KR101623111B1 - 시추장비 시뮬레이터 및 그의 시뮬레이션 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미리 정해진 시추장비 교육용 시나리오들 중 어느 하나의 시나리오를 선택받는 단계; 상기 선택받는 시나리오를 실행하여 시추장비 제어기로부터 해당 시나리오에 사용되는 시추장비의 설정값을 수신하는 단계; 상기 수신된 시추장비의 설정값에 따라 거동되는 시추선 선체 및 시추장비의 시뮬레이션시간을 계측하는 단계; 상기 계측된 시뮬레이션시간이 미리 설정된 기준시간과 비교하여 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하지 않으면 실시간 해석 가능한 수준으로 판단하고 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하면 실시간 해석이 불가능한 수준으로 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계의 판단결과 실시간 해석 가능한 수준으로 판단된 경우 상기 수신된 시추장비의 설정값에 따라 거동하는 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 상기 시추장비의 센서값을 계산하여 시뮬레이션결과를 제공하고, 실시간 해석 불가능한 수준으로 판단된 경우 데이터베이스에서 상기 수신된 시추장비의 설정값으로 검색된 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 읽어들여 시뮬레이션결과를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추장비 시뮬레이터를 이용한 시뮬레이션 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 시추장비 시뮬레이터 및 그의 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시추장비를 교육시킬때 실시간성을 보장받을 수 있도록 하면서 시추장비에 미리 정해진 설정값의 변경을 통하여 시추장비의 교육범위를 넓힐 수 있도록 한 시추장비 시뮬레이터 및 그의 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.
근래에 접어들어 국제적으로 급격한 산업화 현상 및 공업발전 추이에 따라 한정된 지구 자원은 점차 바닥을 내보이고 있으며 이에 따른 원유의 안정적인 생산 및 공급은 대단히 중요한 사안이 되고 있다. 따라서, 최근에는 해저에 있는 석유 채굴기술의 발달과 더불어 대형 석유회사들은 지금까지 경제성을 상실했던 군소 한계유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선의 필요성을 절실히 느끼고 있고, 이에 대한 개발을 적극 모색하고 있는 현실이다.
시추선은 해양에서 원유나 가스 등의 해양 지하자원을 탐사하여 시추하는 장비이다. 이러한 시추선은 해상플랫폼 설치가 불가능한 깊은 수심의 해역이나 파도가 심한 해상에서 원유와 가스를 시추할 수 있는 선박 형태의 시추설비로, 선박의 기동성과 심해 시추능력을 겸비함으로써 조선과 해양플랜트기술이 복합된 고기술 고부가가치선박이다.
종래의 시추선은 대한민국 공개특허 제2012-01173163호(공개일: 2012.10.24., 시추선) 등 다수가 출원되어 있는 상태이다.
상기 특허를 포함하는 시추선은 해상 플랫폼의 설치가 불가능한 심해 지역이나 파도가 심한 해상에서 원유나 가스 등의 채취 작업이 가능하도록 하고, 구조에 따라 반잠수식 시추장비(semisubmersible drilling rig)와 드릴쉽(drill ship)이 있으며, 해상에서의 작업을 수행하기 위하여 고도의 제작 기술이 요구된다.
특히 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 공개특허 제2014-0011575호(공개일: 2014.01.29., 동역학적 정보가 연계된 시추 시뮬레이터 및 그의 시뮬레이션 방법)는 시추선 선체와 시추장비의 3차원정보, 질량속성정보, 유체 외력 및 유공압을 반영하여 시추장비를 시뮬레이션하는 특징을 개시하고 있다.
그러나, 대한민국 공개특허 제2014-0011575호를 포함하는 종래의 시추 시뮬레이터는 장비 운영 중에 해상 조건에 의한 시추선 운동, 장비를 구동시키기 위한 유공압 제어력을 반영하여 시추장비를 시뮬레이션할 뿐, 시추장비 교육용 시나리오에 정해진 시추장비의 설정값을 변경하거나 시추 장비가 지지하는 중량물의 개수를 변경할 경우에 대한 동적 거동 해석이 불가능하였다.
또한 종래의 시뮬레이터는 시추장비의 시뮬레이션결과를 제공할때 실시간(realtime)성이 보장되지 않은 경우 시추장비 교육시간이 길어질 수밖에 없어 교육시간을 정확하게 스케줄링하지 못하는 실정이다.
본 발명의 목적은, 시추장비를 교육시킬때 실시간성을 보장받을 수 있도록 하면서 시추장비에 미리 정해진 설정값의 변경을 통하여 시추장비의 교육범위를 넓힐 수 있도록 한 시추장비 시뮬레이터 및 그의 시뮬레이션 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시추 작업시 해상 환경 인자, 시추선 선체와 시추 장비의 3차원 정보 및 질량속성정보에 따라 발생되는 유체 외력 및 유공압 제어력을 반영하여 시추장비를 시뮬레이션하는 시추장비 시뮬레이터를 이용한 시뮬레이션 방법으로서, 미리 정해진 시추장비 교육용 시나리오들 중 어느 하나의 시나리오를 선택받는 단계; 상기 선택받는 시나리오를 실행하여 시추장비 제어기로부터 해당 시나리오에 사용되는 시추장비의 설정값을 수신하는 단계; 상기 수신된 시추장비의 설정값에 따라 거동되는 시추선 선체 및 시추장비의 시뮬레이션시간을 계측하는 단계; 상기 계측된 시뮬레이션시간이 미리 설정된 기준시간과 비교하여 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하지 않으면 실시간 해석 가능한 수준으로 판단하고 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하면 실시간 해석이 불가능한 수준으로 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계의 판단결과 실시간 해석 가능한 수준으로 판단된 경우 상기 수신된 시추장비의 설정값에 따라 거동하는 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 상기 시추장비의 센서값을 계산하여 시뮬레이션결과를 제공하고, 실시간 해석 불가능한 수준으로 판단된 경우 데이터베이스에서 상기 수신된 시추장비의 설정값으로 검색된 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 읽어들여 시뮬레이션결과를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추장비 시뮬레이터를 이용한 시뮬레이션 방법이 제공된다.
상기 수신하는 단계는 상기 시추장비 제어기에 의해 상기 시나리오에 사용되는 시추장비에 미리 정해진 설정값을 변경하는 단계; 및 상기 변경된 시추장비의 설정값을 수신하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제공하는 단계는 상기 시추장비의 센서값을 수신하여 제 1 표시기기에 표시하고, 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값을 제 2 표시기기에 표시하는 것이 바람직하다.
상기 시뮬레이션시간은 시추선 선체와 시추장비의 질량 및 질량분포, 시추선 선체와 시추 장비에 작용하는 외력을 이용하여 시추선 선체와 시추장비의 가속도를 계산하고 계산된 시추선 선체와 시추장비의 가속도를 적분하여 시추선 선체와 시추장비의 속도 및 자세를 계산하는데까지 소요되는 시간인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 시추 작업시 해상 환경 인자, 시추선 선체와 시추 장비의 3차원 정보 및 질량속성정보에 따라 발생되는 유체 외력 및 유공압 제어력을 반영하여 시추장비를 시뮬레이션하는 시추장비 시뮬레이터로서, 미리 정해진 시추장비 교육용 시나리오들 중 어느 하나의 시나리오를 선택받는 시나리오 선택모듈; 상기 선택받는 시나리오를 실행하여 시추장비 제어기로부터 해당 시나리오에 사용되는 시추장비의 설정값을 설정하는 설정값 수신모듈; 상기 수신된 시추장비의 설정값에 따라 거동되는 시추선 선체와 시추장비의 시뮬레이션시간을 계측하는 시뮬레이션시간 계측모듈; 상기 계측된 시뮬레이션시간이 미리 설정된 기준시간과 비교하여 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하지 않으면 실시간 해석 가능한 수준으로 판단하고 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하면 실시간 해석이 불가능한 수준으로 판단하는 실시간 해석 판단모듈; 및 상기 실시간 해석 판단모듈의 판단결과 실시간 해석 가능한 수준으로 판단된 경우 상기 수신된 시추장비의 설정값에 따라 거동하는 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 상기 시추장비의 센서값을 계산하여 시뮬레이션결과를 제공하고, 실시간 해석 불가능한 수준으로 판단된 경우 데이터베이스에서 상기 수신된 시추장비의 설정값으로 검색된 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 읽어들여 시뮬레이션결과를 제공하는 시뮬레이션결과 제공모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 시추장비 시뮬레이터가 제공된다.
상기 설정값 수신모듈은 상기 시추장비 제어기에 의해 상기 시나리오에 사용되는 시추장비에 미리 정해진 설정값을 변경하고 변경된 시추장비의 설정값을 수신하는 것이 바람직하다.
상기 시뮬레이션결과 제공모듈은 상기 시추장비의 센서값을 수신하여 제 1 표시기기에 표시하고, 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값을 제 2 표시기기에 표시하는 것이 바람직하다.
상기 시뮬레이션시간은 시추선 선체와 시추장비의 질량 및 질량분포, 시추선 선체와 시추 장비에 작용하는 외력을 이용하여 시추선 선체와 시추장비의 가속도를 계산하고 계산된 시추선 선체와 시추장비의 가속도를 적분하여 시추선 선체와 시추장비의 속도 및 자세를 계산하는데까지 소요되는 시간인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면 시추장비를 교육시킬때 실시간성을 보장받을 수 있도록 하면서 시추장비에 미리 정해진 설정값의 변경을 통하여 시추장비의 교육범위를 넓힐 수 있도록 한 효과가 있다. 특히, 시추장비의 설정값에 따라 시추선 선체 및 시추선 장비의 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하는 경우 데이터베이스에 저장된 시추장비의 설정값을 검색하여 검색된 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 읽어들여 시뮬레이션결과를 제공함으로써 시추장비교육시간을 정확하게 스케줄링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시추장비 시뮬레이터를 구현하기 위한 환경을 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 시추장비 시뮬레이터를 설명하기 위한 블록도, 그리고
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시추장비 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
도 2는 도 1에 도시된 시추장비 시뮬레이터를 설명하기 위한 블록도, 그리고
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시추장비 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시추장비 시뮬레이터를 구현하기 위한 환경을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 시추장비 시뮬레이터를 설명하기 위한블록도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 시추장비 시뮬레이터(10)는 시추장비 제어기(2)로부터 미리 정해진 시추장비 교육용 시나리오들 중에서 선택된 시나리오에 사용되는 시추장비의 설정값을 수신하고, 시추장비의 설정값을 동역학모듈(20)에 제공하여 동역학모듈(20)에서 유공압 제어력 및 유체외력을 이용하여 계산된 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 수신하여 시추선 선체 및 시추장비의 움직임을 시뮬레이션한 시뮬레이션결과를 제 1 및 제 2 표시기기(3, 4)에 표시되도록 한다.
여기서는 시추장비 시뮬레이터(10)와 통신 가능하게 별도의 동역학모듈(20)을 구비하는 것으로 설명하고 있지만, 시추장비 시뮬레이터(10)에 동역학모듈(20)을 포함시켜 하나의 장치로 구성하는 것도 가능하다. 또한 본 실시예에서는 데이터베이스(1)를 별도로 구비하는 것으로 설명하고 있지만, 시추장비 시뮬레이터(10)에 포함시킬 수도 있다.
특히 본 발명의 실시예에 따른 시추장비 시뮬레이터(10)는 시추장비 교육용 시나리오들 중에서 선택된 시나리오에 사용되는 시추장비의 설정값에 따른 시추선 선체와 시추장비의 시뮬레이션시간이 미리 설정된 기준시간을 초과하는지 여부를 판단하고, 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하지 않으면 동역학모듈(20)에서 제공된 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 수신하여 시뮬레이션한 시뮬레이션결과를 제공하고, 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하면 데이터베이스(1)로부터 검색된 시추장비의 설정값별 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 읽어들여서 시뮬레이션결과를 제공한다. 데이터베이스(1)에는 시추장비 교육용 시나리오들에 사용되는 시추장비의 설정값별로 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 저장하고 있다. 데이터베이스(1)에 저장된 시추장비의 설정값은 미리 정해진 값외에도 시추작업중에 사용될 수 있는 설정값을 포함한다.
이때 시뮬레이션결과 중 시추장비 센서값은 장비 모니터링화면인 제 1 표시기기(3)를 통하여 표시되도록 하고 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값은 가시화 화면인 제 2 표시기기(4)를 통하여 표시되도록 할 수 있다.
동역학모듈(20)은 시추장비 시뮬레이터(10)와의 통신을 위한 인터페이스모듈(21), 유체외력 계산모듈(22), 다물체계 동역학모듈(23) 및 유공압 제어력 계산모듈(24)을 포함한다.
유체 외력 계산모듈(22)은 물 위에 떠 있는 물체에 작용하는 유체 외력을 계산하는 부분으로, 유체 정역학적 힘과 유체 동역학적 힘을 계산한다. 유체 정역학적 힘은 시추선 선체에 작용하는 정수압력을 시추선 선체 단면을 따라 적분한 값이고, 유체 동역학적 힘은 해상 환경으로 인해 시추선 선체에 작용하는 압력을 시추선 선체 단면을 따라 적분한 값이다.
자세하게 유체 외력 계산모듈(22)은 부력, 즉 시추선 선체의 위치 및 자세를 기반으로 수면(water plane) 아래에 잠긴 시추선 선체의 부피를 이용해 계산한 값으로, 부피, 중력가속도 및 유체 밀도를 통해 유체 정역학적 힘을 계산한다. 시추선 선체 형상을 이용하여 부피를 계산할 때는 시추선의 외곽을 삼각 메쉬로 나타내고, 이를 적분하는 방법을 사용하거나, 또는 시추선을 길이 방향으로 등분한 구획 및 그 구획에서의 단면 현상으로 나타내고 그 단면을 길이방향으로 적분하는 방법을 사용하여 유체 정역학적 힘이 계산된다.
또한 유체 외력 계산모듈(22)은 해상 환경으로 인한 파도 등이 선체에 작용하는 압력을 구하고, 압력을 선체 단면을 따라 적분하여 유체 동역학적 힘을 계산한다. 더 자세하게는 시추선 선체의 외곽 형상(삼각 메쉬 또는 길이방향으로 구획의 단면으로 나타냄), 수면을 기준으로 한 시추선 선체의 위치, 자세 및 해상 환경 조건을 이용하여 유체 동역학적 힘이 계산된다.
또한 유체 외력 계산모듈(22)은 후술하는 다물체계 동역학 모듈(23)로부터 시추선 선체의 위치, 자세, 선속도 및 각속도를 참고하여 유체의 외력을 계산하여 다시 다물체계 동역학 모듈(23)에 전송한다. 이때 유체 외력 계산모듈(22)은 시추선 선체의 초기 위치, 자세, 선속도 및 각속도를 기반으로 유체의 외력을 계산하지만, 이후에는 유체의 외력을 반영하여 시추선 선체 및 시추 장비의 위치, 자세, 선속도 및 각속도를 계산하는 다물체계 동역학 모듈(23)에 의해 계산된 값이 유체의 외력을 계산하는데 사용된다.
매시간마다 구해진 시추선 선체 및 시추 장비의 위치, 자세, 선속도 및 각속도를 데이터베이스(1)에 저장하고 있으며, 유체 외력 계산모듈(22)은 데이터베이스(10)에 저장된 정보 중 시추선 선체의 최근 위치, 자세 선속도 및 각속도를 이용하여 유체의 외력을 계산할 수 있다.
유공압 제어력 계산모듈(24)은 시추 장비의 액츄에이터 및 액츄에이터를 제어하기 위한 유공압 제어 밸브, 제어 장치 등을 수학적 모델로 모사하여 시추 장비에 작용하는 유공압 제어력을 계산한다. 시추 장비를 구동하기 위해 유공압 시스템을 사용하는 장비는 압축 유체(유압 또는 공압)을 통해 구동되는 액츄에이터(실린더 또는 모터)를 사용하는 시추 장비를 가리킨다.
특히, 유공압 제어력 계산모듈(24)은 후술하는 다물체계 동역학 모듈(23)로부터 제공된 시추선 선체와 시추장비의 위치, 자세, 선속도 및 각속도를 참고하여 해상환경에서의 시추장비에 작용하는 유공압 제어력을 계산하고 계산된 유공압 제어력을 다물체계 동역학 모듈(23)에 전송한다. 이때 유공압 제어력 계산모듈(24)은 시추선 선체 및 시추 장비의 초기 위치, 자세, 선속도 및 각속도를 기반으로 시추 장비에 작용하는 유공압 제어력을 계산하지만, 이후에는 유공압 제어력을 반영하여 시추선 선체와 시추장비의 위치, 자세, 선속도 및 각속도를 계산하는 다물체계 동역학 모듈(23)에 의해 계산된 값이 유공압 제어력을 계산하는데 사용된다.
상술된 유체 외력 계산모듈(22) 및 유공압 제어력 계산모듈(24)를 통해 계산된 유체 외력과 유공압 제어력은 다물체계 동역학 모듈(23)에 제공된다.
다물체계 동역학 모듈(23)은 시추선 선체 및 시추장비에 작용하는 외력, 즉 유체 외력, 유공압 제어력과, 시추 장비를 구성하는 물체의 3차원 정보 및 해당 물체의 질량 속성정보를 이용하여 시추선 선체와 시추장비의 위치, 자세, 선속도 및 각속도를 계산하고 계산된 시추선 선체와 시추장비의 위치, 자세, 선속도 및 각속도를 유체 외력 계산모듈(22), 유공압 제어력 계산모듈(23)에 전송하고, 시추선 선체 및 시추장비의 위치와 자세를 인터페이스모듈(21)을 거쳐 시추장비 시뮬레이터(10)에 전송한다.
시추장비 시뮬레이터(10)는 다물체계 동역학 모듈(23)로부터 수신된 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값으로 시추선 선체와 시추장비의 움직임을 표현하거나, 데이터베이스(1)로부터 읽어들인 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값으로 시추선 선체와 시추장비의 움직임을 표현한다. 표현된 시추선 선체와 시추 장비의 움직임은 제 1 및 제 2 표시기기(3, 4) 상에 표시되어, 시추선 작업시에 고려될 수 있는 해상 환경에서 시추선 선체와 시추 장비의 움직임을 미리 교육시킬 수 있다. 특히 시추장비의 설정값을 시추장비 제어기(2)와 연결된 조작단말을 통하여 변경할 수 있고 변경된 시추장비의 설정값을 통하여 다양하게 시추장비를 교육시킬 수 있다.
아래의 표 1은 시추장비의 설정값에 상응하게 저장된 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 예를 들어 나타낸다.
| 시간 |
시추장비의 센서값 | 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값 | |||
| 드릴 스트링 컴펜세이터 1번 실린더 압력[bar] |
드릴 스트링 컴펜세이터 1번 실린더 stroke[m] |
드릴 스트링 컴펜세이터1번 실린더 로드의 위치 | |||
| X[m] | Y[m] | Z[m] | |||
| 0.00 | 100 | 5.0 | 50 | 50 | 50 |
| 0.01 | 101 | 4.8 | 50.01 | 50 | 50.2 |
| 0.02 | 102 | 4.6 | 50.02 | 50 | 50.4 |
도 2를 참조하면 시추장비 시뮬레이터(10)는 시나리오 선택모듈(11), 장비설정값 수신모듈(12), 시뮬레이션시간 계측모듈(13), 실시간 해석 판단모듈(14) 및 시뮬레이션결과 제공모듈(15)을 포함한다.
시나리오 선택모듈(11)은 시추선 작업시에 고려될 수 있는 해양 환경에서 시추장비를 교육시키기 위해 미리 정해진 시추장비 교육용 시나리오들 중에서 어느 하나의 시나리오를 선택받는다.
시추장비 교육용 시나리오들은 예를 들면 Trip in 시나리오(시추용 파이프를 회전하지 않고 파이프를 조립해 길이를 연장한 후 잡아서 내리는 시나리오), Trip out 시나리오(시추용 파이프를 회전하지 않고 파이프를 잡아서 올리고 파이프를 풀어 길이를 줄이는 시나리오), Standbuilding 시나리오(시추용 파이프를 3개 또는 4개를 조립해 시추에 사용할 수 있도록 적치하는 시나리오), Drilling 시나리오(시추용 파이프를 조립해 길이를 연장한 후 시추를 진행하는 시나리오), Riser trip in(+Bop Landing) 시나리오(시추시 머드를 사용해야 하는 경우 시추용 라이저가 필요하게 되는데, 이를 위해 라이저 하단에 BOP를 조립하고 상단에 라이저를 해저 길이에 맞추어 계속 조립해 BOP와 라이저를 설치하는 시나리오) 등을 포함한다.
Trip in 시나리오에 사용되는 시추장비는 Drawworks, Top drive, Hydraulic Roughneck, Slip 등이고, Trip out 시나리오에 사용되는 시추장비는 Drawworks, Top drive, Hydraulic Roughneck, Slip 등이고, Standbuilding 시나리오에 사용되는 시추장비는 Hydraulic Roughneck, Vertical pip-Handler, Mouse holes, Tubular feeding machine 등이고, Drilling 시나리오에 사용되는 시추장비는 Drawworks, Top drive, Hydraulic Roughneck, Slip, Drill string compensator, Active heave compensator, Riser tensioner 등이며, Riser trip in(+Bop Landing)에 사용되는 시추장비는 Drawworks, Top Drive, Riser feeding machine, Spider & gimbal, BOP crane, Drill string compensator, Active heave compensator, Riser tensioner 등이다. 단, Drilling 시나리오에서 Riser tensioner는 riser가 설치되어 있는 경우에 한한다.
이후 장비설정값 수신모듈(12)는 선택된 시나리오에 사용되는 시추장비의 설정값을 시추장비 제어기(2)를 통하여 입력받고, 입력받은 시추장비의 설정값을 시추장비 제어기(2)로부터 수신한다. 이때 시추장비의 설정값은 시나리오에 미리 정해진 설정값이거나, 조작자 또는 작업자에 의해 변경된 설정값일 수 있다.
Drilling 시나리오의 경우, 예를 들면 파이프 길이를 연장한 후 다시 굴착을 하기 위해서는 드릴 스트링 컴펜세이터를 사용해야 하는데, 드릴 스트링 컴펜세이터가 지지하는 크라운 블록에 연결된 파이프 무게를 포함하여 크라운 블록에 연결된 총 장비 중량과, 드릴 스트링 컴펜세이터의 압력 용기 개수 및 압력 용기의 공기 압력값 등이 시추장비 제어기(2)에 의해 수신되는 시추장비의 설정값에 해당된다.
시뮬레이션시간 계측모듈(13)은 미리 설정된 기준시간을 가지고 계산을 수행하는데, 시뮬레이션을 1개 time step 만큼 진행할때, 즉 n번째 시간에서의 외력(즉, 유체, 유공압 제어력, 구속력의 합)을 계산하고 물체의 질량이 주어질 때 n번째 시간에서의 해당 물체의 가속도를 계산하고, 계산된 가속도를 적분해 n+1시간에서의 해당 물체의 속도 및 자세를 계산할때까지의 시간을 계측한다. 외력이 복잡한 경우나 속도 및 자세를 구하는 적분 방법을 보다 정밀한 것을 사용하는 경우에는 더 긴 시간이 계측된다.
이때 시간은 시뮬레이션시간을 계산하는 시작시점부터 시추장비 시뮬레이터에 설치된 타이머에 의해 계산완료시점까지로 계측가능하다.
더 설명하면 시뮬레이션시간은 시추선 선체와 시추장비의 질량 및 질량분포, 시추선 선체와 시추 장비에 작용하는 외력을 이용하여 시추선 선체와 시추장비의 가속도를 계산하고 계산된 시추선 선체와 시추장비의 가속도를 적분하여 시추선 선체와 시추장비의 속도 및 자세를 계산하는데까지 소요되는 시간을 말한다.
실시간 해석 판단모듈(14)은 시뮬레이션결과의 실시간성을 보장하기 위하여 시뮬레이션시간 계측모듈(13)에 의해 계측된 시뮬레이션시간이 미리 설정된 기준시간을 초과하는지 여부를 판단한다.
시뮬레이션결과 제공모듈(15)은 실시간 해석 판단모듈(14)에 의해 계측된 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하지 않는 경우 다물체계 동역학모듈(23)를 통하여 수신된 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값으로 시뮬레이션한 시뮬레이션결과를 제공하고, 실시간 해석 판단모듈(14)에 의해 계측된 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하는 경우 데이터베이스(1)에서 검색하여 읽어들인 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값으로 시뮬레이션한 시뮬레이션결과를 제공한다.
이렇게 함으로써 시추장비 교육시 시추장비 교육용 시나리오 중 선택된 시나리오에 사용되는 시추장비의 설정값을 미리 정해진 설정값 외에 설정값을 변경하여 시뮬레이션을 수행할 수 있고, 실시간성이 보장되지 않는 경우 데이터베이스(1)에 저장된 시추장비의 설정값을 검색하여 검색된 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 읽어들여 시뮬레이션결과를 제공할 수 있어 시추장비 교육시간을 정확하게 스케줄링할 수 있다.
이와 같은 시추장비 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시추장비 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면 시추장비 시뮬레이터(10)는 미리 설정된 시추장비 교육용 시나리오들 중에서 어느 하나의 시나리오를 선택받는다(S11).
시추장비 시뮬레이터(10)는 선택받은 시나리오에 사용되는 시추장비의 설정값을 시추장비 제어기(2)를 통하여 수신한다(S13). 이때 관리자 또는 작업자는 시추장비 제어기(2)에 구비된 조작단말(미도시)를 통하여 시추장비에 미리 정해진 설정값을 변경하여 변경된 설정값을 시추장비 시뮬레이터(10)에서 수신할 수 있다.
시추장비 시뮬레이터(10)는 수신된 시추장비의 설정값에 따라 거동되는 시추선 선체 및 시추장비의 시뮬레이션시간을 계측한다(S15). 시추장비 시뮬레이터(10)는 외력이 계산되고 물체의 질량이 주어질때 해당 물체의 가속도를 계산하고, 그 계산된 가속도를 적분해 n+1시간에서의 속도 및 자세를 계산하는데까지 소요되는 시간을 계측한다. 여기서 물체는 시추선 선체와 시추장비를 의미한다.
시추장비 시뮬레이터(10)는 계측된 시뮬레이션시간과 미리 설정된 기준시간을 비교하여 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하는지 여부를 판단한다(S17).
상기 S17 단계의 판단결과 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하지 않은 경우 시추장비 시뮬레이터(10)는 동역학모듈(20)에서 제공된 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 수신하고 수신된 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값이 반영된 시뮬레이션결과를 제공한다(S19).
상기 S17 단계의 판단결과 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하는 경우 시추장비 시뮬레이터(10)는 데이터베이스(1)에서 시추장비의 설정값을 검색하여 검색된 시추장비의 설정값에 연관지어 저장된 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 읽어들이고 읽어들인 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값이 반영된 시뮬레이션결과를 제공한다(S21). 이에 따라 실시간 해석 불가능한 경우라도 데이터베이스(1)를 참조하여 시추장비의 설정값에 따른 시뮬레이션결과를 제공할 수 있어 시추장비 교육시간을 정확하게 스케줄링할 수 있다.
시추장비 시뮬레이터(10)는 상술된 S19 단계 또는 S21 단계를 통하여 제공된 시뮬레이션결과 중에서 시추장비의 센서값을 제 1 표시기기(3)에 표시되도록 하고, 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값을 제 2 표시기기(4)에 표시되도록 한다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
1 : 데이터베이스 2 : 시추장비 제어기
3 : 제 1 표시기기 4 : 제 2 표시기기
10 : 시추장비 시뮬레이터 11 : 시나리오 선택모듈
12 : 설정값 수신모듈 13 : 시뮬레이션시간 계측모듈
14 : 실시간 해석 판단모듈 15 : 시뮬레이션결과 제공모듈
20 : 동역학모듈 21 : 인터페이스모듈
22 : 유체외력 계산모듈 23 : 다물체계 동역학모듈
24 : 유공압 제어력 계산모듈
3 : 제 1 표시기기 4 : 제 2 표시기기
10 : 시추장비 시뮬레이터 11 : 시나리오 선택모듈
12 : 설정값 수신모듈 13 : 시뮬레이션시간 계측모듈
14 : 실시간 해석 판단모듈 15 : 시뮬레이션결과 제공모듈
20 : 동역학모듈 21 : 인터페이스모듈
22 : 유체외력 계산모듈 23 : 다물체계 동역학모듈
24 : 유공압 제어력 계산모듈
Claims (8)
- 시추 작업시 해상 환경 인자, 시추선 선체와 시추 장비의 3차원 정보 및 질량속성정보에 따라 발생되는 유체 외력 및 유공압 제어력을 반영하여 시추장비를 시뮬레이션하는 시추장비 시뮬레이터를 이용한 시뮬레이션 방법으로서,
미리 정해진 시추장비 교육용 시나리오들 중 어느 하나의 시나리오를 선택받는 단계;
상기 선택받는 시나리오를 실행하여 시추장비 제어기로부터 해당 시나리오에 사용되는 시추장비의 설정값을 수신하는 단계;
상기 수신된 시추장비의 설정값에 따라 거동되는 시추선 선체와 시추장비의 시뮬레이션시간을 계측하는 단계;
상기 계측된 시뮬레이션시간이 미리 설정된 기준시간과 비교하여 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하지 않으면 실시간 해석 가능한 수준으로 판단하고 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하면 실시간 해석이 불가능한 수준으로 판단하는 단계; 및
상기 판단하는 단계의 판단결과 실시간 해석 가능한 수준으로 판단된 경우 상기 수신된 시추장비의 설정값에 따라 거동하는 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 상기 시추장비의 센서값을 계산하여 시뮬레이션결과를 제공하고, 실시간 해석 불가능한 수준으로 판단된 경우 데이터베이스에서 상기 수신된 시추장비의 설정값으로 검색된 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 읽어들여 시뮬레이션결과를 제공하는 단계를 포함하되,
상기 시추장비의 설정값은 상기 시추장비 제어기와 연결된 조작 단말을 통하여 변경되고,
상기 계측하는 단계는 상기 시추장비의 설정값에 따라 거동되는 상기 시추선 선체와 시추장비의 시뮬레이션시간을 계산하는 시작시점부터 상기 시추선 선체와 시추장비의 속도 및 자세를 계산완료한 시점까지로 계측하는 것을 특징으로 하는 시추장비 시뮬레이터를 이용한 시뮬레이션 방법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제공하는 단계는
상기 시추장비의 센서값을 수신하여 제 1 표시기기에 표시하고, 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값을 제 2 표시기기에 표시하는 것을 특징으로 하는 시추장비 시뮬레이터를 이용한 시뮬레이션 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 시뮬레이션시간은
시추선 선체와 시추장비의 질량 및 질량분포, 시추선 선체와 시추 장비에 작용하는 외력을 이용하여 시추선 선체와 시추장비의 가속도를 계산하고 계산된 시추선 선체와 시추장비의 가속도를 적분하여 시추선 선체와 시추장비의 속도 및 자세를 계산하는데까지 소요되는 시간인 것을 특징으로 하는 시추장비 시뮬레이터를 이용한 시뮬레이션 방법. - 시추 작업시 해상 환경 인자, 시추선 선체와 시추 장비의 3차원 정보 및 질량속성정보에 따라 발생되는 유체 외력 및 유공압 제어력을 반영하여 시추장비를 시뮬레이션하는 시추장비 시뮬레이터로서,
미리 정해진 시추장비 교육용 시나리오들 중 어느 하나의 시나리오를 선택받는 시나리오 선택모듈;
상기 선택받는 시나리오를 실행하여 시추장비 제어기로부터 해당 시나리오에 사용되는 시추장비의 설정값을 설정하는 설정값 수신모듈;
상기 수신된 시추장비의 설정값에 따라 거동되는 시추선 선체와 시추장비의 시뮬레이션시간을 계측하는 시뮬레이션시간 계측모듈;
상기 계측된 시뮬레이션시간이 미리 설정된 기준시간과 비교하여 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하지 않으면 실시간 해석 가능한 수준으로 판단하고 시뮬레이션시간이 기준시간을 초과하면 실시간 해석이 불가능한 수준으로 판단하는 실시간 해석 판단모듈; 및
상기 실시간 해석 판단모듈의 판단결과 실시간 해석 가능한 수준으로 판단된 경우 상기 수신된 시추장비의 설정값에 따라 거동하는 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 상기 시추장비의 센서값을 계산하여 시뮬레이션결과를 제공하고, 실시간 해석 불가능한 수준으로 판단된 경우 데이터베이스에서 상기 수신된 시추장비의 설정값으로 검색된 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값과, 시추장비의 센서값을 읽어들여 시뮬레이션결과를 제공하는 시뮬레이션결과 제공모듈을 포함하되,
상기 시추장비의 설정값은 상기 시추장비 제어기와 연결된 조작 단말을 통하여 변경되고,
상기 시뮬레이션시간 계측모듈은 상기 시추장비의 설정값에 따라 거동되는 상기 시추선 선체와 시추장비의 시뮬레이션시간을 계산하는 시작시점부터 상기 시추선 선체와 시추장비의 속도 및 자세를 계산완료한 시점까지로 계측하는 것을 특징으로 하는 시추장비 시뮬레이터. - 삭제
- 청구항 5에 있어서,
상기 시뮬레이션결과 제공모듈은
상기 시추장비의 센서값을 수신하여 제 1 표시기기에 표시하고, 상기 시추선 선체와 시추장비의 위치 및 자세값을 제 2 표시기기에 표시하는 것을 특징으로 하는 시추장비 시뮬레이터. - 청구항 5에 있어서,
상기 시뮬레이션시간은
시추선 선체와 시추장비의 질량 및 질량분포, 시추선 선체와 시추 장비에 작용하는 외력을 이용하여 시추선 선체와 시추장비의 가속도를 계산하고 계산된 시추선 선체와 시추장비의 가속도를 적분하여 시추선 선체와 시추장비의 속도 및 자세를 계산하는데까지 소요되는 시간인 것을 특징으로 하는 시추장비 시뮬레이터.
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