[发明专利]一种用于钻井工序优化的虚拟钻井设备系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻井工序优化领域。 

背景技术

在钻井应用的背景下，钻井工程师需对钻井操作步骤优化。钻井操作包括：单个机器的操作细节、单个机器的操作次序、机器与机器之间的配合等。通过对钻井操作优化，可以达到增加钻井效率，提高油气产出，保证设备安全运行，促使生产能安全高效进行的目的。 

目前，较领先的钻井操作优化方式大致为： 

(1)首先钻井工程师对钻井操作进行粗略优化，并提出优化方案； 

(2)紧接着控制系统工程师学习并理解已粗略优化过的操作程序，之后控制系统工程师与数学专家合作利用数学方法和软件(例如Matlab，labview等)描述设备信号。这些设备信号能够驱动设备做出已经过粗略优化的钻井操作步骤； 

(3)然后，软件工程师分析信号并开发出能生成相关信号的软件，并利用软件显示出信号所能达到的效果，例如使用1比1的3D仿真软件模拟钻井设备运行； 

(4)最后钻井工程师根据步骤3的结果，验证钻井操作并进行下一轮优化。 

这种方式最大的优点是验证步骤(即步骤3)可在软件中完成，无需制造新设备，大大减少了资金投入，并减小了安全生产的风险。 

但是该方式优化的周期依然相当长，有可能使投资者不能收回对钻井优化的投资。并且钻井工程师无法直接对钻井操作进行更改，需要在其余学科专家的协助下工作。针对优化的结果，钻井工程师也无法比较与修改。 

因此，钻井业对钻井操作优化有强烈的需求。但由于此项工作的特点，往往优化周期长，耗费较多人力资源，并且对于机器的使用和油井生产有较大风险。因此，业界迫切需要一种方法能够快速优化的目的。 

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种周期短、可供钻井工程师直接使用的用于钻井工序优化的虚拟钻井设备系统。 

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种用于钻井工序优化的虚拟钻井设备系统，其生成设备信号以优化钻井工序，系统包括钻井工序语言模块、设备信号语言模块、 信号发生器模块，所述的钻井工序语言模块供钻井工程师设定操作工序并编译成信号调用命令，所述的操作工序包括操作次序、并行操作、顺序操作、操作时长，所述的设备语言信号模块供控制系统工程师定义各操作的设备信号，通过编译成设备信号库存储在信号发生器内，在进行模拟钻井操作时，所述的信号发生器接收所述钻井工序语言模块输出的信号调用命令从所述的信号库中调取相应的信号生成方法，生成相应信号。 

进一步地，所述的钻井工序语言模块包括钻井工序语言和钻井工序语言编译器。所述的钻井工序语言设定了钻井操作，并以参数形式设定每个操作的开始时间、操作终止时间、操作开始状态和操作结束状态。 

进一步地，所述的操作次序、并行操作、顺序操作由各操作开始时间定义，所述的操作时长由各操作的开始时间和终止时间定义。 

所述的钻井工序语言编译器将钻井工序语言编译为信号调用命令。 

所述的设备信号语言模块包括设备信号语言和设备信号语言编译器。 

所述的设备信号语言以各设备的每个操作为模块，由控制系统工程师使用数学方法以编程形式定义该操作在某相对时间点的信号值，所述的数学方法包括四则运算、sin、cos、log、lg等数学函数，所述的编程形式包括变量定义和使用、四则运算、if、for、while等编程模块。 

所述变量可为非规则变量名。 

进一步地，所述的信号发生器以固定周期运行信号调用命令，其首先判断当前命令是否过期，若过期，则结束当前命令；若没有过期，则计算相对时间，并运行信号库相应公式，计算信号值，从而输出信号，然后等待下次运行周期；如果有其他信号调用命令继续等待运行，循环上述操作，否则结束工作。 

所述的信号发生器为每一个信号调用命令将系统时间转换为该信号调用命令的相对时间，计算方法为： 

(当前系统时间–当前信号调用命令的开始时间)/(当前信号调用命令的结束时间–当前信号调用命令的开始时间)。 

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明可供无控制系统知识的钻井工程师独立使用，设备操作的优化周期大大缩短，能被多次比较，验证，修改，达到安全操作的目的。 

附图说明

图1为本发明虚拟钻井设备内部信号控制关系图； 

图2为本发明信号发生器工作原理图； 

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施进一步说明：