基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法与流程

本发明涉及虚拟现实，具体涉及一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法。

背景技术：

1、数字孪生技术是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程，即使用固井作业现场采集的实时数据映射在搭建好的固井作业三维模型上实现数据驱动模型动态呈现。

2、固井作业是石油行业中的关键环节，其效率和质量直接影响到油井的生产成本和产量。然而，传统的三维建模方法在固井作业场景下的应用存在时效性不足的问题，难以在短时间内搭建出能够反映作业实时状态的固井作业现场可视化场景。此外，常规技术手段缺乏对井下作业状态的直观展示，使得作业人员难以全面掌握作业进展。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明拟提出一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法，该方法通过对接现场设备实时数据，通过数字孪生技术对数据进行统一治理和分析，然后在搭建好的固井作业场景中进行三维立体呈现，实现固井工程作业期间地面作业场景快速自动化搭建、井下作业状态的可视化。

2、为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

3、一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

4、步骤1：创建固井作业场景的地面场景三维模型库、井下工具三维模型库和井下地质素材库；

5、步骤2：获取固井作业现场数字孪生场景配置信息，并基于该场景配置信息搭建固井作业地面场景；

6、步骤3：通过读取作业井的井斜参数及井口坐标，搭建作业井井眼轨迹；

7、步骤4：基于所搭建的井眼轨迹及固井工程设计参数搭建井筒，同时确定当前井筒地质层位的井眼轨迹线段；

8、步骤5：确定作业区块内每口井的地质层位；

9、步骤6：计算同一地质层位的两组井之间的半方差；

10、步骤7：基于计算结果绘制地质层位在三维空间中的展布，通过数据匹配生成井下工具串模型，完成井下场景部分的搭建；

11、步骤8：基于gps数据将井场周围场景、井场地面场景及井下场景进行叠加整合，完成整个固井作业场景的搭建。

12、进一步地，所述步骤1中，所述地面场景三维模型库基于作业井场配套设备实际尺寸与规格进行搭建；所述井下工具三维模型库基于井下真实作业工具进行搭建；所述井下地质素材库根据当前固井作业区块的岩芯数据库样例进行搭建。

13、进一步地，所述步骤2具体包括：通过对接井场设备gps信号，获取固井作业现场数字孪生场景配置信息，在gps高程参数基础上通过对比还原各设备相对位置，采用模块化建模技术，快速搭建固井作业现场的设备场景，以完成固井作业地面场景的构建。

14、进一步地，所述步骤3具体包括：以井口gps定位信息为基准获取当前区块信息，并从钻井记录中提取井斜参数和井口坐标等关键数据，基于三维点位绘图生成井眼的基本路径，随后采用平滑曲线进行精细化调整，实现作业井井眼轨迹搭建。

15、进一步地，所述步骤4具体包括：在井眼轨迹基础上，读取固井工程设计参数实现井筒三维搭建；通过对比井下地质素材库中对应岩性特征样本，确定顶界深、底界深参数，绘制当前井筒地质层位的井眼轨迹线段。

16、进一步地，所述步骤5确定作业区块内每口井的地质层位的具体过程为：通过平滑曲线在空间中自动绘制串联不同地质层位的井眼轨迹线段，形成三维立体区域，自动调取地质层位数据，通过测井解释成果表中的层位划分关系，实现不同井之间的层间互联关系，并通过三维绘制实现区块内每口井的地质层位。

17、进一步地，所述步骤6计算同一地质层位的两组井之间的半方差的算法公式如下：

18、

19、其中：z(x)是在位置x上的岩性参数；n(h)是所有距离为h的样本点对的数量；h是两个位置之间的距离向量，i 表示井深。

20、进一步地，所述步骤7具体包括：基于得到的半方差，通过插值法、衰减指数判断地层衰减距离和边缘，使用基台值判断地质断层位置，并通过数字孪生技术实现当前区块内的地质层位展布三维呈现； 通过井筒工具参数快速构建井筒内工具串的三维模型，完成井下场景部分的搭建。

21、进一步地，所述步骤8具体包括：对接gis系统获得井场周围场景的三维模型，基于数字孪生技术将地面部分、井口坐标按gps高程数据、gps点位信息进行自动叠加处理，完成基于数字孪生技术的固井作业场景快速自动化搭建。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

23、1、自动化与智能化建模技术：通过自动化地质区块生成，大幅减少了区块内地质建模所需的时间和人力成本。

24、2、井下与井上场景一体化建模：本发明首次实现了井下与井上场景的一体化快速建模，突破了传统建模方法的局限，提供了全方位的固井作业可视化解决方案。

技术特征：

1.一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法，其特征在于，所述步骤1中，所述地面场景三维模型库基于作业井场配套设备实际尺寸与规格进行搭建；所述井下工具三维模型库基于井下真实作业工具进行搭建；所述井下地质素材库根据当前固井作业区块的岩芯数据库样例进行搭建。

3.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：通过对接井场设备gps信号，获取固井作业现场数字孪生场景配置信息，在gps高程参数基础上通过对比还原各设备相对位置，采用模块化建模技术，快速搭建固井作业现场的设备场景，以完成固井作业地面场景的构建。

4.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：以井口gps定位信息为基准获取当前区块信息，并从钻井记录中提取井斜参数和井口坐标，基于三维点位绘图生成井眼的基本路径，随后采用平滑曲线进行精细化调整，实现作业井井眼轨迹搭建。

5.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：在井眼轨迹基础上，读取固井工程设计参数实现井筒三维搭建；通过对比井下地质素材库中对应岩性特征样本，确定顶界深、底界深参数，绘制当前井筒地质层位的井眼轨迹线段。

6.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法，其特征在于，所述步骤5确定作业区块内每口井的地质层位的具体过程为：通过平滑曲线在空间中自动绘制串联不同地质层位的井眼轨迹线段，形成三维立体区域，自动调取地质层位数据，通过测井解释成果表中的层位划分关系，实现不同井之间的层间互联关系，并通过三维绘制实现区块内每口井的地质层位。

7.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法，其特征在于，所述步骤6计算同一地质层位的两组井之间的半方差的算法公式如下：

8.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法，其特征在于，所述步骤7具体包括：基于得到的半方差，通过插值法、衰减指数判断地层衰减距离和边缘，使用基台值判断地质断层位置，并通过数字孪生技术实现当前区块内的地质层位展布三维呈现； 通过井筒工具参数快速构建井筒内工具串的三维模型，完成井下场景部分的搭建。

9.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法，其特征在于，所述步骤8具体包括：对接gis系统获得井场周围场景的三维模型，基于数字孪生技术将地面部分、井口坐标按gps高程数据、gps点位信息进行自动叠加处理，完成基于数字孪生技术的固井作业场景快速自动化搭建。

技术总结
本发明涉及一种基于数字孪生技术的固井作业场景自动化搭建方法，属于虚拟现实技术领域。包括：创建三维模型库和井下地质素材库；搭建固井作业地面场景；搭建作业井井眼轨迹；搭建井筒及确定当前井筒地质层位的井眼轨迹线段；确定作业区块内每口井的地质层位；计算同一地质层位的两组井之间的半方差；绘制地质层位在三维空间中的展布，完成井下场景部分的搭建；基于GPS数据将井场周围场景、井场地面场景及井下场景进行叠加整合，完成整个固井作业场景的搭建。本发明通过自动化地质区块生成，大幅减少了区块内地质建模所需的时间和人力成本。突破了传统建模方法的局限，提供了全方位的固井作业可视化解决方案。

技术研发人员：杨斌,高凯昂,孙雪冬,于亚楠,姚舜天,夏波
受保护的技术使用者：山东捷瑞数字科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/16