主控程序，在參數(shù)程序中實現(xiàn)優(yōu)選包括"鉆壓"、"懸重"、"排量" 等鉆進實時參數(shù)的外顯，并可由程序進入到操作設(shè)置運行界面以實現(xiàn)模擬作業(yè)的設(shè)備初始 化工作以及操作設(shè)置。在圖形計算機啟動完成后，運行其中的圖形程序，分別進入以下培訓(xùn) 項目進行選擇：鉆機安裝動畫、井架起升模擬、虛擬裝配操作、鉆進模擬操作以及電子圖冊， 通過操作員在圖形計算機上進行選擇，可進入不同的培訓(xùn)項目模塊進行培訓(xùn)。
[0068]在進行鉆機安裝動畫、虛擬裝配操作或者電子圖冊演示時、由教師操作臺中的主 控計算機完成主程序的執(zhí)行，將處理后的圖形數(shù)據(jù)以及模塊動作數(shù)據(jù)通過預(yù)訂的數(shù)據(jù)傳輸 協(xié)議傳送給用于環(huán)幕圖形的處理和顯示的圖形計算機，圖形計算機中的數(shù)據(jù)被傳輸給三通 道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)中的圖像融合機，圖像融合機再將圖形計算機產(chǎn)生的圖像信息分配給 三臺投影儀，并進行邊沿融合，經(jīng)過幾何校正和顏色校正后，將上述主程序處理后的圖形數(shù) 據(jù)以及模塊動作數(shù)據(jù)投影到工程環(huán)形投影幕上，以聲音，圖像等易于與操作員進行人機交 互的方式向工程技術(shù)人員展示鉆機使用，安裝和拆卸過程中的關(guān)鍵操作流程及技術(shù)要點以 及整個鉆機部件組成。該系統(tǒng)采用虛擬顯示技術(shù)構(gòu)建一個真實感極強的視覺環(huán)境，讓學員 有身臨其境的感覺，以直觀的方式向工程技術(shù)人員展示鉆機安裝，拆卸過程中的關(guān)鍵操作 流程及技術(shù)要點，從而解決現(xiàn)有傳統(tǒng)紙質(zhì)說明書存在的理解難和理解歧義等問題，使說明 書的閱讀更加簡單，更加形象生動，杜絕因個體理解差異造成對說明書的誤讀而導(dǎo)致事故 的發(fā)生。
[0069]在進行井架起升模擬以及鉆進模擬操作時，在系統(tǒng)上電后，先對絞車、泥漿泵和轉(zhuǎn) 盤進行初始化操作、將司鉆臺操作臺上各閥件恢復(fù)到初始位置，并將司鉆臺操作與井架模 型進行聯(lián)動。實際使用時，一方面通過PLC上的模擬和數(shù)字輸入端口采集接收司鉆臺上操 作員操作所產(chǎn)生的模擬量和數(shù)字量信號，將上述信號發(fā)送給參數(shù)計算機，參數(shù)計算機通過 主控計算機的通信模塊將信息輸入給主控計算機中的各種模擬裝置中以處理得出適于外 顯的信號，上述信號通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議傳送給用于環(huán)幕圖形的處理和顯示的圖形計算機， 圖形計算機中的數(shù)據(jù)被傳輸給三通道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)中的圖像融合機，圖像融合機再將 圖形計算機產(chǎn)生的圖像信息分配給三臺投影儀，并進行邊沿融合，經(jīng)過幾何校正和顏色校 正后，將上述主程序處理后的圖形數(shù)據(jù)以及模塊動作數(shù)據(jù)投影到工程環(huán)形投影幕上，從而 完成對井架起升過程以及鉆進操作的模擬。另一方面，以參數(shù)計算機為上位機，通過PLC上 的模擬和數(shù)字數(shù)出端口所輸出的高速脈沖信號對步進電機進行控制，進而實現(xiàn)司鉆臺對鉆 機模型的起升和下放操作的控制。因此本發(fā)明涉及的操作模擬系統(tǒng)可以模擬鉆機安裝和使 用中的各種工況，將各種可能的事故以及專家的經(jīng)驗，加入到培訓(xùn)系統(tǒng)中，通過故障預(yù)埋， 人為設(shè)置故障，同步顯示相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)，全方位訓(xùn)練操作人員。系統(tǒng)采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu) 建一個真實感極強的視覺環(huán)境，讓學員有身臨其境的感覺。通過在模擬培訓(xùn)系統(tǒng)上的反復(fù) 演練，學員可以掌握、熟悉設(shè)備的操作要領(lǐng)和技術(shù)規(guī)范，提高學員對各種事故判斷能力和處 理能力，減少人為事故的發(fā)生，同時也可以降低培訓(xùn)成本，提高培訓(xùn)效率。
[0070]三通道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)包括：投影機、工程環(huán)形投影幕和圖像融合機。其中所述 投影機為三臺正投投影機，所述三臺投影機與工程環(huán)形投影幕組合圖像融合機形成邊沿融 合投影系統(tǒng)。圖像融合機中包括有幾何矯正模塊、邊沿融合模塊、顏色校正模塊。其中圖像 融合機將圖形計算機產(chǎn)生的圖像信息分配給三臺投影儀，并進行邊沿融合。所述邊沿融合 技術(shù)就是將一組投影機投射出的畫面進行邊緣重疊，并通過融合技術(shù)顯示出一個沒有縫隙 更加明亮，超大，高分辨率的整幅畫面，畫面的效果就像是一臺投影機投射的畫面。當兩臺 或多臺投影機組合投射一幅畫面時，會有一部分影像重疊，邊沿融合的最主要功能就是把 兩臺投影機重疊部分的燈光亮度逐漸調(diào)低，使整幅畫面的亮度一致。
[0071]其中幾何矯正模塊包括：所述幾何矯正模塊用于修正投射圖像的幾何形狀，以保 證邊沿融合控制能適應(yīng)多種屏幕構(gòu)型，優(yōu)選為平面構(gòu)型，柱面構(gòu)型或球面構(gòu)型，使投射到墓 上的畫面無幾何失真。所述幾何矯正模塊包括下述子模塊：利用經(jīng)煒定位模塊和激光陣列 以點陣的方式對環(huán)形投影幕進行空間定位的模塊；通過計算機的圖形管程輸出與環(huán)形投影 幕上空間激光點陣形成等間隔的標準網(wǎng)格的模塊；通過智能相繼采集投影圖像并輸入計算 機，并通過投影屏幕上的空間激光點陣與標準網(wǎng)格進行自動匹配從而得出投影儀圖像與投 影屏幕對應(yīng)關(guān)系的模塊；利用上述對應(yīng)關(guān)系實現(xiàn)對輸出的圖像進行非線性幾何矯正的模 塊。
[0072]其中邊緣融合模塊包括：用于將圖像分割成若干規(guī)則圖形的圖像分割模塊，以使 若干規(guī)則圖形分別由三個投影機進行投影，其中分割為若干規(guī)則圖形的相鄰圖形邊緣相互 重疊部分圖形的寬度為對應(yīng)尺寸的5%以內(nèi)，相鄰圖形邊緣相互重疊圖形同時出現(xiàn)在分割 后的相鄰圖形的邊緣；用于在整個圖像上布置縱橫交錯的經(jīng)線和煒線的經(jīng)煒定位模塊，其 使在每個規(guī)則圖形中的經(jīng)線和煒線的顏色互不相同，并利用三個投影機將分割后的若干規(guī) 則圖形進行投影，調(diào)節(jié)投影機使相鄰圖形邊緣相互重疊圖形內(nèi)的經(jīng)線，煒線完成重疊；灰度 調(diào)節(jié)模塊，調(diào)節(jié)不同投影機的亮度Alpha值為100%的白色圖像，通過灰度感光攝像頭對非 重疊圖形部分進行感光信號采集，設(shè)置其灰度為a，將相鄰圖形邊緣相互重疊圖形的亮度 下調(diào)，直到重疊灰度0和非重疊圖形的灰度相等或誤差小于0.5%，再將不同的投影機一 并進行投影；
[0073]其中顏色矯正模塊包括：使用智能相機測量出不同投影儀在投射相同亮度顏色時 所產(chǎn)生的實際亮度的模塊，對不同亮度下拍攝的照片進行處理以得出每臺投影儀的顏色映 射關(guān)系的模塊；在每臺投影儀投影顯示前，設(shè)置不同屏幕的顏色表，產(chǎn)生顏色值的映射以使 不同投影儀投射出的同一種顏色盡量相似的模塊。
[0074]其中涉及一種三通道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)的融合投影方法，應(yīng)用于上述三個投影機 并列向環(huán)形幕投影的三通道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)，其中包括如下步驟：
[0075] 步驟1.將整幅待投影內(nèi)容分隔成多個子投影內(nèi)容，每個子投影內(nèi)容用一個投影 機進行投影，實時控制各個投影機通道的投影內(nèi)容融合，將各個融合投影內(nèi)容以像素點為 單位進行重疊和對齊，其中融合投影內(nèi)容為相鄰兩個投影機間的邊緣重疊投影內(nèi)容；
[0076] 步驟2.對各個投影機進行非線性幾何矯正，使得各個投影機的投影內(nèi)容組成一 個整幅圖像；
[0077] 步驟3.對所述融合投影內(nèi)容的動態(tài)播放畫面拼接處的圖像進行動態(tài)調(diào)整和光強 度的明暗過渡；
[0078]步驟4.對融合投影內(nèi)容進行分解，對融合投影內(nèi)容中各個像素著色點里的RGB顏 色信號進行過濾，甄別和分離，將融合投影內(nèi)容中像素點的光強度當量減小到非融合區(qū)域 像素點光強度當量的相應(yīng)百分比即亮度的15%到75%之間；
[0079]步驟5.動態(tài)調(diào)整投影內(nèi)容的像素顏色，協(xié)調(diào)光強度和顏色，使二者保持一致性。
[0080] 前端操作臺具有參數(shù)計算機，其中該參數(shù)計算機具有完成從PLC獲取前端硬件信 息后，將信息發(fā)送給主控機的通信模塊，其中通信模塊還將主控機發(fā)送過來的信息通過PLC 傳輸給前端硬件加以顯示。
[0081] 教師工作臺具有主控計算機和圖形計算機，其中該主控計算機具有主控模塊，該 主控模塊用于與通信模塊進行通信，實時獲得硬件設(shè)備狀態(tài)；所述主控計算機還包括如下 多個鉆機模型的模擬裝置：鉆機模型鉆進工藝模擬裝置、鉆機模型溢流模擬裝置、鉆機模型 氣體膨脹模擬裝置、鉆機模型循環(huán)壓力計算模擬裝置、鉆機模型鉆具提升模擬裝置以及鉆 機模型的鉆機井架/底座的起升/下放模擬裝置，其中主控模塊還包括有如下多個模擬系 統(tǒng)：用于模擬陸地鉆機井架/底座的起升/下放操作的裝置、用于模擬陸地鉆機起鉆和下 鉆操作的裝置、用于模擬陸地鉆機鉆進操作的裝置、用于模擬陸地鉆機事故應(yīng)急操作的裝 置；
[0082] 其中鉆機模型鉆進工藝模擬裝置包括與前端硬件設(shè)備及圖形處理單元通信的通 信模塊和鉆進工藝模擬模塊，與前端硬件設(shè)備通信是為了實時獲得硬件設(shè)備狀態(tài)，然后在 內(nèi)部通過相關(guān)鉆進工藝模擬的數(shù)學模型以模擬鉆進工藝過程。
[0083] 其中所述鉆機模型鉆進工藝模擬裝置包括以下模塊以實現(xiàn)鉆進工藝模擬：
[0084] (1)可在操作前進行初始化的前端設(shè)備，用于讀取前端設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和操作命 令的通信模塊；其中上述模擬裝置中使用的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)包括初始狀態(tài)參數(shù)，具體包括運 動管柱內(nèi)徑屯、運動管柱外徑屯、井徑D、鉆柱的加速度a鉆柱的單位質(zhì)量^某段鉆柱的 長度li泥漿密度P、流體黏附系數(shù)K。、時間步長At、重力加速度g、單位時間排開的流體 量Qt;動態(tài)參數(shù)包括：剎把產(chǎn)生的摩擦力Fm、管柱提升速度VP、管柱內(nèi)返出的液體量％、提升 鉆柱長度LP、泥漿泵體積流量QP、環(huán)空平均流速Vi、某段鉆柱密度Pa、鉆柱在井內(nèi)的摩擦力 Fk；
[0085] (2)內(nèi)存有預(yù)先建立的鉆進工藝模擬的數(shù)學模型并用于根據(jù)獲得的設(shè)備狀態(tài)參數(shù) 和操作命令，計算出實現(xiàn)鉆進工藝模擬動畫的作業(yè)數(shù)據(jù)的鉆進工藝模擬模塊；其中鉆進工 藝模擬的數(shù)學模型包括鉆速計算模型、鉆頭比水功率計算模型；
[0086] (3)鉆進工藝模擬模塊按照設(shè)定的第一數(shù)據(jù)格式與圖形處理單元通訊以交換初始 化數(shù)據(jù)和作業(yè)數(shù)據(jù)，圖形處理單元據(jù)此完成鉆進工藝的動畫展現(xiàn)；其中圖形處理單元包括 全三維實體模型庫、圖形繪制模塊和視景仿真控制模塊，其中圖形繪制模塊由設(shè)備類圖形 繪制模塊、粒子類圖形繪制模塊、管理類圖形繪制模塊和工藝動畫繪制模塊組成，視景仿真 控制模塊由場景初始化模塊、工藝動畫控制模塊、碰撞處理模塊、特效渲染模塊和參數(shù)顯示 豐旲塊。
[0087] (4)圖形處理單元按照設(shè)定的第二數(shù)據(jù)格式與鉆進工藝模擬模塊通訊，以交換動 畫狀態(tài)信息；
[0088] (5)用于重復(fù)執(zhí)行上述操作的模塊。
[0089] 其中所述鉆速計算模型為：
[0090] 1)、鉆速模型
[0092]式中：
[0093] a-鉆壓指數(shù)（= 0.5366+ 0.1993心）
[0094] b-轉(zhuǎn)速指數(shù)（6 = 0.9250 - 0.0375心）
[0095] c-地層壓力指數(shù)（c = 0.7011-0.0568心）
[0096] d-鉆井液密度差系數(shù)（d= 0.9767& -7.2703 )
[0097] kd-地層統(tǒng)計可鉆性（kd= 0? 00165H+0. 635)
[0098] W-比鉆壓（KN/mm)
[0099] N-轉(zhuǎn)速（rpm)
[0100] HEI-有效鉆頭比水功率（kw/mm2)
[0101] Pm-實際或設(shè)計泥漿密度（g/cm3)
[0102] Pp-地層壓力當量密度（g/cm3)
[0103] V-機械鉆速（m/h)
[0104] 其中鉆頭比水功率模型為：
[0105] 2)、有效鉆頭比水功率模型
[0107] 式中：
[0108] HEI-有效鉆頭比水功率（kw/mm2)
[0109]Pm-實際或設(shè)計泥漿密度（g/cm3)
[0110] Q-排量，升/秒
[0111] Db-鉆頭直徑，厘米
[0112] de-噴嘴當量直徑，厘米
[0113]
(J\，j2,j3噴嘴直徑，厘米）。
[0114] 其中鉆機模型溢流模擬裝置包括與前端硬件設(shè)備及圖形處理單元通信的通信模 塊和鉆機溢流模擬模塊，與前端硬件設(shè)備通信是為了實時獲得硬件設(shè)備狀態(tài)，然后在內(nèi)部 通過相關(guān)鉆機溢流模擬的數(shù)學模型以模擬鉆機溢流過程。
[0115] 其中所述鉆機模型溢流模擬裝置包括以下模塊以實現(xiàn)鉆井溢流過程模擬：
[0116] (1)可在操作前進行初始化的前端設(shè)備，用于讀取前端設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和操作命 令的通信模塊；其中上述模擬裝置中使用的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)包括初始狀態(tài)參數(shù)，具體包括運 動管柱內(nèi)徑屯、運動管柱外徑屯、井徑D、鉆柱的加速度a鉆柱的單位質(zhì)量^某段鉆柱的 長度li泥漿密度P、流體黏附系數(shù)K。、時間步長At、重力加速度g、單位時間排開的流體 量Qt;動態(tài)參數(shù)包括：剎把產(chǎn)生的摩擦力Fm、管柱提升速度VP、管柱內(nèi)返出的液體量％、提升 鉆柱長度LP、泥漿泵體積流量QP、環(huán)空平均流速Vi、某段鉆柱密度Pa、鉆柱在井內(nèi)的摩擦力 Fk；
[0117] (2)內(nèi)存有預(yù)先建立的鉆機溢流模擬的數(shù)學模型并用于根據(jù)獲得的設(shè)備狀態(tài)參數(shù) 和操作命令，計算出實現(xiàn)鉆機溢流模擬動畫的作業(yè)數(shù)據(jù)的鉆機溢流模擬模塊；其中鉆機溢 流模擬的數(shù)學模型包括鉆機溢流過程模擬模型和關(guān)井溢流過程模擬模型；
[0118] (3)鉆機溢流模擬模塊按照設(shè)定的第一數(shù)據(jù)格式與圖形處理單元通訊以交換初始 化數(shù)據(jù)和作業(yè)數(shù)據(jù)，圖形處理單元據(jù)此完成鉆機溢流的動畫展現(xiàn)；其中圖形處理單元包括 全三維實體模型庫、圖形繪制模塊和視景仿真控制模塊，其中圖形繪制模塊由設(shè)備類圖形 繪制模塊、粒子類圖形繪制模塊、管理類圖形繪制模塊和工藝動畫繪制模塊組成，視景仿真 控制模塊由場景初始化模塊、工藝動畫控制模塊、碰撞處理模塊、特效渲染模塊和參數(shù)顯示 豐旲塊。
[0119] (4)圖形處理單元按照設(shè)定的第二數(shù)據(jù)格式與鉆機溢流模擬模塊通訊，以交換動 畫狀態(tài)信息；
[0120] (5)用于重復(fù)執(zhí)行上述操作的模塊。
[0121] 其中鉆機溢流過程模擬模型包括以下子模型：氣體流量計算模型、每段混合物長 度計算模型、環(huán)空混合物總長度計算模型、井內(nèi)溢流量模型以及每段混合物密度模型，分別 如下
[0122] (1)氣體流量計算模型：
[0123] =C(^-P/)
[0124]式中：
[0125] Qgs__對應(yīng)于Pb的標準狀態(tài)下的氣體滲流量，米3/秒
[0126]PP，Pb-地層、井底有效壓力，千帕
[0127]C-滲流系數(shù)，米3/千帕?秒（0. 2)
[0128]在j時刻A t時間內(nèi)必，(刀=C[Pp2(y) - d,)]
[0129] (2)每段混合物長度計算模型：
[0130] AHmiX(J)(j= 1,2,3,……n-1)
[0131] ^HmiX(J)= {Q[P (jj-Pfj-!)]+UjQgs(J)In[P(J)/P(J_ 1)]}/(gP Q)
[0132]式中：
[0133]Q-泥漿排量，米3/秒
[0135]Pu廠-第j段混合物底部壓力，千帕
[0136] 第j段混合物頂部壓力，千帕
[0137]P-泥漿密度，克/厘米3
[0138]g-重力加速度，米/秒2
[0139] (3)環(huán)空混合物總長度計算模型：
[0141] (4)井內(nèi)溢流量
[0143] (5)每段混合物密度計算模型：
[0144]
[0145]式中：
[0146]A-混合物中泥漿體積分量
[0147] Aa__該溢流段環(huán)空橫截面積，毫米2
[0148] %-混合物中天然氣體積分量，
[0149] Pg__天然氣密度，克/厘米3。
[0150] 關(guān)井溢流過程模擬模型包括如下子模型：關(guān)井穩(wěn)定后井底混合物長度計算模型以 及關(guān)井穩(wěn)定后井底純氣柱的長度計算模型，分別為：
[0151] 關(guān)井穩(wěn)定后井底混合物長度計算模型：
[0153]式中：
[0154] A P = g p Q A t/Aa
[0155] n-環(huán)空中所分混合物的段數(shù)
[0156] (2)關(guān)井穩(wěn)定后井底純氣柱的長度
[0157] Hmix (n+1)