狀態(tài)方程求得氣柱在壓井某 時(shí)刻的密度為：
[0175] 式中：PS，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[0176] 則氣柱重量造成的壓力為：
[0178] 將氣體高度用氣體體積Vx (米3)和橫截面積Aa (米3)表示，則：
[0180] 式中慫為氣體所在環(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(jiǎn)化處理后引起的誤差可不計(jì)。
[0181] 3)、天然氣壓縮系數(shù)
[0182] 引用Kenneth，R.Hall提出的公式經(jīng)簡(jiǎn)化后，得以下計(jì)算公式來求Zjl；:
[0184]式中：
[0186] 對(duì)比壓力：
[0188] 對(duì)比溫度：
[0190] 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?jí)嚎s因子&，計(jì)算出匕、I；，再 求出W，最后再計(jì)算出Z，若|Z_ZQ| <e(e是精度，一般取0.0001)，則說明假設(shè)的2。就是 所要求的壓縮因子；若IZ-Zj>e，則說明需要重新假設(shè)&，再計(jì)算Z。直至IZ-ZJ彡e 滿足為止。
[0191](四）循環(huán)壓力計(jì)算模型
[0192] 1)、鉆頭壓耗
[0194]式中：
[0195]Pb-鉆頭壓降，MPa;
[0196] P -泥漿密度，克/厘米3 ;
[0197] Q-通過鉆頭噴嘴的泥漿排量，升/秒；
[0198]A〇-噴嘴出口截面積，厘米2
[0199]C-噴嘴流量系數(shù)（0. 98)
[0200] 2)、鉆桿內(nèi)壓耗：
[0202] 式中：
[0203]Pf-鉆桿內(nèi)壓耗，Mpa;
[0204] P-泥漿密度，克/厘米3;
[0205] n-泥漿塑性粘度，帕秒；
[0206] d-鉆桿內(nèi)徑，厘米；
[0207]B-常數(shù)，內(nèi)平鉆桿B= 0? 51655
[0208]Q-泥漿流量，升/秒；
[0209]Lp-鉆桿總長(zhǎng)，米。
[0210] 3)、鉆桿外環(huán)形空間壓耗
[0212] 式中：
[0213]Pf-鉆桿外環(huán)形空間壓耗，Mpa;
[0214] P-泥漿密度，克/厘米3 ;
[0215] n-泥漿塑性粘度，帕秒；
[0216]D，D。一井徑和鉆桿外徑，厘米；
[0217]Q-泥漿流量，升/秒；
[0218]Lp-鉆桿總長(zhǎng)，米。
[0219] 4)、鉆鋌內(nèi)部壓耗
[0221] 式中：
[0222] Pf-鉆鋌內(nèi)部壓耗，Mpa;
[0223]P-泥漿密度，克/厘米3 ;
[0224]n-泥漿塑性粘度，帕秒；
[0225]dc-鉆鋌內(nèi)徑，厘米；
[0226]Q-泥漿流量，升/秒；
[0227]L。一鉆挺總長(zhǎng)度，米。
[0228]5)、鉆鋌外環(huán)空壓耗
[0230]式中：
[0231]Pf-鉆鋌外環(huán)形空間壓耗，Mpa;
[0232]P-泥漿密度，克/厘米3 ;
[0233]n-泥漿塑性粘度，帕秒；
[0234]D，D。一井徑和鉆鋌外徑，厘米；
[0235] Q-泥漿流量，升/秒；
[0236] Lc-鉆挺總長(zhǎng)度，米。
[0237] (五）鉆具提升模型
[0238] 1)、起下鉆時(shí)鉆柱受力模型
[0239] 起鉆：
[0243] 式中：
[0244]F-大鉤提升力牛頓
[0245]F^-剎把產(chǎn)生的摩擦力（或制動(dòng)力）牛頓
[0246]Ff-浮力牛頓
[0247]Ff=P(Eq山）P a
[0248]a-鉆柱的加速度米/秒2
[0249] qi-鉆柱的單位質(zhì)量千克/米
[0250] 某段鉆柱的長(zhǎng)度米
[0251] P-泥漿密度克/厘米3
[0252]P a__某段鉆柱密度克/厘米3
[0253] Fk-鉆柱在井內(nèi)的摩擦力牛頓
[0254]g-重力加速度米/秒2
[0255] 2)、起下鉆時(shí)提升速度模型
[0256] Vpt⑴=乂郵-以已八t
[0257]式中：
[0258]At-計(jì)算時(shí)取時(shí)間步長(zhǎng)，秒
[0259]Vpt⑴一t⑴時(shí)刻鉆柱速度，米/秒
[0260]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(dòng)，因此，將剎把作用考慮在 0~1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0,表示將剎帶完全松開。這個(gè)在0~1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。
[0261](六）鉆機(jī)井架/底座的起升/下放模型
[0262] 井架起升下放模型
[0263] 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：
[0264] 2F?(b+c)+P?a=G:?L:?cos(a+a+G2?L2?cos(a+a2)
[0265]式中：
[0266]a-為快繩拉力對(duì)旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)0的力臂
[0267]b、c-分別為人字架滑輪兩側(cè)起升大繩拉力對(duì)支點(diǎn)0的力臂
[0268]LpL2-井架重心與天車重心到支點(diǎn)0的距離
[0269]a--為井架起升角度（〇~90度）
[0270]a為井架重心與支點(diǎn)〇連線與井架下方輪廓線的夾角
[0271]a2-為天車重心與支點(diǎn)〇連線與井架下方輪廓線的夾角
[0272]G「-為井架自重
[0273] G2-為天車自重
[0274]P-為快繩拉力
[0275]F-為起升大繩拉力
[0276] ①計(jì)算力臂b與起升角a的關(guān)系式：其中將起升裝置簡(jiǎn)化為一平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，人 字架滑輪簡(jiǎn)化為一定點(diǎn)。
[0278]式中：
[0279] Si、S2-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0280]A-為井架平放時(shí)，起升大繩之間的角度
[0281]a--為井架起升角度（〇~90度）
[0282] ②計(jì)算力臂c與起升角a的關(guān)系式：將井架側(cè)邊導(dǎo)向滑輪簡(jiǎn)化為一定點(diǎn)。
[0284]式中：
[0285]S3-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0286]B-為井架平放時(shí)，起升大繩之間的角度
[0287]a--為井架起升角度（〇~90度）
[0288] ③計(jì)算力臂a與起升角a的關(guān)系式：將井架側(cè)邊導(dǎo)向滑輪簡(jiǎn)化為一定點(diǎn)。
[0290]式中：
[0291]S4、S5-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0292] C-為井架平放時(shí)，起升大繩之間的角度
[0293]a-為井架起升角度（0-90度）
[0294] ④計(jì)算起升大繩拉力F、快繩拉力P與起升角a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。
[0296]式中：
[0297]F-為起升大繩拉力F
[0298] P-為快繩拉力
[0299] a--為井架起升角度（〇~90度）
[0300] L-為井架起升到a角度時(shí)，該段起升大繩的長(zhǎng)度
[0301] h-為井架頂端到地面的垂直高度
[0302]Si、S2-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)
[0303] ⑤計(jì)算起升力P與起升角a的關(guān)系式：
[0305]式中：
[0306] Gr_為井架自重
[0307] G2-為天車自重
[0308] P-為快繩拉力
[0309] a-為井架起升角度（0-90度）
[0310] L-為井架起升到a角度時(shí)，該段起升大繩的長(zhǎng)度
[0311] h-為井架頂端到地面的垂直高度
[0312]SpS2、S3、S4、S5-為結(jié)構(gòu)固定參數(shù)。
[0313] 教師操作臺(tái)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。
[0314] 教師操作臺(tái)主要用于教師對(duì)學(xué)員操作情況進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)操作結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)評(píng)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(chǔ)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(jī) 評(píng)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(tái)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)。
[0315] 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(tái)正投投影機(jī)，所述三臺(tái)投影機(jī)、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(tái)投影儀，并進(jìn)行邊緣融合。所述邊緣融合技 術(shù)就是將一組投影機(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(tái)投影機(jī)投射的畫面。當(dāng)兩 臺(tái)或多臺(tái)投影機(jī)組合投射一幅畫面時(shí)，會(huì)有一部分影像重疊，邊緣融合的最主要功能就是 把兩臺(tái)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。
[0316] 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(duì)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并輸入計(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(dòng)匹配從而得出投影儀圖像與投 影屏幕對(duì)應(yīng)關(guān)系的模塊；利用上述對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的圖像進(jìn)行非線性幾何矯正的模 塊。
[0317] 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(duì)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(duì)非 重疊圖形部分進(jìn)行感光信號(hào)采集，設(shè)置其灰度為a，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0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 并進(jìn)行投影；
[0318] 其中顏色矯正模塊包括：使用智能相機(jī)測(cè)量出不同投影儀在投射相同亮度顏色時(shí) 所產(chǎn)生的實(shí)際亮度的模塊，對(duì)不同亮度下拍攝的照片進(jìn)行處理以得出每臺(tái)投影儀的顏色映 射關(guān)系的模塊；在每臺(tái)投影儀投影顯示前，設(shè)置不同屏幕的顏色表，產(chǎn)生顏色值的映射以使 不同投影儀投射出的同一種顏色相似的模塊。
[0319] 其中，上述投影機(jī)為高分