钻井司钻培训系统设计

钻井司钻培训系统设计
摘要：随着石油资源慢慢成为国家战略的主要资源，国家对石油的需求越来
越大，然后中国的石油储备能力远远不能适应石油企业和国家应对突发事件的需要。

石化产业也成为国民经济的重要支柱产业，产品覆盖面广，对稳定经济增长、改善人民生活、保障国防安全具有重要作用。

所以，石油的开采量越来越大，然而，由于，地形复杂多变，给开采带来了许多困难。

于是，便有越来越多的研究
者关注钻井司钻培训系统的设计开发。

想通过钻井司钻模拟培训系统的技术，增
强人们的实战能力，让学员通过培训更加熟练而又全面的掌握钻井司钻的操作技能，让他们能够在现场开采时运筹帷幄。

同时，钻井司钻的模拟培训系统被要求，从各个方面的三维场景进行演示。

比如，接单根，起下钻具和井下可能发生的事
故应变处理。

传统的钻井司钻模拟培训系统，基于三维动画或者Flash技术，将
每个操作步骤做成3D动画，再由软件编程按帧播放，然而这种方法，缺乏突变性，不能同时演示，缺乏实时的可控性。

但是，办法总比困难多，随着虚拟现实技术的快速发展，人们又想到了另一
种方法，将虚拟现实技术应用于钻井司钻模拟培训系统中，提高模拟的真实性，
实时性和各种可能性。

本文的关点是提出采用Virtools三维虚拟开发平台技术，提升模拟培训的有效性，以及开发当中的处理能力，满足开采是不断提升的需求。

关键词：钻井司钻、模拟培训系统、虚拟现实技术、Virtools。

一、石油钻井仿真相关技术
随着石油资源慢慢占据重要位置，石油开采量越来越大，钻井安全事故也越
来越多，不乏在过程中因为突发事故导致的人员伤亡和经济损失，这些惨痛的经
历无不是在向我们敲响警钟，所以钻井司钻技术的讨论和研究的开展必不可少。

(一)、钻井工艺技术
熟练的钻井操作人员，必须掌握钻井的基本技术。

能根据情况合理调整钻井参数，及时判断井下情况。

其中，一整套钻井设备包括提升、循环、旋转、控制、动力系统以及辅助设备。

首先，提升系统能提升钻进的速度和能力，保证正常钻进的工艺。

其次，循环系统对井底环境进行清洁，净化设备，并将水龙带中的泥浆进行处理后作为钻井液循环使用。

然后控制系统控制钻机协调各部位的开展和稳定进行等等。

司钻技术是勘察油气储量，检测油气构造不可或缺的一部分，工艺流程主要包括钻前准备工作，井位测定，修建周围交通，井架，钻机设备的拆迁安放，并准备好相关需求。

然后，便是正常钻进工作，逐层钻进，钻进目的层，随着钻井液携带钻屑流出井眼，逐渐形成井眼。

最后是固井和完井作业，向井眼放套管，并进行加固和对井口的完善，还需要对钻台进行拆卸
在钻井过程中，新井眼的形成，随着钻头不断向下击破地层岩石，新形成的岩壁可能会呈现不稳定状态，从而出现事故，事故原因包括，地层压力的异常，岩性层位出现不稳定，特殊的地质构造。

自身技术操作的失误也会导致电缆，卡钻等事故
(二)、石油钻井模拟仿真技术和三维动画建模技术
基于满足模拟现场钻井环境的需要，系统应该具备，钻井司钻工程分析，钻井司钻系统设计钻井司钻理论验证，钻井司钻人员训练。

三维动画技术是利用计算机设计动画形式，更加逼进真实的场景效果的一种技术让人具有更有真实，直观的视觉感受。

系统中选用了常用软件3DS MAX 2003进行渲染和创建。

它具有很好的扩展性优势，提供了强大建模功能。

当然，虚拟现实技术也应用其中。

二、钻井司钻培训系统设计
(一)VIRTOOLS简介
Virtools是一个交互性的平台，基于它开发的设计给使用者带来了很好的视觉效果。

勤工应用程序可以提供3D及时的互动行为;渲染引擎使虚拟现实更加逼
近真实场景，让人沉浸其中;行为引擎通过模块间搭建从简单到复杂的过程;自带
的网络播放器更快捷，效果更好;脚本语言和软件开发工具包也使Virtools拥有
更完善的功能。

Virtools 多样化的行为交互模块，常用的包括:3D Transformation（3D 变换）、Characters（虚拟角色）、Collisions（碰撞系统）、Particles（粒子系统）。

Virtools技术也具有强大的人机交互图形化用
户界面，简单方便的技术开发手段，丰富的插件支持和强大的渲染引擎的优势(二）钻井司钻培训系统框架
系统框架由两台计算机进行互相演示，一台计算机接受学员操作司钻台发出
的操作指令，进行处理后，对另一台承载虚拟井场环境的计算机发出另一指令，
并进行相应操作，实现井场环境和控制台的交互控制。

(三）基于 C++BUILDER 虚拟司钻控制台的编程实现和环境技术通信的实现
本控制台通过C++BUILDER 进行编程，具有结合c语言的优点还具有优化的
32位源码编译器。

而且，是一款高性能的可视化开发工具，为系统提供了一系列
高效的可观化程序开发工具。

利用C++与SQL数据库相连，完成（1）编写主控程
序对远程数据库进行远程读写；（2）创建数据库连接方式；（3）将控制台操作
生成的数据写入远程数据库表中；（4）对远程数据库表内容定时更新，删除。

三、结语
综上所述，随着钻井司钻技术的越来越复杂化，计算机的虚拟仿真技术的应
用也会越来越广泛，虽然各种仿真技术应运而生，但是仍然存在很多内部因素，
就想即使使用了Virtools三维虚拟开发平台技术解决并克服了按帧播放的限制性，实现了多个动画同时播放的优越行，使系统更加灵活可控，但是新的困难
仍在不断增加，我们依旧要不断探索和开发。

本文利用了c++编辑了控制台多重
窗口显示平台以及采用SOL数据库进行远程读取完成虚拟与井场环境的数据通信。

利用碰撞检测克服钻具跑出场景的可能，更好的控制井场设备。

本文添加的钻井
泵音效果和文字提示，让模拟更加逼真。

虽然万事俱备但只欠东风，有时技术仍然存在不足。

所以，我们计划本系
统下一步会采用 Unity 3D 平台进行虚拟井场坏境的建立，增强显示效果和场景
设计的多样性，进一步完善和逼真场景设计，让人有身临其境之感。

在真实的操
作中，也会出现高空落物，无法下入等事故发生，但是本系统还没有进行解决，
所以决定下一步还会添加学员操作中进行异常处理会带来的后果的处理，让钻井
司钻培训系统更加完善，有足够的优势应用于实践当中，本系统也会采用评分功
能对学员的操作和处理能力进行打分和相关指导和建议。

让学员更加清楚自己
的能力，学有所获。

参考文献
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工大学学报，2004，(04)：65-65。