水下生产系统是深水油气开发的重要组成部分,水下生产管道内流动特性的变化是影响水下生产和事故发生的重要因素。本文在深入研究水下生产视景仿真技术的基础上,针对水下生产过程中工艺预测评估和预演等问题,依托虚拟现实技术,对水下生产系统进行视景仿真研究及开发。基于Vega Prime虚拟引擎,分别对虚拟漫游系统设计、分布式交互仿真、场景及管道流动特性进行可视化需求分析,研究LOD、DOF等高效的三维建模技术,建立海底地形、海水、海草等海洋模型,开发设计沉浸式海洋场景;建立水下设备模型,搭建水下生产场景;开发设计视景仿真窗口界面,实现界面按键功能;开发用户漫游模式,完成水下生产仿真系统虚拟漫游场景设计。基于HLA框架,在Matlab数值仿真和Vega Prime视景仿真之间建立数据传输机制,为保持数据传输的效率和实时性,基于渐进网格模型简化算法,采用LOD高效层次建模中视角约束、动态图像变化率约束条件作为判断准则,剔除不在视景窗口中的设备模型,降低简化算法计算的复杂度;同时引入用户兴趣度,提出一种多约束模型简化算法,在满足系统要求的前提下,实现模型简化。对水合物生成机理进行分析研究,选择合适的水合物生成条件预测模型,引入天然气水合物中混合物对水相活度的贡献度常数,对混合物浓度进行校正,改进水合物生产条件预测模型,给出水合物生成预测区域图,利用图像简化原理,分析计算四类水合物预测模型并分别建立三维模型;研究垂直上升管道和水平管道内两相流流型形成条件,结合工况数据,分析预测目标油气田生产管道中存在的流型,选择合适的流型转换模型,通过实验得出两相流流型分布图像,通过简化图像,分析计算得出管道内两相流流型状态转换的数学模型并分别建立三维模型;建立模型库,对场景中的所有模型进行统一存储;最后,通过模型的实时调用方法,实现水下生产管道内流动特性的可视化。