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基于Unity 3D的水下采油树操作培训仿真系统设计与实现

朱乐乐  
【摘要】:水下采油树是水下生产系统的关键设备,内部阀组多、逻辑复杂,且其内部多弯道和变径管段,水合物的存在会对整个系统产生重大影响。培训是提高决策和操作人员素质,并保证安全、稳定运行的重要手段。然而,水下采油树现场培训需要在海洋平台上进行,培训成本高、危险因素多。利用虚拟仿真技术对水下采油树进行虚拟仿真,并结合实际生产数据,对生产通道内水合物进行预测及可视化模拟具有重大意义。在对系统需求进行分析的基础上,完成总体架构设计。基于3D Max建立水下采油树整体设备模型,包括树体模型、连接器模型、基座模型等外部设备模型及阀组、管线等内部设备模型;基于Unity 3D建立水下虚拟场景,实现水下采油树设备虚拟场景设计。采用模拟退火算法(SA)对支持向量机回归分析(SVR)模型中关键参数寻优,建立SVR-SA模型对仅含CO_2酸性天然气水合物平衡温度进行预测,在MATLAB中编程实现预测计算;采用FLUENT软件对水合物颗粒在水下采油树内部弯道管段和变径管段的流动沉积现象进行模拟分析,为水合物颗粒在管线中流动沉积可视化模拟提供数据支持。在Unity 3D中进行可视化功能模块与交互操作模块功能设计,并设计了MATLAB与Unity 3D的数据传输功能,将MATLAB水合物平衡预测结果在Unity3D中实现可视化。本仿真系统通过部件交互控制操作实现水下采油树工艺流程操作培训,设计了水合物预测及可视化展示功能。该系统可降低水下采油树操作培训成本、提高培训效率,并对保证安全生产具有一定指导意义。


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