虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在油田基層生產(chǎn)單元中的應(yīng)用分析

石寶山 呂志成 徐燕

摘 要：目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在油田開發(fā)生產(chǎn)中逐步應(yīng)用，并且體現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。為了加深對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的理解，促進(jìn)其在油田開發(fā)生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用，本文首先對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在油田基層生產(chǎn)單元中的應(yīng)用進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);油田;基層生產(chǎn)單元

目前我國(guó)很多油田都進(jìn)入了開發(fā)中后期，油田的含水率升高，產(chǎn)能下降，疊加勞動(dòng)成本提高一級(jí)安全環(huán)保等其他因素的影響，油田的生產(chǎn)矛盾較為突出。在這種情況下在油田基層生產(chǎn)單元中充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)于防控安全風(fēng)險(xiǎn)、降低勞動(dòng)強(qiáng)度以及提高生產(chǎn)效率均具有重要意義。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是“一種基于可計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境”。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)將視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)以及嗅覺(jué)等多種感官信息進(jìn)行融合，生成一個(gè)模擬的感官環(huán)境，用戶在該虛擬環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)和體驗(yàn)[1]。因此也可以將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)理解為是一種能夠?qū)Ω泄偈澜邕M(jìn)行模擬的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，其核心技術(shù)內(nèi)容主要包括三個(gè)方面：一是對(duì)物質(zhì)實(shí)體進(jìn)行虛擬化;二是對(duì)虛擬的事物進(jìn)行現(xiàn)實(shí)呈現(xiàn);三是高性能的數(shù)據(jù)處理分析。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

基于以上分析，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓用戶在一個(gè)虛擬的環(huán)境中感知視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)以及嗅覺(jué)等，并可以將自己所感知的信息反饋給系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人與虛擬環(huán)境之間的互動(dòng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)整體包括四個(gè)方面。一是沉浸性，在虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中客戶除了能夠感受到常規(guī)計(jì)算機(jī)技術(shù)的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)外，用戶還能夠感受到力覺(jué)、味覺(jué)以及嗅覺(jué)等，讓人有身臨其境的感覺(jué);二是想象性，用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中通過(guò)自己的感觀來(lái)獲取信息，然后通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行想象推理可以獲得更多的信息，促進(jìn)自己認(rèn)知的發(fā)展;三是交互性，用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中可以與環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)，比如用戶抓取物體會(huì)產(chǎn)生手握實(shí)物的感覺(jué)，能夠感受到物體的重量以及材質(zhì)，用戶如果對(duì)物體施加一個(gè)外力，物體會(huì)發(fā)生相應(yīng)的移動(dòng);四是自主性，用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中可以自主開展各種動(dòng)作，環(huán)境基于用戶的動(dòng)作會(huì)按照物理定律做出相應(yīng)的被動(dòng)反應(yīng)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在油田基層生產(chǎn)單元中的應(yīng)用

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在油田員工安全培訓(xùn)中的應(yīng)用

油田開發(fā)生產(chǎn)是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)工程，涵蓋多個(gè)領(lǐng)域，涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，任何環(huán)節(jié)都存在著安全隱患。因此油田的開發(fā)生產(chǎn)工作對(duì)于技術(shù)人員的安全意識(shí)具有非常高的要求，在這種情況下油田員工的安全教育培訓(xùn)工作就顯得特別重要。目前我國(guó)各個(gè)油田均形成了較為系統(tǒng)完善的員工安全培訓(xùn)機(jī)制，具體包括廠級(jí)培訓(xùn)、作業(yè)區(qū)級(jí)培訓(xùn)、井站級(jí)培訓(xùn)以及多種職業(yè)資格培訓(xùn)等，采用的主要培訓(xùn)方式包括授課講解、現(xiàn)場(chǎng)操作以及筆試考核等。通過(guò)對(duì)大量生產(chǎn)事故進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)事故的相關(guān)人員工齡普遍在10-15年，這表明工作人員隨著工作年限的增長(zhǎng)其工作閱歷和工作經(jīng)驗(yàn)越來(lái)越豐富，進(jìn)而導(dǎo)致在實(shí)際的生產(chǎn)工作中他們往往憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行快速?zèng)Q策，在很大程度上降低了安全意識(shí)，進(jìn)而容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。在事故發(fā)生之后人們往往會(huì)從血淋淋的現(xiàn)實(shí)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，真正對(duì)安全問(wèn)題產(chǎn)生重視，做到警鐘長(zhǎng)鳴。這也告訴我們?nèi)藗冎挥性谡嬲惺艿桨踩鹿实膽K痛教訓(xùn)后才能夠真正從心里對(duì)安全事故產(chǎn)生畏懼，因此在對(duì)油田員工的安全教育培訓(xùn)中，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬能夠逼近現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景，可以有效提升培訓(xùn)效果。

油田基層生產(chǎn)單元中有很多崗位均具有較高的危險(xiǎn)性，為了有效避免安全事故的發(fā)生，可以在員工上崗之前應(yīng)用沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)構(gòu)建與工作環(huán)境幾乎一致的模擬場(chǎng)景，讓員工在虛擬環(huán)境中練習(xí)各種操作，掌握操作技巧[2]。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬出火災(zāi)爆炸以及毒氣泄漏等各種場(chǎng)景，并這些場(chǎng)景中通過(guò)光線、溫度、震動(dòng)以及氣流等多種物理因素讓人有身臨其境的感覺(jué)，進(jìn)而對(duì)事故產(chǎn)生畏懼之心，認(rèn)真學(xué)習(xí)各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)防控措施。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用

油田開發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中如果發(fā)生油氣泄露或者火災(zāi)等均會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害并可能導(dǎo)致人員傷亡，因此在油田開發(fā)生產(chǎn)中安全環(huán)保問(wèn)題至關(guān)重要。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在一個(gè)三維感觀空間中對(duì)事故發(fā)生的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行再現(xiàn)，人們可以從多個(gè)角度對(duì)事故產(chǎn)生的過(guò)程以及原因進(jìn)行分析。同時(shí)人們還可以通過(guò)改變某些參數(shù)來(lái)對(duì)環(huán)境中的危險(xiǎn)源以及設(shè)備的設(shè)計(jì)缺陷等問(wèn)題進(jìn)行定位，有助于消除安全隱患，避免事故的發(fā)生。此外通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以開展應(yīng)急演練。傳統(tǒng)的應(yīng)急演練主要是設(shè)置一些演練題目讓員工進(jìn)行處置，進(jìn)而讓員工掌握在應(yīng)急情況下的各種操作。但是由于演練環(huán)境與實(shí)際情況存在很大差距，真到應(yīng)急狀態(tài)下員工往往會(huì)不知所措，因此傳統(tǒng)的應(yīng)急演練往往難以取得理想的效果。而通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓員工在逼真的虛擬環(huán)境中進(jìn)行演練，員工可以真實(shí)的感受到各種事故災(zāi)難的場(chǎng)景，在各種感觀的刺激下做出最本能的應(yīng)急反應(yīng)。因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以顯著改善應(yīng)急演練效果。

2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在生產(chǎn)井組中的應(yīng)用

隨著油田數(shù)字化建設(shè)的不斷發(fā)展，很多油田已經(jīng)嘗試應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。SCADA是較為初級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，其可以對(duì)生產(chǎn)井組以及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行二維仿真，并通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕將圖像呈現(xiàn)出來(lái)，工作人員可以在電腦屏幕前開展操作。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于成本較低，缺點(diǎn)為沒(méi)有實(shí)現(xiàn)三維仿真，工作人員在操作中容易受到環(huán)境因素的干擾。在今后的發(fā)展中三維仿真將是主要的趨勢(shì)，工作人員佩帶上相關(guān)的頭盔以及手套后，便可以在生產(chǎn)井組三維空間中對(duì)各個(gè)角落進(jìn)行巡查，實(shí)現(xiàn)無(wú)死角監(jiān)測(cè)。此外如果將一些關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)到真實(shí)的交互設(shè)備上，工作人員便不僅可以開展巡查，還能夠在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備的操作，更好保障每臺(tái)設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。等到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展到一定程度，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)便可以不用安排值守人員，工作人員在操控室便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)井場(chǎng)的各項(xiàng)工作。此外如果井場(chǎng)出現(xiàn)任何問(wèn)題，還可以在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行預(yù)警，提醒工作人員及時(shí)采取有效防控措施。

2.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在勘探開發(fā)中的應(yīng)用

地震資料和井資料解釋一直是油田勘探開發(fā)中的重要工作內(nèi)容之一，但是非常的復(fù)雜繁瑣，要求工作人員具有豐富的地球物理、地質(zhì)以及油藏知識(shí)，并且還要有豐富的想象力。在地震資料和井資料解釋中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，工作人員帶上相應(yīng)的頭盔和手套后便可以進(jìn)入地下虛擬的三維空間，工作人員可以基于自己的認(rèn)識(shí)在虛擬空間中確定井位以及分析井網(wǎng)關(guān)系等，同時(shí)還可以從不同的角度對(duì)構(gòu)造圈閉進(jìn)行分析，加深對(duì)油藏的認(rèn)識(shí)[3]?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互性功能，工作人員可以更加全面快速的實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，為油田開發(fā)方案的制定以及優(yōu)化調(diào)整提供依據(jù)。

在油田開發(fā)中修井、壓裂、注聚等也是一些非常重要的工作內(nèi)容。在傳統(tǒng)工作中這些操作的效果在很大程度上受操作人員業(yè)務(wù)能力的影響，由于操作人員業(yè)務(wù)能力參差不齊，進(jìn)而導(dǎo)致一些措施效果不理想。在這些操作中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)井下作業(yè)的全過(guò)程進(jìn)行仿真，把井下工具以及作業(yè)工藝直觀的成現(xiàn)在工作人員面前，有助于工作人員對(duì)施工過(guò)程和施工工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)，提升施工效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在油田基層生產(chǎn)單元中具有非常廣闊的應(yīng)用前景，目前我國(guó)一些油田在油田基層生產(chǎn)單元生產(chǎn)中也已經(jīng)開始嘗試應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在具體應(yīng)用中可能還存在一些問(wèn)題和不足，但是隨著我國(guó)數(shù)字化油田建設(shè)的不斷發(fā)展以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷成熟和完善，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)在油田建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

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