海洋石油水下生产虚拟仿真系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种海洋石油水下生产虚拟仿真系统，包括海洋环境及油藏地质构造模块，存储三维地形模型；水下生产系统三维模型库，存储三维部件模型；整体布局及连接方案设计模块，从海洋环境及油藏地质构造模块中导出三维地形模型，从水下生产系统三维模型库中导出三维部件模型，将三维部件模型布置在三维地形模型上；结果显示及输出模块，与整体布局及连接方案设计模块相连接，提供三维漫游显示自动生成算法；以及文件管理模块，与整体布局及连接方案设计模块、结果显示及输出模块分别相连接，对海洋石油水下生产虚拟仿真系统涉及的文件和数据进行管理。本发明提供可生动直观地演示生产系统整体布局程序设计的三维可视化技术。
【专利说明】海洋石油水下生产虚拟仿真系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及虚拟仿真系统，尤其涉及一种海洋石油水下生产虚拟仿真系统。
【背景技术】
[0002]随着我国海洋石油工业的迅猛发展，海上油气田的开发进入蓬勃发展的阶段，国家相继在东海、南海储油海域正在建设或规划了一系列的海上油气田开发项目。在深海石油开发项目中，海底生产系统的整体布局、连接方案设计、生产设备选择是其中非常重要的设计工作。而现阶段这些设计工作，还停留在“图纸上绘制”的阶段，即借助计算机辅助设计平台，在海底平面地形图上进行水下生产系统的布局设计。这种传统设计方式限于二维呈现，方式不但不直观，而且工作量较大。设计人员通常采用手工作图法进行分析计算，由于计算繁琐，测量误差较大而容易出错，而且消耗大量的人力物力。另外，海洋石油开发项目属于国家战略开发项目，投资巨大，在项目规划、设计、建设阶段往往要通过大量的审批和验收工作，在和各级政府、非专业人士交流时，平面图形的二维呈现方式严重制约了其对海底生产系统的理解，为项目的规划、设计工作增加了不必要的障碍。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种整体布局方案设计的水下生产虚拟仿真系统。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种海洋石油水下生产虚拟仿真系统，包括:
[0005]海洋环境及油藏地质构造模块，存储海床地貌的三维地形模型；
[0006]水下生产系统三维模型库，存储水下生产系统的三维部件模型；
[0007]整体布局及连接方案设计模块，与海洋环境及油藏地质构造模块、水下生产系统三维模型库分别相连接，并从海洋环境及油藏地质构造模块中导出海床地貌的三维地形模型，从水下生产系统三维模型库中导出水下生产系统的三维部件模型，将三维部件模型按照布局原则布置在三维地形模型上；
[0008]结果显示及输出模块，与整体布局及连接方案设计模块相连接，结果显示及输出模块提供三维漫游显示自动生成算法，提供模型参数、特征坐标信息的查询，提供预制生产系统主要部件安装过程的动画演示功能，提供水下生产系统整体布置三维图和平面图的自动生成功能，提供水下机器人ROV干涉报告的自动生成功能；以及
[0009]文件管理模块，与整体布局及连接方案设计模块、结果显示及输出模块分别相连接，对海洋石油水下生产虚拟仿真系统涉及的文件和数据进行管理。
[0010]本发明的海洋石油水下生产虚拟仿真系统中，整体布局及连接方案设计模块包括布局设计模块、信息查询模块、UCS与取点模块和辅助设计模块，其中:
[0011]布局设计模块用于导入三维地形模型和三维部件模型，在三维地形模型上进行整体布局，对三维部件模型之间进行管线连接设计，并进行水下机器人的干涉判断；[0012]信息查询模块用于对三维地形模型及三维部件模型进行属性查询；
[0013]UCS与取点模块用于进行取点操作；
[0014]辅助设计模块对三维地形模型及三维部件模型进行包括快速选择、对齐、清理、创建视图的操作。
[0015]本发明的海洋石油水下生产虚拟仿真系统中，结果显示及输出模块包括三维显示及查询模块、动画显示模块和图形及报告模块，其中:
[0016]三维显示及查询模块，实现水下生产系统整体布局的三维动态漫游显示功能，提供三维漫游显示自动生成算法，提供模型参数、特征坐标信息的查询；
[0017]动画显示模块，实现将预先针对水下生产系统关键部位安装过程制作的动画提取并演示的功能；
[0018]图形及报告模块，实现从三维虚拟场景中导出水下生产系统整体布置三维图和平面图，生成水下机器人干涉报告。
[0019]本发明的海洋石油水下生产虚拟仿真系统中，海洋环境及油藏地质构造模块，提供的信息包括海洋油气田采油区域表面范围经纬度、水深、压力、水密度、和/或盐度。
[0020]本发明的海洋石油水下生产虚拟仿真系统中，水下生产系统三维模型库为开放式，用于新增三维部件模型。
[0021 ] 本发明的海洋石油水下生产虚拟仿真系统中，水下生产系统三维模型库的三维部件模型包括管汇、采油树、管道终端、跨接管、海管、海底分配中心和水下机器人。
[0022]本发明的海洋石油水下生产虚拟仿真系统中，管汇、采油树和海底分配中心实现参数化建模功能。
[0023]本发明的海洋石油水下生产虚拟仿真系统中，整体布局及连接方案设计模块，提供坐标系统生成算法，提供水下生产系统整体布局算法，提供水下管线的快速连接算法，将三维部件模型按照布局原则布置在三维地形模型上，通过海底管线、跨接管、管道终端实现海底各生产系统的快速连接。
[0024]实施本发明的有益效果是:本发明的海洋石油水下生产虚拟仿真系统提供了生产系统整体布局程序设计的三维可视化技术，能够使二维图纸设计的布局要素形成三维动态演示，使海底三维地形地质条件、海洋环境、水下生产系统各组件的三维结构、水下生产系统的整体布局、连接方案设计等相关工作的规划、设计、演示、汇报等工作生动直观，满足我国海洋石油工业快速发展的需要，降低场址踏勘、规划、设计等方面的费用和试件成本支出，进而提高海洋石油工业有关工作的安全保障能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0026]图1是本发明实施例的模块示意图。
【具体实施方式】
[0027]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0028]图1示出了本发明海洋石油水下生产虚拟仿真系统实施例的模块示意图，包括文件管理模块900、海洋环境及油藏地质构造模块100、水下生产系统三维模型库200、整体布局及连接方案设计模块300和结果显示及输出模块700。
[0029]文件管理模块900，与整体布局及连接方案设计模块300、结果显示及输出模块700分别相连接，对海洋石油水下生产虚拟仿真系统涉及的文件和数据进行管理，包括“新建”、“打开”、“保存”、“另存为”、“引入文件”、“输出文件”、“关闭”等操作。
[0030]海洋环境及油藏地质构造模块100用于生成和存储海床地貌的三维地形模型，提供的信息包括海洋油气田采油区域表面范围经纬度、海洋地貌、地质构造、水深、压力、水密度、和/或盐度等。可通过简单示意图展示油气储量等大概的油藏地质信息，不涉及专业意义上的油藏地质数据。
[0031]水下生产系统三维模型库200用于存储水下生产系统的三维部件模型，其中，三维部件模型包括管汇、采油树、管道终端、跨接管、海管、海底分配中心和水下机器人等。可以理解地，三维部件模型中的主要部件如管汇、采油树和海底分配中心实现参数化建模功能。可以理解地，水下生产系统三维模型库200为开放式，用于新增三维部件模型，便于在后续水下生产中三维部件模型的扩展。
[0032]整体布局及连接方案设计模块300，与海洋环境及油藏地质构造模块100、水下生产系统三维模型库200分别相连接，并从海洋环境及油藏地质构造模块100中导出海床地貌的三维地形模型，从水下生产系统三维模型库200中导出水下生产系统的三维部件模型，将三维部件模型按照布局原则布置在三维地形模型上。整体布局及连接方案设计模块300，提供坐标系统生成算法，提供水下生产系统整体布局算法，提供水下管线的快速连接算法，将三维部件模型按照布局原则布置在三维地形模型上，通过海底管线、跨接管、管道终端实现海底各生产系统的快速连接。
[0033]整体布局及连接方案设计模块300包括布局设计模块310、信息查询模块320、UCS与取点模块330和辅助设计模块340。
[0034]其中，布局设计模块310用于导入三维地形模型和三维部件模型，在三维地形模型上进行整体布局，对三维部件模型之间进行管线连接设计，并进行水下机器人的干涉判断。
[0035]信息查询模块320用于对三维地形模型及三维部件模型进行属性查询，包括任意点坐标、任意高程、任意竖向剖面、任意三点剖面、模型属性信息和观察控制平台等。
[0036]UCS与取点模块330用于进行取点操作，包括轴线网格点、相交点、平行点、镜像点、垂直点和屏幕点等。
[0037]辅助设计模块340对三维地形模型及三维部件模型进行包括快速选择、对齐、清理、和创建视图中至少一种的操作。可以理解地，还包括三维对齐和工具栏的操作。
[0038]结果显示及输出模块700与整体布局及连接方案设计模块300相连接，结果显示及输出模块700提供三维漫游显示自动生成算法，提供模型参数、特征坐标信息的查询，提供预制生产系统主要部件安装过程的动画演示功能，提供水下生产系统整体布置三维图和平面图的自动生成功能，提供水下机器人ROV干涉报告的自动生成功能。
[0039]结果显示及输出模块700包括三维显示及查询模块400、动画显示模块500和图形及报告模块600。
[0040]其中，三维显示及查询模块400，实现水下生产系统整体布局的三维动态漫游显示功能，提供三维漫游显示自动生成算法，提供模型参数、特征坐标信息的查询。
[0041]动画显示模块500，实现将预先针对水下生产系统关键部位安装过程制作的动画提取并演不的功能。
[0042]图形及报告模块600，实现从三维虚拟场景中导出水下生产系统整体布置三维图和平面图，生成水下机器人干涉报告。
[0043]下面以如下四个实施例对本发明的海洋石油水下生产虚拟仿真系统进行说明。
[0044]通过实施例一说明本发明海洋石油水下生产虚拟仿真系统中进行管汇参数化建模的操作。
[0045]打开文件管理模块900，点击“新建”项目，进入操作界面。点击进入整体布局及连接方案设计模块300，首先设置坐标系统，然后导入海洋环境及油藏地质构造模块100的三维地形模型；再点击进入水下生产系统三维模型库200，选择一类管汇模型，如选择终端管汇模型，在模型特征显示界面中可进行参数化的操作，可选择的参数包括:“管汇类型”、“井数”、“整体尺寸”、“主管尺寸”、“连接器的形式”、“井间距”、“清管要求”、“基础”、“计量”、“控制模块SCM”、“阀门”、“防护”、“防鱼网”、和“预留接口 ”。
[0046]通过实施例二说明本发明海洋石油水下生产虚拟仿真系统中对水下生产系统整体布局。
[0047]打开文件管理模块900，点击“新建”项目，进入操作界面。点击进入整体布局及连接方案设计模块300，首先设置坐标系统，然后布局设计模块310导入海洋环境及油藏地质构造模块100的三维地形模型；再点击进入信息查询模块320，对三维地形模型进行查询；UCS与取点模块330依次选择水下生产系统三维模型库200中的三维部件模型；用鼠标左键将三维部件模型拖拽至三维地形模型相应的坐标位置，松开鼠标左键，三维部件模型会通过辅助设计模块340自动吸附到三维地形模型上相应的坐标网格点上。可以理解地，放置三维部件模型的顺序为:管汇、采油树、跨接管、管道终端、主海管等。
[0048]通过实施例三说明本发明海洋石油水下生产虚拟仿真系统中管线的连接设计。
[0049]在整体布局及连接方案设计模块300中，按照实施例二中的顺序摆放好水下系统各组成部件后，需要进行各部件之间的管线的连接设计，主要包括跨接管、主海管的连接。布局设计模块310在管汇和采油树之间用跨接管、管道终端相连，在管汇和采油平台之间用主海管相连。管线的连接通过UCS与取点模块320对两端点进行取点，然后通过辅助设计模块340设定自动连接，能够修改管道的长度和曲率，跨接管有多种形式可以选择。本发明的海洋石油水下生产虚拟仿真系统会自动对管径尺寸是否匹配进行判断。
[0050]以下通过实施例四说明本发明海洋石油水下生产虚拟仿真系统中设置实现漫游的控制方式。
[0051]按照实施例三中的顺序摆放好水下系统各组成部件后，在结果显示及输出模块700中进行虚拟水下生产系统的展示，展示需要多角度、多方式的进行，本实施例中设计三种摄像机的运动模式:行走模式、飞行模式和预定义运动路径模式:
[0052]行走模式:摄像机固定与海底的相对高度，用户通过鼠标键盘控制摄像机的前后左右以及缩放功能，所见场景是第一人称模式；
[0053]飞行模式:在行走模式的基础上取消摄像机Z轴高度的限制，可以平视和俯视，显示水下生产系统的局部或全景；[0054]预定义路径模式:采用多点控制的贝塞尔曲线预先设定摄像机运动路径，此时鼠标键盘不需参与进来，用以展示设备的局部细节、信号沿脐带缆的传递、产出气沿管道的传输等等。
[0055]以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种海洋石油水下生产虚拟仿真系统，其特征在于，包括: 海洋环境及油藏地质构造模块(100)，存储海床地貌的三维地形模型； 水下生产系统三维模型库(200)，存储水下生产系统的三维部件模型； 整体布局及连接方案设计模块(300)，与所述海洋环境及油藏地质构造模块(100)、所述水下生产系统三维模型库(200)分别相连接，并从所述海洋环境及油藏地质构造模块(100 )中导出所述海床地貌的所述三维地形模型，从所述水下生产系统三维模型库(200 )中导出所述水下生产系统的所述三维部件模型，将所述三维部件模型按照布局原则布置在所述三维地形模型上； 结果显示及输出模块(700 )，与所述整体布局及连接方案设计模块(300 )相连接，所述结果显示及输出模块(700)提供三维漫游显示自动生成算法，提供模型参数、特征坐标信息的查询，提供预制生产系统主要部件安装过程的动画演示功能，提供水下生产系统整体布置三维图和平面图的自动生成功能，提供水下机器人ROV干涉报告的自动生成功能；以及 文件管理模块(900)，与所述整体布局及连接方案设计模块(300)、所述结果显示及输出模块(700)分别相连接，对所述海洋石油水下生产虚拟仿真系统涉及的文件和数据进行管理。
2.根据权利要求1所述的海洋石油水下生产虚拟仿真系统，其特征在于，所述整体布局及连接方案设计模块(300)包括布局设计模块(310)、信息查询模块(320)、UCS与取点模块(330)和辅助设计模块(340)，其中: 所述布局设计模块(310)用于导入所述三维地形模型和所述三维部件模型，在所述三维地形模型上进行整体布局，对所述三维部件模型之间进行管线连接设计，并进行水下机器人的干涉判断； 所述信息查询模块(320)用于对所述三维地形模型及所述三维部件模型进行属性查询； 所述UCS与取点模块(330)用于进行取点操作； 所述辅助设计模块(340)对所述三维地形模型及所述三维部件模型进行包括快速选择、对齐、清理和创建视图中至少一种的操作。
3.根据权利要求1所述的海洋石油水下生产虚拟仿真系统，其特征在于，所述结果显示及输出模块(700)包括三维显示及查询模块(400)、动画显示模块(500)和图形及报告模块(600)，其中: 所述三维显示及查询模块(400)，实现水下生产系统整体布局的三维动态漫游显示功能，提供三维漫游显示自动生成算法，提供模型参数、特征坐标信息的查询； 所述动画显示模块(500)，实现将预先针对水下生产系统关键部位安装过程制作的动画提取并演示的功能； 所述图形及报告模块(600)，实现从三维虚拟场景中导出水下生产系统整体布置三维图和平面图，生成水下机器人干涉报告。
4.根据权利要求1所述的海洋石油水下生产虚拟仿真系统，其特征在于，所述海洋环境及油藏地质构造模块(100)，提供的信息包括海洋油气田采油区域表面范围经纬度、水深、压力、水密度和/或盐度。
5.根据权利要求1所述的海洋石油水下生产虚拟仿真系统，其特征在于，所述水下生产系统三维模型库(200 )为开放式，用于新增三维部件模型。
6.根据权利要求1所述的海洋石油水下生产虚拟仿真系统，其特征在于，所述水下生产系统三维模型库(200)的所述三维部件模型包括管汇、采油树、管道终端、跨接管、海管、海底分配中心和水下机器人。
7.根据权利要求6所述的海洋石油水下生产虚拟仿真系统，其特征在于，所述管汇、所述采油树和所述海底分配中心实现参数化建模功能。
8.根据权利要求1至7任一项所述的海洋石油水下生产虚拟仿真系统，其特征在于，所述整体布局及连接方案设计模块(300)，提供坐标系统生成算法，提供水下生产系统整体布局算法，提供水下管线的快速连接算法，将所述三维部件模型按照布局原则布置在所述三维地形模型上，通过`海底管线、跨接管、管道终端实现海底各生产系统的快速连接。
【文档编号】G06F9/455GK103559339SQ201310507790
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】刘义勇, 李小龙, 李新仲, 魏群, 谭珮琮, 郭宏, 余敏, 李清平, 谭越, 缪青海, 魏鲁双, 白卫峰 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油深海开发有限公司, 中国科学院大学