[发明专利]陆地钻机安装操作模拟系统及模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻井模拟系统，特别是一种陆地钻机安装操作模拟系统及模拟方法。

背景技术

石油钻井是指利用专用钻井设备和技术，在经过勘探发现储油的地表位置处，向下或一侧钻出一定直径的圆柱孔眼，并钻达地下油气层的工序，要实现油气开采必须要熟练掌握石油钻井的专业知识和操作技能。井下作业是油田勘探开发过程中保证油水井正常生产的技术手段，是为了维护正常长期正常的生产过程所进行的修井作业。

然而，对于油田新进员工或石油相关专业学生，他们对钻井的过程、井下作业的操作或者发生事故时的处理方法都没有感性的认识，对于现场井下作业不熟悉。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野外，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，由于缺乏形象逼真、直观生动的辅助手段和方式，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。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种陆地钻机安装操作模拟系统及模拟方法，该模拟系统体积小，安装方便，能够模拟陆地钻机安装操作过程中的指示灯的状态和显示表的指示位置，能够根据学员的操作模拟出虚你的现场实景，给学员身临其境之感，克服传统培新方式培训难度大、成本高、安全性差、考核难等弊端，学员在进行陆地钻机安装操作训练时，能够模拟各种异常，能够实时显示操作过程中的各种参数，为井下作业培训提供一套科学、规范、高效、安全的培训考核新模式。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：陆地钻机安装操作模拟系统，它包括陆地钻机安装模拟操作台系统和控制单元，控制单元包括主控机、参数机和图形处理机，主控机与陆地钻机安装模拟操作台系统连接，陆地钻机安装模拟操作台系统通过串口总线与参数机相连，参数机和图形处理机分别通过通讯网络与主控机连接；

所述的陆地钻机安装模拟操作台系统包括PLC控制器、前端可操作输入设备和前端输出显示设备；前端可操作输入设备包括多个调节杆、阀门、旋钮和开关，前端输出显示设备包括指示灯和显示表，前端可操作输入设备和前端输出显示设备分别与PLC控制器相连，PLC控制器中设置有用于采集调节杆位置、阀门开度、旋钮位置和开关状态的数据采集模块，以及用于控制指示灯、显示表显示的输出控制模块；

所述的主控机上设置有用于根据阀门开度、旋钮位置、开关状态和调节杆位置数据，通过数学模型计算出指示灯状态、显示表数据、虚拟场景中设备工作状况数据的计算模块；

所述的图形处理机上设置有用于根据虚拟场景中设备工作状况数据呈现模拟的现场实景及设备工作情况的虚拟呈现模块。

它还包括投影系统，投影系统包括投影仪和与投影仪相配合的投影幕布，投影仪与图形处理机连接。

所述的陆地钻机安装模拟操作台系统包括PLC模块，多个开关、指示灯、阀门、旋钮和显示表，陆地钻机安装模拟操作台PLC模块通过串口总线与参数机连接，各档位及开关、调节杆、阀门、旋钮分别与陆地钻机安装模拟操作台PLC模块的状态数据采集接口连接，陆地钻机安装模拟操作台PLC模块的输出控制接口通过D/A转换器与显示表连接。

所述的显示表包括转盘电流表、冷却水压力表、气源压力表、备用压力表、绞车油压表、转盘油压表、吊钳扭矩表、立管压力表和转盘扭矩。

所述的主控机还包括智能评分模块，主控机对学员的操作进行评分，指出作业过程中存在的错误。

陆地钻机安装操作模拟方法，它包括以下步骤：

S1：采集陆地钻机安装模拟操作台上的各开关状态、阀门开度、旋钮位置和调节杆的位置；

S2：陆地钻机安装模拟操作台系统的PLC控制器通过串口将采集到的状态数据发送给主控机；

S3：主控机根据开关状态很热调节杆的位置数据，通过数学模型计算出显示表数据、虚拟场景中设备工作状况数据；

S4：虚拟呈现，它包括以下两个子步骤：

（1）主控机将计算得到的显示表数据回传给陆地钻机安装模拟操作台系统的PLC控制器，PLC控制器对陆地钻机安装模拟操作台上的显示表进行相应控制，控制显示表指示到相应刻度；

（2）主控计算机将计算得到的虚拟场景中设备工作状况数据发送给图形处理机，图形处理机根据此数据呈现模拟的现场实景及设备工作情况。