基于虚拟现实的海洋无隔水管修井作业设计

作     者：侯春来 王文明 武振宇 乔振铭 郭建强 郭岩宝 HOU Chunlai;WANG Wenming;WU Zhenyu;QIAO Zhenming;GUO Jianqiang;GUO Yanbao

作者机构：中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249 

基　　金：国家自然科学基金(No.51309237)资助 

出 版 物：《石油科学通报》 (Petroleum Science Bulletin)

年 卷 期：2023年第8卷第3期

页      码：360-368页

摘      要：传统海上修井通常需要利用隔水管完成修井作业,该方法在作业过程中存在一定局限性,其布置和维护成本较高,且对海洋环境的适应性较差。海洋无隔水管修井作业通过消除传统隔水管的使用,降低了修井作业成本和风险。然而,该方法在操作复杂性和技术培训方面仍面临挑战。虚拟现实技术提供了一种创新的解决方案,通过模拟真实环境和设备,使得作业人员可在虚拟环境中进行修井作业的实时模拟,提前了解作业流程和设备操作,进而提高修井作业的安全性和效率。因此,本文以虚拟现实技术为基础,安全作业为导向,针对海洋无隔水管修井作业设计了一种创新的修井虚拟现实系统,实现了对修井设备的动态模拟仿真,为作业人员提供一种全新的训练和操作支持方式。首先,对海洋无隔水管修井设备的系统组成、设备布局以及运动规律进行了详细分析。依据分析结果,通过SolidWorks和3D MAX等软件,成功构建了修井设备的虚拟模型,并进行了精细化处理,虚拟模型能够近似地表征修井设备的外观和结构,包括各个组件和连接方式。其次,采用Unity3D三维虚拟引擎工具,借助其内置的脚本编程语言,实现了海洋修井设备信息查询、动态三维交互、作业流程仿真以及虚实交互控制等功能。通过第一人称视角和VR漫游视角,作业人员可在虚拟环境中与修井设备进行直接交互。以虚拟现实的方式使得作业人员能够提前进行操作训练和流程优化,进而提高修井作业的安全性和修井效率。然后,为实现修井设备的实时监测和数据管理,基于OPC UA协议采集传感器的实时数据,并利用MySQL数据库对修井设备信息进行统一管理。通过该方法可实时获取修井设备的各项参数和状态信息,并进行数据分析和故障诊断,进而提高修井作业的可靠性和可维护性。最后,通过实际案例进行应用分析,验证了基于虚拟现实的海洋无隔水管修井系统的优势和应用价值。相较于传统的操作方式,该系统能够显著提升作业效率和安全性,降低操作风险,并减少设备损坏和事故发生的概率。

主 题 词：虚拟现实 无隔水管修井 Unity 3D 修井作业 模拟仿真 

学科分类：0820[工学-航空航天类] 08[工学] 080203[080203] 0802[工学-机械学] 082002[082002] 

D　O　I：10.3969/j.issn.2096-1693.2023.03.026

馆 藏 号：203122426...