180] % -混合物中天然氣體積分量，
[0181] Pg-天然氣密度，克/厘米3
[0182] 因?yàn)镻g遠(yuǎn)小于P，所以上式可改寫為：
[0183] 2)、關(guān)井溢流過程模擬
[0184] 關(guān)井過程實(shí)際上是井底壓力恢復(fù)的過程。剛關(guān)井時(shí)，由于井底壓力未平衡地層壓 力，地層流體還要繼續(xù)進(jìn)入井筒，進(jìn)入的高壓氣體把井筒環(huán)空混合物壓縮，使套壓和立管壓 力不斷增加。隨著關(guān)井時(shí)間的延長，井底壓力逐漸增加，地層流體進(jìn)入速度逐漸減少，直到 最后井底壓力平衡地層壓力。關(guān)井過程中，無論是井筒還是地層，所有參數(shù)都是時(shí)間函數(shù)。 因描述這一過程的數(shù)學(xué)模型及其計(jì)算方法很復(fù)雜，在此不作詳述。下面僅給出關(guān)井穩(wěn)定后 井底混合物長度等有關(guān)參數(shù)計(jì)算公式。
[0185] (1)關(guān)井穩(wěn)定后井底混合物長度
[0187] 式中：
[0188] Δ P = g p Q Δ t/Aa
[0189] η-環(huán)空中所分混合物的段數(shù)
[0190] (2)關(guān)井穩(wěn)定后井底純氣柱的長度
[0191] Hmix(n+1)= H mix〇-Hmix(n)
[0192] (三）氣體膨脹模型
[0193] 1)、氣體狀態(tài)方程
[0195] 式中：
[0196] Ps-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力，千帕
[0197] Vs--標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積，米3
[0198] Zs-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù)
[0199] Ts-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度，。K
[0200] P-壓力，千帕
[0201] V-氣體體積，米3
[0202] T-溫度，。K
[0203] Z-在溫度為T，壓力為P的條件下的壓縮系數(shù)
[0204] 我們只要知道了某時(shí)刻的壓力，溫度以及壓縮系數(shù)，就可以求得此時(shí)的氣體體積。
[0205] 2)、氣體溢流重量在環(huán)空內(nèi)產(chǎn)生的壓力
[0206] 根據(jù)氣體在環(huán)空內(nèi)上升過程中氣體重量不變，用氣體狀態(tài)方程求得氣柱在壓井某 時(shí)刻的密度為：
[0208] 式中：P s，Ps，Ts，Zs-分別表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體密度，壓力，溫度及壓縮系數(shù)， Tx-氣體上升到某一時(shí)刻氣柱中點(diǎn)地層溫度，° K
[0209] 則氣柱重量造成的壓力為：
[0211] 將氣體高度用氣體體積人（米3)和橫截面積Aa(米3)表示，則：
[0213] 式中\(zhòng)為氣體所在環(huán)空段的橫截面積，是要變化的；但為了計(jì)算方便，可將Aa的值 取為整個(gè)環(huán)空的平均橫截面積，則氣體重量造成的壓力便是一個(gè)常數(shù)。因這個(gè)壓力的值本 來就是很小的，這樣簡化處理后引起的誤差可不計(jì)。
[0214] 3)、天然氣壓縮系數(shù)
[0215] 引用Kenneth，R. Hall提出的公式經(jīng)簡化后，得以下計(jì)算公式來求ZiZtt :
[0217]式中：
[0219] 對比壓力：
[0221] 對比溫度：
[0223] 上式是一個(gè)隱含格式，要用一個(gè)精確的表達(dá)式將壓縮系數(shù)表達(dá)出來是比較困難 的，可以用試算法求出壓縮系數(shù)，其解法為：先假設(shè)一個(gè)初始壓縮因子Z。，計(jì)算出匕、?；，再 求出W，最后再計(jì)算出Z，若Iz-Z qI < ε (ε是精度，一般取0.0001)，則說明假設(shè)的Z。就是 所要求的壓縮因子；若Iz-ZidI > ε，則說明需要重新假設(shè)ζ。，再計(jì)算ζ。直至Iz-ZidI彡ε 滿足為止。
[0224] (四）循環(huán)壓力計(jì)算模型
[0225] 1)、鉆頭壓耗
[0227] 式中：
[0228] Pb-鉆頭壓降，MPa ;
[0229] P -泥漿密度，克/厘米3 ;
[0230] Q-通過鉆頭噴嘴的泥漿排量，升/秒；
[0231 ] Α。一噴嘴出口截面積，厘米2
[0232] C-噴嘴流量系數(shù)（0. 98)
[0233] 2)、鉆桿內(nèi)壓耗：
[0235]式中：
[0236] P1-鉆桿內(nèi)壓耗，Mpa ;
[0237] P -泥漿密度，克/厘米3 ;
[0238] η -泥漿塑性粘度，帕秒；
[0239] d-鉆桿內(nèi)徑，厘米；
[0240] B-常數(shù)，內(nèi)平鉆桿B = 0· 51655
[0241] Q-泥漿流量，升/秒；
[0242] Lp-鉆桿總長，米。
[0243] 3)、鉆桿外環(huán)形空間壓耗
[0245] 式中：
[0246] P1-鉆桿外環(huán)形空間壓耗，Mpa ;
[0247] P -泥漿密度，克/厘米3 ;
[0248] η -泥漿塑性粘度，帕秒；
[0249] D，D。一井徑和鉆桿外徑，厘米；
[0250] Q-泥漿流量，升/秒；
[0251] Lp-鉆桿總長，米。
[0252] 4)、鉆鋌內(nèi)部壓耗
[0254] 式中：
[0255] P1-鉆鋌內(nèi)部壓耗，Mpa ;
[0256] P -泥漿密度，克/厘米3 ;
[0257] η -泥漿塑性粘度，帕秒；
[0258] dc-鉆鋌內(nèi)徑，厘米；
[0259] Q-泥漿流量，升/秒；
[0260] L。一鉆挺總長度，米。
[0261] 5)、鉆鋌外環(huán)空壓耗
[0263] 式中：
[0264] P「-鉆鋌外環(huán)形空間壓耗，Mpa ;
[0265] P -泥漿密度，克/厘米3 ;
[0266] η -泥漿塑性粘度，帕秒；
[0267] D，D。一井徑和鉆鋌外徑，厘米；
[0268] Q-泥漿流量，升/秒；
[0269] Lc-鉆挺總長度，米。
[0270] (五）鉆具提升模型
[0271] 1)、起下鉆時(shí)鉆柱受力模型
[0272]起鉆：
[0276] 式中：
[0277] F-大鉤提升力牛頓
[0278] Fni-剎把產(chǎn)生的摩擦力（或制動力）牛頓 [0279] Ff-浮力牛頓
[0280] Ff= P ( Σ q 山）P a
[0281] a-鉆柱的加速度米/秒2
[0282] q^-鉆柱的單位質(zhì)量千克/米
[0283] I1-某段鉆柱的長度米
[0284] P -泥漿密度克/厘米3
[0285] P a__某段鉆柱密度克/厘米3
[0286] Fk-鉆柱在井內(nèi)的摩擦力牛頓
[0287] g-重力加速度米/秒2
[0288] 2)、起下鉆時(shí)提升速度模型
[0289] Vpt(l)= Vpt(l D+aAt
[0290] 式中：
[0291] At-計(jì)算時(shí)取時(shí)間步長，秒
[0292] νρ?(1)-?ω時(shí)刻鉆柱速度，米/秒
[0293] 剎把的作用是產(chǎn)生一個(gè)摩擦力，以阻止井內(nèi)鉆柱的運(yùn)動，因此，將剎把作用考慮在 〇~1之間，即當(dāng)剎把完全壓下時(shí)，其剎把作用為1，表示將絞車剎死；當(dāng)剎把完全抬起時(shí)，其 剎把作用為〇,表示將剎帶完全松開。這個(gè)在〇~1之間的剎車作用（剎車作用就是剎帶與 剎車鼓產(chǎn)生的摩擦力）符合絞車剎車鼓摩擦模型。
[0294] (六）鉆機(jī)井架/底座的起升/下放模型
[0295] 井架起升下放模型
[0296] 井架起升受力分析：井架起升時(shí)，整體繞底部鉸支點(diǎn)0旋轉(zhuǎn)上升，總體受力分析如 下：
[0297] 2F · (b+c) +P · a = G1 · L1 · cos ( α + α 丄）+G2 · L2 · cos ( α + α 2)
[0298] 式中：
[0299] a-為快繩拉力對旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)0的力臂
[0300] b、C-分別為人字架滑輪兩側(cè)起升大繩拉力對支點(diǎn)0的力臂
[0301] Lp L2-井架重心與天車重心到支點(diǎn)0的距離
[0302] α --為井架起升角度（〇~90度）
[0303] a 為井架重心與支點(diǎn)〇連線與井架下方輪廓線的夾角
[0304] α 2-為天車重心與支點(diǎn)0連線與井架下方輪廓線的夾角
[0305] G1-為井架自重
[0306] G2-為天車自重
[0307] P-為快繩拉力
[0308] F-為起升大繩拉力
[0309] ①計(jì)算力臂b與起升角α的關(guān)系式：其中將起升裝置簡化為一平面運(yùn)動機(jī)構(gòu)，人 字架滑輪簡化為一定點(diǎn)。
[0311] 式中：
[0312] S2-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0313] A-為井架平放時(shí)，起升大繩之間的角度
[0314] α --為井架起升角度（〇~90度）
[0315] ②計(jì)算力臂c與起升角α的關(guān)系式：將井架側(cè)邊導(dǎo)向滑輪簡化為一定點(diǎn)。
[0317] 式中：
[0318] S3-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0319] B-為井架平放時(shí)，起升大繩之間的角度
[0320] α --為井架起升角度（〇~90度）
[0321] ③計(jì)算力臂a與起升角α的關(guān)系式：將井架側(cè)邊導(dǎo)向滑輪簡化為一定點(diǎn)。
[0323] 式中：
[0324] S4、S5-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0325] C-為井架平放時(shí)，起升大繩之間的角度
[0326] α -為井架起升角度（0-90度）
[0327] ④計(jì)算起升大繩拉力F、快繩拉力P與起升角α的關(guān)系式：做為初步計(jì)算，忽略了 空間小角度、繩索的變形以及游車、大鉤的重力。
[0329] 式中：
[0330] F-為起升大繩拉力F
[0331] P-為快繩拉力
[0332] α --為井架起升角度（〇~90度）
[0333] L-為井架起升到α角度時(shí)，該段起升大繩的長度
[0334] h-為井架頂端到地面的垂直高度
[0335] S1、S2-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0336] ⑤計(jì)算起升力P與起升角α的關(guān)系式：
[0339] 式中：
[0340] G1-為井架自重
[0341] G2-為天車自重
[0342] Ρ-為快繩拉力
[0343] α -為井架起升角度（0-90度）
[0344] L-為井架起升到α角度時(shí)，該段起升大繩的長度
[0345] h-為井架頂端到地面的垂直高度
[0346] S2、S3、S4、S5-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)。
[0347] 教師操作臺具有主控計(jì)算機(jī)和圖形計(jì)算機(jī)，其中該主控計(jì)算機(jī)具有主控模塊，該 主控模塊用于與通信模塊進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)獲得硬件設(shè)備狀態(tài)；所述主控計(jì)算機(jī)還包括如下 多個(gè)鉆機(jī)模型的模擬裝置：鉆機(jī)模型鉆進(jìn)工藝模擬裝置、鉆機(jī)模型溢流模擬裝置、鉆機(jī)模型 氣體膨脹模擬裝置、鉆機(jī)模型循環(huán)壓力計(jì)算模擬裝置、鉆機(jī)模型鉆具提升模擬裝置以及鉆 機(jī)模型的鉆機(jī)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(gè)模擬系 統(tǒng)：用于模擬陸地鉆機(jī)井架/底座的起升/下放操作的裝置、用于模擬陸地鉆機(jī)起鉆和下鉆 操作的裝置、用于模擬陸地鉆機(jī)鉆進(jìn)操作的裝置、用于模擬陸地鉆機(jī)事故應(yīng)急操作的裝置。
[0348] 教師操作臺主要用于教師對學(xué)員操作情況進(jìn)行監(jiān)控，對操作結(jié)果進(jìn)行自動評判， 打分。其中主控計(jì)算機(jī)用于完成上述系統(tǒng)主程序的執(zhí)行，其包括用于存儲和設(shè)置模擬參數(shù) 的模塊、用于模擬工藝程序的模塊、用于控制圖形、計(jì)算并繪制壓井曲線的模塊、用于成績 評定及學(xué)員管理的模塊、采集前端設(shè)備參數(shù)的模塊、控制前端控制臺上顯示儀表的模塊以 及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖形計(jì)算機(jī)用于環(huán)幕圖形的處理和顯示，兩者間通過TCP/IP協(xié)議互聯(lián)。
[0349] 三通道環(huán)幕投影顯示系統(tǒng)包括：投影機(jī)、工程環(huán)形投影幕和圖像融合機(jī)。其中所述 投影機(jī)為三臺正投投影機(jī)，所述三臺投影機(jī)與、工程環(huán)形投影幕和圖像融合機(jī)形成邊緣融 合投影系統(tǒng)。圖像融合機(jī)中包括有幾何矯正模塊、邊緣融合模塊、顏色校正模塊。其中圖像 融合機(jī)將圖形計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像信息分配給三臺投影儀，并進(jìn)行邊緣融合。所述邊緣融合 技術(shù)是將一組投影機(jī)投射出的畫面進(jìn)行邊緣重疊，并通過融合技術(shù)顯示出一個(gè)沒有縫隙、 更加明亮，超大、超高分辨率的整幅畫面，畫面的效果如同是一臺投影機(jī)投射的畫面。當(dāng)兩 臺或多臺投影機(jī)組合投射一幅畫面時(shí)，會有一部分影像重疊，邊緣融合的最主要功能就是 把兩臺投影機(jī)重疊部分的燈光亮度逐漸調(diào)低，使整幅畫面的亮度一致。
[0350] 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 證邊緣融合控制能適應(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，使投射到幕 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(diǎn)陣的方式對環(huán)形投影幕進(jìn)行空間定位的模塊；通過計(jì)算機(jī)的圖形管理輸出與環(huán)形投影 幕上空間激光點(diǎn)陣形成等間隔的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格的模塊；通過智能相繼采集投影圖像輸入計(jì)算 機(jī)，并通過投影屏幕上的空間激光點(diǎn)陣與標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格進(jìn)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(shí)現(xiàn)對輸出的圖像進(jìn)行非線性幾何矯正的模 塊。
[0351] 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(gè)投影機(jī)進(jìn)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(shí)出現(xiàn)在分割 后的相鄰圖形的邊緣；用于在整個(gè)圖像上布置縱橫交錯(cuò)的經(jīng)線和煒線的經(jīng)煒定位模塊，其 使在每個(gè)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(gè)投影機(jī)將分割后的若干規(guī) 則圖形進(jìn)行投影，調(diào)節(jié)投影機(jī)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(jī)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(jìn)行感光信號采集，設(shè)置其灰度為α，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β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(jī)一