钻井数字孪生系统，根据现场所测数据实现实时仿真井筒和井缘岩体数据，从而进行实时的钻井效率和潜在风险评估。公开号为cn115937417a的中国专利公开了一种基于深度神经网络的石油钻井数字孪生系统，将现场设备数据进行神经网络训练，根据阈值确定设备的状态进行自我决策并反馈给数据服务器对实体进行操控，最大化实现钻井系统无人化运行。
4、现有石油勘采中，数字孪生系统的应用多单一基于所钻井的资料以及实时数据，使得对钻井井下风险和井上设备风险识别准确性受到局限。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统，包括数据采集与传感器模块、数据集成与处理模块、数据库、模型更新与优化模块、数字孪生模型、风险识别模块和可视化与用户界面模块；
3、数据采集与传感器模块用于采集钻机工程参数、井下地质信息和现场环境信息；
4、数据集成与处理模块用于收集数据采集与传感器模块采集数据和数据库上传数据，并进行集成和处理，然后进行数据清洗、数据转换和数据关联分析生成处理后数据；
5、数据库用于储存处理后数据、钻前资料、风险指导决策和邻井资料；
6、模型更新与优化模块用于基于数据库内储存的处理后数据、钻前资料、风险指导决策和邻井资料实时更新数字孪生模型；
7、数字孪生模型包括根据钻机各部件建模生成的标准件、根据钻前资料和现场钻机数据建立以及实时更新的现场钻机三维数字模型；
8、风险识别模块基于生成对抗网络模型构建，用于接收数据库内储存的处理后数据、钻前资料、风险指导决策和邻井资料，进行风险识别并提供风险指导决策；
9、可视化与用户界面模块用于查看和操作数字孪生模型。
10、进一步，钻前资料为当前区域的地震资料，用于初步反映当前井下的地质信息；
11、现场钻机数据包括起升系统、旋转系统、循环系统、动力系统、传动系统、控制系统、钻机底座系统和辅助设备系统的数据。
12、进一步，钻机工程参数、井下地质信息和现场环境信息包括但不限于：压力、位移、震动、转速、流量、体积、方向、层位、孔隙度、温度、湿度。
13、进一步，，可视化与用户界面模块还用于上传数据、模拟仿真和查看历史数据；风险识别模块还用于接收模拟仿真的数据，进行风险识别并提供风险指导决策；数据集成与处理模块还用于接收可视化与用户界面模块上传数据。
14、进一步，系统构建步骤如下：
15、步骤一：建立中心数据库，确定数据分类规则，划分子数据库，建立数据库与服务器、数据采集与传感器模块与服务器之间的数据通道，设置数据库与各模块的数据传输接口；
16、步骤二：对钻机各部件进行三维建模生成标准件，预留参数设置功能，设置响应状态，包括正常运行状态和风险状态，将标准件存放至数据库；
17、步骤三：创建用户界面，包括上传、查找功能按钮以及显示区域；
18、步骤四：通过设置按钮响应函数挂接数据采集与传感器模块、数据集成与处理模块、模型更新与优化模块、数字孪生模型、风险识别模块和可视化与用户界面模块，完善整个系统功能；
19、步骤五：上传钻前数据，包括现场钻机数据、地震资料和邻井资料，完成钻机数字孪生模型搭建、地层剖面生成和生成对抗网络模型构建；
20、步骤六：通过可视化与用户界面模块使用虚拟数据完成系统调试。
21、进一步，生成对抗网络模型构建步骤如下：
22、步骤1：根据邻井资料收集发生不同风险时的工程参数和地质信息数据，完成数据分类；
23、步骤2：对完成分类的数据先进行预处理，通过相关性系数法找出预处理后不同风险关联性大于阈值的数据；
24、步骤3：设置gan判别器，将不同风险关联性大于阈值的数据作为gan判别器的输入，发生风险用1表示，未发生风险用0表示，作为输出；
25、步骤4：设置gan生成器，生成虚假样本，传输到gan判别器，不断学习和优化，最终获得生成对抗网络模型，用于构建风险识别模块。
26、进一步，风险包括井漏、溢流、井壁坍塌和卡钻。
27、进一步，预处理包括：单位统一、缺失值处理、噪声处理和归一化处理。
28、采用上述方案有以下有益效果：
29、1、本专利技术，相较于现有技术，不仅可以实时反映石油钻机的运行状态；还可以利用邻井资料与钻中实时数据结合，通过生成对抗网络模型构建的风险识别模块对井下风险和井上设备风险进行识别；同时，为人工作业提供指导决策，还可以将当前钻机数据上传到数据库中，通过服务器传输实现同一区域内井模型调用、数据共享以及关联分析，增强同一区域内识别井下风险和井上设备风险的准确性。
30、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统，其特征在于，包括数据采集与传感器模块、服务器、数据集成与处理模块、数据库、模型更新与优化模块、数字孪生模型、风险识别模块和可视化与用户界面模块；
2.根据权利要求1所述的基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统，其特征在于，钻前资料为当前区域的地震资料，用于初步反映当前井下的地质信息；
3.根据权利要求1所述的基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统，其特征在于，钻机工程参数、井下地质信息和现场环境信息包括但不限于：压力、位移、震动、转速、流量、体积、方向、层位、孔隙度、温度、湿度。
4.根据权利要求1所述的基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统，其特征在于，可视化与用户界面模块还用于上传数据、模拟仿真和查看历史数据；风险识别模块还用于接收模拟仿真的数据，进行风险识别并提供风险指导决策；数据集成与处理模块还用于接收可视化与用户界面模块上传数据。
5.根据权利要求1所述的基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统，其特征在于，系统构建步骤如下：
6.根据权利要求1所述的基于生成对抗网
7.根据权利要求6所述的基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统，其特征在于，风险包括井漏、溢流、井壁坍塌和卡钻。
8.根据权利要求6所述的基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统，其特征在于，预处理包括：单位统一、缺失值处理、噪声处理和归一化处理。
...【技术特征摘要】
1.一种基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统，其特征在于，包括数据采集与传感器模块、服务器、数据集成与处理模块、数据库、模型更新与优化模块、数字孪生模型、风险识别模块和可视化与用户界面模块；
2.根据权利要求1所述的基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统，其特征在于，钻前资料为当前区域的地震资料，用于初步反映当前井下的地质信息；
3.根据权利要求1所述的基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统，其特征在于，钻机工程参数、井下地质信息和现场环境信息包括但不限于：压力、位移、震动、转速、流量、体积、方向、层位、孔隙度、温度、湿度。
4.根据权利要求1所述的基于生成对抗网络的石油钻机数字孪生系统，其特征在于，可视化与用户界面模块还...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁海波，祝效华，何嘉伟，周天明，杨双业，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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