本發(fā)明屬于石油開采領(lǐng)域，具體地說是一種石油鉆井可視化控制系統(tǒng)及裝置。

背景技術(shù)：

1、石油鉆井是指利用專門設(shè)備和技術(shù)，從地表向地下鉆成一定深度的圓柱形孔眼的工程，其目的主要是發(fā)現(xiàn)并利用地下的石油和天然氣資源。在石油鉆井的過程中，工作人員常常需要使用可視化控制裝置將鉆井場(chǎng)景、設(shè)備狀態(tài)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以圖形、圖像等形式直觀地展示給操作人員。

2、現(xiàn)有的石油鉆井控制系統(tǒng)無法對(duì)進(jìn)行后續(xù)地層進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而導(dǎo)致鉆井效率下降；同時(shí)現(xiàn)有石油鉆井使用的可視化控制裝置在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，顯示屏無法根據(jù)工作人員的使用習(xí)慣進(jìn)行靈活的調(diào)整，而不便調(diào)節(jié)的顯示屏容易因?yàn)榻嵌炔缓线m而導(dǎo)致觀察困難，甚至引發(fā)視覺疲勞，影響工作效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種石油鉆井可視化控制系統(tǒng)及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中石油鉆井控制系統(tǒng)無法對(duì)進(jìn)行后續(xù)地層進(jìn)行預(yù)測(cè)等問題。

2、一種石油鉆井可視化控制系統(tǒng)，包括：

3、數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊：用于采集鉆井過程中的各種數(shù)據(jù)并進(jìn)行傳輸；

4、數(shù)據(jù)分析與處理模塊：包括數(shù)據(jù)的清洗、轉(zhuǎn)換和模型建立步驟，以便提取出對(duì)鉆井過程有用的信息，所述數(shù)據(jù)分析與處理模塊能夠接收來自數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊的數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的分析和處理；

5、可視化界面模塊:所述可視化界面模塊還具有智能異常診斷功能、優(yōu)化建議功能和地層模型預(yù)測(cè)功能；

6、監(jiān)控與報(bào)警模塊：基于數(shù)據(jù)分析與處理模塊的結(jié)果，實(shí)時(shí)監(jiān)控鉆井過程的狀態(tài)；

7、控制指令下發(fā)與執(zhí)行模塊：控制指令下發(fā)與執(zhí)行模塊能夠根據(jù)監(jiān)控與報(bào)警模塊的輸出，生成相應(yīng)的控制指令，并下發(fā)到鉆井設(shè)備，所述控制指令能夠調(diào)整鉆井速度和改變鉆井方向；

8、歷史數(shù)據(jù)管理與查詢模塊：負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理鉆井過程中的歷史數(shù)據(jù)，以便后續(xù)的分析和查詢。

9、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊具有多種數(shù)據(jù)采集接口，能夠適應(yīng)不同類型的鉆井設(shè)備和傳感器，以實(shí)現(xiàn)全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集，所述數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊還具備數(shù)據(jù)壓縮和加密功能，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎桶踩浴?/p>

10、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)分析與處理模塊還包括一個(gè)自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊，所述自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊能夠基于歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化數(shù)據(jù)分析的算法和模型，以提高對(duì)鉆井過程中異常情況的預(yù)測(cè)和響應(yīng)能力；

11、其中，數(shù)據(jù)分析與處理模塊中的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來調(diào)整和優(yōu)化其內(nèi)部模型，假設(shè)模型是一個(gè)線性回歸模型，其預(yù)測(cè)函數(shù)能夠表示為：

12、f(x)＝θ0+θ1x1+θ2x2+...+θnxn

13、其中，x1，x2，...，xn是輸入特征，θ0，θ1，...，θn是模型參數(shù)；

14、自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊的目標(biāo)是最小化預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的誤差，這通常通過最小化損失函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，損失函數(shù)能夠表示為：

15、

16、其中，yi是第i個(gè)樣本的實(shí)際值，f(xi)是模型的預(yù)測(cè)值，m是樣本數(shù)量。

17、優(yōu)選的，所述可視化界面模塊還包括三維模擬界面，所述三維模擬界面通過三維模型模擬鉆井作業(yè)過程，實(shí)時(shí)展示鉆頭位置、井眼軌跡和地層結(jié)構(gòu)信息，并允許用戶進(jìn)行多角度、多層次的觀察和操作。

18、優(yōu)選的，所述可視化界面模塊包括鉆井參數(shù)、鉆頭位置、井眼軌跡和地層結(jié)構(gòu)信息；所述歷史數(shù)據(jù)管理與查詢模塊具有時(shí)間選擇、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)對(duì)比、導(dǎo)出和保存功能；所述數(shù)據(jù)分析與處理模塊具有數(shù)據(jù)導(dǎo)入和預(yù)處理、統(tǒng)計(jì)分析和可視化、數(shù)據(jù)挖掘和模式識(shí)別以及報(bào)表生成和導(dǎo)出功能；

19、其中，井眼軌跡的測(cè)量公式如下：

20、對(duì)于井斜角i，平均井斜角i?c的計(jì)算公式是：

21、

22、其中，ι1和ι2分別是上下兩測(cè)點(diǎn)的井斜角；

23、對(duì)于方位角a，平均方位角的計(jì)算需要考慮方位角的周期性,因此，平均方位角ac的計(jì)算公式有兩種情況：

24、當(dāng)兩測(cè)點(diǎn)的方位角差值的絕對(duì)值小于或等于180度時(shí)：

25、

26、當(dāng)兩測(cè)點(diǎn)的方位角差值的絕對(duì)值大于180度時(shí)：

27、

28、其中，α1和α2分別是上下兩測(cè)點(diǎn)的方位角。

29、優(yōu)選的，還包括一個(gè)用戶權(quán)限管理模塊，用于管理不同用戶的訪問權(quán)限和操作權(quán)限，確保系統(tǒng)的安全性和數(shù)據(jù)的保密性，同時(shí)，所述用戶權(quán)限管理模塊還支持用戶自定義界面和功能，以滿足不同用戶的個(gè)性化需求。

30、一種石油鉆井可視化控制裝置，包括上述的石油鉆井可視化控制系統(tǒng)：還包括支撐機(jī)構(gòu)，包括支撐臺(tái)組件，滑動(dòng)卡嵌于所述支撐臺(tái)組件上的安裝柱組件，安裝于所述安裝柱組件上的驅(qū)動(dòng)組件，所述驅(qū)動(dòng)組件能驅(qū)動(dòng)安裝柱組件在支撐臺(tái)組件上移動(dòng)；圖像顯示機(jī)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)動(dòng)卡嵌于所述安裝柱組件上的支撐臂組件，和所述支撐臂組件轉(zhuǎn)動(dòng)相連的顯示屏組件，用于驅(qū)動(dòng)所述顯示屏組件轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)推桿。

31、優(yōu)選的，所述支撐臺(tái)組件包括支撐臺(tái)本體，所述支撐臺(tái)本體外側(cè)的上端固定連接有桌板，所述支撐臺(tái)本體上還開設(shè)有弧形槽，所述支撐臺(tái)本體上位于弧形槽內(nèi)固定連接有弧形導(dǎo)向桿，所述支撐臺(tái)本體上還固定連接有齒條。

32、優(yōu)選的，所述安裝柱組件包括安裝柱本體，所述安裝柱本體的底部通過軸承固定連接有齒輪一，所述驅(qū)動(dòng)組件包括電機(jī)，所述電機(jī)的一端固定連接有齒輪二；所述安裝柱本體限位滑動(dòng)卡嵌于弧形導(dǎo)向桿上，所述電機(jī)和安裝柱本體固定相連，所述齒輪一和齒輪二相互嚙合，所述齒輪一和齒條相互嚙合。

33、優(yōu)選的，所述支撐臂組件包括支撐臂本體，所述支撐臂本體的外側(cè)固定連接有軸桿；所述顯示屏組件包括顯示屏本體，所述顯示屏本體的一端固定連接有軸孔架；所述支撐臂本體轉(zhuǎn)動(dòng)卡嵌于安裝柱本體上，所述軸孔架轉(zhuǎn)動(dòng)卡嵌于軸桿上，所述電動(dòng)推桿的一端轉(zhuǎn)動(dòng)卡嵌于支撐臂本體上，所述電動(dòng)推桿的另一端轉(zhuǎn)動(dòng)卡嵌于軸孔架上。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：通過利用三維模擬界面和數(shù)據(jù)分析模塊，系統(tǒng)能夠預(yù)測(cè)未鉆地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，該界面展示預(yù)測(cè)的地層模型，包括巖性、厚度、孔隙度、滲透率等關(guān)鍵參數(shù)，幫助用戶提前了解地層情況，做好鉆井策略調(diào)整；通過控制驅(qū)動(dòng)組件工作可使得安裝柱組件在支撐臺(tái)組件上移動(dòng)，從而使得顯示屏組件的位置跟隨移動(dòng)，從而方便工作人員根據(jù)使用習(xí)慣進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，控制電動(dòng)推桿工作可使得顯示屏組件繞著支撐臂組件轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)顯示屏組件的俯仰角度，滿足工作人員的使用需求，同時(shí)提高了設(shè)備的靈活性和舒適性，使得工作人員可以更加高效地進(jìn)行監(jiān)控和操作。

技術(shù)特征：

1.一種石油鉆井可視化控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述一種石油鉆井可視化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊具有多種數(shù)據(jù)采集接口，能夠適應(yīng)不同類型的鉆井設(shè)備和傳感器，以實(shí)現(xiàn)全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集，所述數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊還具備數(shù)據(jù)壓縮和加密功能，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎桶踩浴?/p>

3.如權(quán)利要求2所述一種石油鉆井可視化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)分析與處理模塊還包括一個(gè)自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊，所述自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊能夠基于歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化數(shù)據(jù)分析的算法和模型，以提高對(duì)鉆井過程中異常情況的預(yù)測(cè)和響應(yīng)能力；

4.如權(quán)利要求3所述一種石油鉆井可視化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述可視化界面模塊還包括三維模擬界面，所述三維模擬界面通過三維模型模擬鉆井作業(yè)過程，實(shí)時(shí)展示鉆頭位置、井眼軌跡和地層結(jié)構(gòu)信息，并允許用戶進(jìn)行多角度、多層次的觀察和操作。

5.如權(quán)利要求4所述一種石油鉆井可視化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述可視化界面模塊包括鉆井參數(shù)、鉆頭位置、井眼軌跡和地層結(jié)構(gòu)信息；所述歷史數(shù)據(jù)管理與查詢模塊具有時(shí)間選擇、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)對(duì)比、導(dǎo)出和保存功能；所述數(shù)據(jù)分析與處理模塊具有數(shù)據(jù)導(dǎo)入和預(yù)處理、統(tǒng)計(jì)分析和可視化、數(shù)據(jù)挖掘和模式識(shí)別以及報(bào)表生成和導(dǎo)出功能；

6.如權(quán)利要求4所述一種石油鉆井可視化控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)用戶權(quán)限管理模塊，用于管理不同用戶的訪問權(quán)限和操作權(quán)限，確保系統(tǒng)的安全性和數(shù)據(jù)的保密性，同時(shí)，所述用戶權(quán)限管理模塊還支持用戶自定義界面和功能，以滿足不同用戶的個(gè)性化需求。

7.一種石油鉆井可視化控制裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-6任一所述的石油鉆井可視化控制系統(tǒng)：還包括支撐機(jī)構(gòu)(1)，包括支撐臺(tái)組件(11)，滑動(dòng)卡嵌于所述支撐臺(tái)組件(11)上的安裝柱組件(12)，安裝于所述安裝柱組件(12)上的驅(qū)動(dòng)組件(13)，所述驅(qū)動(dòng)組件(13)能驅(qū)動(dòng)安裝柱組件(12)在支撐臺(tái)組件(11)上移動(dòng)；圖像顯示機(jī)構(gòu)(2)，包括轉(zhuǎn)動(dòng)卡嵌于所述安裝柱組件(12)上的支撐臂組件(21)，和所述支撐臂組件(21)轉(zhuǎn)動(dòng)相連的顯示屏組件(22)，用于驅(qū)動(dòng)所述顯示屏組件(22)轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)推桿(23)。

8.如權(quán)利要求7所述一種石油鉆井可視化控制裝置，其特征在于，所述支撐臺(tái)組件(11)包括支撐臺(tái)本體(111)，所述支撐臺(tái)本體(111)外側(cè)的上端固定連接有桌板(112)，所述支撐臺(tái)本體(111)上還開設(shè)有弧形槽(113)，所述支撐臺(tái)本體(111)上位于弧形槽(113)內(nèi)固定連接有弧形導(dǎo)向桿(114)，所述支撐臺(tái)本體(111)上還固定連接有齒條(115)。

9.如權(quán)利要求8所述一種石油鉆井可視化控制裝置，其特征在于，所述安裝柱組件(12)包括安裝柱本體(121)，所述安裝柱本體(121)的底部通過軸承固定連接有齒輪一(122)，所述驅(qū)動(dòng)組件(13)包括電機(jī)(131)，所述電機(jī)(131)的一端固定連接有齒輪二(132)；所述安裝柱本體(121)限位滑動(dòng)卡嵌于弧形導(dǎo)向桿(114)上，所述電機(jī)(131)和安裝柱本體(121)固定相連，所述齒輪一(122)和齒輪二(132)相互嚙合，所述齒輪一(122)和齒條(115)相互嚙合。

10.如權(quán)利要求9所述一種石油鉆井可視化控制裝置，其特征在于，所述支撐臂組件(21)包括支撐臂本體(211)，所述支撐臂本體(211)的外側(cè)固定連接有軸桿(212)；所述顯示屏組件(22)包括顯示屏本體(221)，所述顯示屏本體(221)的一端固定連接有軸孔架(222)；所述支撐臂本體(211)轉(zhuǎn)動(dòng)卡嵌于安裝柱本體(121)上，所述軸孔架(222)轉(zhuǎn)動(dòng)卡嵌于軸桿(212)上，所述電動(dòng)推桿(23)的一端轉(zhuǎn)動(dòng)卡嵌于支撐臂本體(211)上，所述電動(dòng)推桿(23)的另一端轉(zhuǎn)動(dòng)卡嵌于軸孔架(222)上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及石油開采領(lǐng)域，具體公開了一種石油鉆井可視化控制系統(tǒng)及裝置，包括：數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊：用于采集鉆井過程中的各種數(shù)據(jù)并進(jìn)行傳輸；數(shù)據(jù)分析與處理模塊：包括數(shù)據(jù)的清洗、轉(zhuǎn)換和模型建立步驟，以便提取出對(duì)鉆井過程有用的信息，所述數(shù)據(jù)分析與處理模塊能夠接收來自數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊的數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的分析和處理；可視化界面模塊:所述可視化界面模塊還具有智能異常診斷功能、優(yōu)化建議功能和地層模型預(yù)測(cè)功能。本發(fā)明通過利用三維模擬界面和數(shù)據(jù)分析模塊，系統(tǒng)能夠預(yù)測(cè)未鉆地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，該界面展示預(yù)測(cè)的地層模型，包括巖性、厚度、孔隙度、滲透率等關(guān)鍵參數(shù)，幫助用戶提前了解地層情況，做好鉆井策略調(diào)整。

技術(shù)研發(fā)人員：萬覃,何承潤,馬金寶,孫文卓,祝偉洪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南石油大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21