KR20130125250A - Drilling simulator and method for simulating drilling equipment of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 시추 시뮬레이터 및 그의 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 시추 작업중에 발생할 수 있는 고압 가스 분출 상황을 안전하게 처리할 수 있도록 교육하는 시추 시뮬레이터 및 그의 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a drilling simulator and a simulation method thereof, and more particularly, to a drilling simulator and a simulation method thereof for training to safely handle a high pressure gas ejection situation that may occur during a drilling operation.
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.In recent years, limited global resources have gradually come to an end due to the rapid industrialization and industrial development trends internationally, and stable production and supply of crude oil has become a very important issue. Recently, along with the development of oil exploration technology on the seabed, large oil companies have felt the necessity of drilling rig with drilling facilities suitable for development of marginal field or deep sea oil field, It is a reality that is actively searching for development.
시추선은 해양에서 원유나 가스 등의 해양 지하자원을 탐사하여 시추하는 장비이다. 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.The drill ship is a device that explores and drills marine underground resources such as crude oil and gas from the ocean. The drill ship is designed to enable the extraction of crude oil and gas from the deep sea area where the offshore platform can not be installed or the sea where the waves are severe. The drill ship has semi-submersible drilling rig and drill ship In order to perform operations at sea, advanced manufacturing techniques are required.
종래의 유정 압력 제어 시뮬레이션 프로그램에는 시추 장비를 운영하는 과정이 포함되어 있지 않아서 압력 제어 상황을 현실적으로 이해하기 어려운 실정이다. 또한 종래 시추 장비 운영 시뮬레이터의 경우, 유정 제어 기능이 없어서 시추 장비 운전 중에 발생할 수 있는 압력 변화와 대처 상황을 함께 교육할 수 없었다.The conventional well pressure control simulation program does not include the operation of drilling equipment, it is difficult to realistically understand the pressure control situation. In addition, in the conventional drilling equipment operation simulator, since there is no oil well control function, the pressure change and the coping situation that may occur during the operation of the drilling equipment could not be trained together.
본 발명의 목적은, 시추 작업중에 발생할 수 있는 고압 가스 분출 상황을 안전하게 처리할 수 있도록 교육하는 시추 시뮬레이터 및 그의 시뮬레이션 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a drilling simulator and a simulation method thereof for training to safely handle a high pressure gas ejection situation that may occur during a drilling operation.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시추 작업에 필요한 장비를 조작하기 위한 입력수단을 구비하고, 상기 입력수단에 의해 선택된 장비의 조작신호를 입력받는 조작 단말; 장비 운용에 대한 정보를 저장하고 있으며, 상기 저장된 장비 운용에 대한 정보와 상기 조작 단말로부터 수신된 조작신호에 근거하여 조정될 장비에 인가될 제어신호를 생성하여 해당 장비의 시뮬레이션을 수행하도록 외부로 전송하는 PLC 서버; 상기 PLC 서버로부터 수신된 제어신호에 따라 시뮬레이션되는 유정의 현재 상태를 계산하여 계산된 유정의 현재 상태를 상기 조작 단말상에 보여지도록 하는 유정 제어 서버; 및 상기 PLC 서버로부터 수신된 제어신호에 따라 해당 장비의 위치 및 자세를 변경하는 장비 동작 시뮬레이션 서버를 포함하는 시추 시뮬레이터를 제공한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, an operation terminal having an input means for operating the equipment required for drilling operation, receiving an operation signal of the equipment selected by the input means; It stores information on the equipment operation, and generates a control signal to be applied to the equipment to be adjusted based on the information on the stored equipment operation and the operation signal received from the operation terminal to transmit to the outside to perform the simulation of the equipment. PLC server; An oil well control server configured to calculate a current state of an oil well simulated according to a control signal received from the PLC server so that the calculated current state of the well is displayed on the operation terminal; And it provides a drilling simulator including an equipment operation simulation server for changing the position and attitude of the equipment in accordance with the control signal received from the PLC server.
상기 유정 제어 서버는 머드가 회수되는 통로를 개폐하는 BOP 패널과, 초크 라인과 킬 라인의 머드 흐름을 변경하는 초크 앤 킬 매니폴드 패널을 구비하는 조작 패널과, 상기 PLC 서버로부터 수신된 제어신호를 입력값으로 계산하여 유정의 현재 상태를 변경하고 변경된 유정의 현재 상태를 상기 PLC 서버로 전달하여 상기 조작 단말에 상기 변경된 유정의 현재 상태가 보여지도록 하는 컨트롤러를 포함하는 것이 바람직하다.The well control server includes an operation panel including a BOP panel for opening and closing a passage through which the mud is recovered, a choke and kill manifold panel for changing a mud flow of the choke line and the kill line, and a control signal received from the PLC server. It is preferable to include a controller for changing the current state of the oil well by calculating as an input value and transferring the current state of the oil well to the PLC server to show the current state of the oil well in the operation terminal.
상기 컨트롤러는 상기 PLC 서버를 사이에 두고 상기 장비 동작 시뮬레이션 서버와 연동되며, 상기 시뮬레이션되는 유정의 현재 상태를 계산하는 유정 상태 계산부; 상기 유정 상태 계산부에 의해 계산된 유정의 현재 상태를 상기 PLC 서버에 전송하는 통신부; 상기 유정 상태 계산부에 의해 계산된 유정의 현재 상태가 미리 설정된 킥(kick) 발생조건인지 여부를 판단하는 판단부; 상기 판단부의 판단결과, 상기 유정의 현재 상태가 킥 발생조건인 경우 상기 조작 단말에 킥의 발생임을 나타내는 킥증후 정보를 제공하는 킥증후 제공부; 상기 계산된 유정의 현재 상태로 시뮬레이션하되, 상기 유정의 현재 상태가 킥 발생조건인 경우 상기 조작 단말로부터 조작된 장비의 중지신호와 상기 BOP 패널을 통해 상기 통로를 폐쇄시키는 폐쇄신호에 따라 시뮬레이션하는 시뮬레이션부; 및 상기 조작 단말로부터 수신된 머드 펌프의 구동 신호에 따라 머드가 공급되는 중에 상기 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 초크 밸브의 개도를 조절하여 일정한 압력을 유지하면서 머드를 순환시켜 킥을 제거하는 킥 제거부를 포함하는 것이 바람직하다.The controller is connected to the equipment operation simulation server with the PLC server therebetween, an oil well state calculator configured to calculate a current state of the oil well being simulated; A communication unit for transmitting the current state of the well calculated by the well state calculation unit to the PLC server; A determination unit determining whether a current state of the well calculated by the well state calculation unit is a preset kick generating condition; A kick symptom providing unit configured to provide kick symptom information indicating that a kick is generated to the manipulation terminal when the current state of the well is a kick generating condition; Simulates the calculated current state of the well, if the current state of the well is a kick generation condition simulation according to the stop signal of the equipment operated from the operation terminal and the closing signal for closing the passage through the BOP panel part; And a kick to remove the kick by circulating the mud while maintaining a constant pressure by adjusting the opening degree of the choke valve provided in the choke and kill manifold panel while the mud is supplied according to the driving signal of the mud pump received from the manipulation terminal. It is preferable to include a removal part.
상기 킥 발생조건은 상기 시뮬레이션되는 지층의 압력이 유정내의 압력보다 큰 조건인 것이 바람직하다.The kick generating condition is preferably a condition in which the pressure of the simulated strata is greater than the pressure in the well.
상기 컨트롤러는 상기 킥 제거부에 의해 킥이 제거되면 머드 저장 탱크에 저장된 머드의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 킬 머드로 교체하는 머드 교체부; 상기 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 머드 펌프의 총왕복수와 머드 펌프 압력을 참고하여 초크 밸브를 개폐시켜 상기 머드 교체부에 의해 교체된 킬 머드를 순환시키는 머드 순환부; 및 상기 머드 펌프를 정지한 상태에서 초크 압력과 머드 펌프 압력이 '0'이면 킥이 모두 제거되었음을 검증하는 검증부를 포함하는 것이 바람직하다.The controller may include a mud replacement unit for replacing a kick mud having a density higher than that of the mud stored in the mud storage tank when the kick is removed by the kick removing unit; A mud circulation unit configured to circulate the kill mud replaced by the mud replacement unit by opening and closing the choke valve with reference to the total reciprocation of the mud pump and the mud pump pressure provided in the choke and kill manifold panel; And when the choke pressure and the mud pump pressure is '0' while the mud pump is stopped, it is preferable to include a verification unit for verifying that the kick is removed.
상기 PLC 서버는 상기 조작 단말로부터 수신된 조작신호를 미리 프로그래밍된 제어 로직에 따라 제어신호를 생성하고 생성된 제어신호를 상기 유정 제어 서버 및 상기 장비 동작 시뮬레이션 서버에 전송하는 가공 처리부; 및 상기 장비 동작 시뮬레이션 서버로부터 수신된 장비의 위치 및 자세값을 수신하여 상기 조작 단말 및 상기 유정 제어 서버에 제공하는 동작 상태 제공부를 포함하는 것이 바람직하다.The PLC server may include a processing processor for generating a control signal according to pre-programmed control logic received from the operation terminal and transmitting the generated control signal to the well control server and the equipment operation simulation server; And an operation state providing unit configured to receive the position and the attitude value of the equipment received from the equipment operation simulation server and provide the same to the operation terminal and the well control server.
상기 장비 동작 시뮬레이션 서버는 상기 PLC 서버로부터 수신된 제어신호에 따라 해당 시추장비의 위치 및 자세를 변경하고, 변경된 위치 및 자세값을 해당 장비의 움직임을 표시하는 영상처리서버에 전달하는 것이 바람직하다.The equipment operation simulation server may change the position and posture of the drilling rig according to the control signal received from the PLC server, and transmit the changed position and posture value to the image processing server displaying the movement of the corresponding equipment.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 시추 작업에 필요한 장비의 조작신호에 따라 시뮬레이션되는 유정의 현재 상태를 계산하는 유정 상태 계산부; 상기 유정 상태 계산부에 의해 계산된 유정의 현재 상태가 미리 설정된 킥(kick) 발생조건인지 여부를 판단하는 판단부; 상기 판단부의 판단결과, 상기 유정의 현재 상태가 킥 발생조건인 경우 킥의 발생임을 나타내는 킥증후정보를 제공하는 킥증후 제공부; 상기 계산된 유정의 현재 상태로 시뮬레이션하되, 상기 유정의 현재 상태가 킥 발생조건인 경우 상기 장비의 중지신호와 BOP 패널을 통해 통로를 폐쇄시키는 폐쇄신호에 따라 시뮬레이션하는 시뮬레이션부; 및 머드 펌프의 구동 신호에 따라 머드가 공급되는 중에 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 초크 밸브의 개도를 조절하여 일정한 압력을 유지하면서 머드를 순환시켜 킥을 제거하는 킥 제거부를 포함하는 시추 시뮬레이터를 제공한다.In addition, according to another embodiment of the present invention, an oil well state calculation unit for calculating the current state of the oil well simulated according to the operation signal of the equipment required for drilling work; A determination unit determining whether a current state of the well calculated by the well state calculation unit is a preset kick generating condition; A kick symptom providing unit for providing kick symptom information indicating that kicking occurs when the current state of the well is a kick generating condition; A simulation unit for simulating the calculated current state of the well, in accordance with a stop signal of the equipment and a closed signal closing the passage through a BOP panel when the current state of the well is a kick generation condition; And a kick removal unit configured to remove the kick by circulating the mud while maintaining a constant pressure by adjusting the opening degree of the choke valve provided in the choke and kill manifold panel while the mud is supplied according to the driving signal of the mud pump. to provide.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 시추 시뮬레이터는 상기 킥 제거부에 의해 킥이 제거되면 머드 저장 탱크에 저장된 머드의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 킬 머드로 교체하는 머드 교체부; 상기 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 머드 펌프의 총왕복수와 머드 펌프압력을 참고하여 초크 밸브를 개폐하여 상기 머드 교체부에 의해 교체된 킬 머드를 순환시키는 머드 순환부; 및 상기 머드 펌프를 정지한 상태에서 초크 압력과 상기 머드 펌프 압력이 '0'이면 킥이 모두 제거되었음을 검증하는 검증부를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the drilling simulator according to another embodiment of the present invention, when the kick is removed by the kick removing unit mud replacement unit for replacing with a mud having a higher density than the density of the mud stored in the mud storage tank; A mud circulation unit configured to open and close the choke valve to circulate the kill mud replaced by the mud replacement unit by referring to the total reciprocation of the mud pump and the mud pump pressure provided in the choke and kill manifold panel; And when the choke pressure and the mud pump pressure is '0' while the mud pump is stopped, it is preferable to further include a verification unit for verifying that the kick is removed.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시추 작업에 필요한 장비를 조작하기 위한 입력수단을 구비한 조작 단말, 상기 조작 단말에 의해 조작된 장비를 시뮬레이션하는 장비 동작 시뮬레이션 서버, 상기 조작 단말과 상기 장비 동작 시뮬레이션 서버 사이에 설치된 PLC 서버, 유정을 굴착하는 작업을 시뮬레이션하는 유정 제어 서버를 포함하는 시추 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법으로서, 상기 조작 단말로부터 장비의 조작신호를 수신하는 단계; 상기 수신되는 조작신호에 따라 시뮬레이션되는 유정의 현재 상태를 계산하고, 계산된 유정의 현재 상태가 미리 설정된 킥(kick) 발생조건인지 여부를 판단하는 단계; 상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 킥 발생조건인 경우, 경우 킥의 발생임을 나타내는 킥증후 정보를 제공하는 단계; 상기 계산된 유정의 현재 상태로 시뮬레이션하되, 상기 유정의 현재 상태가 킥 발생조건인 경우 상기 조작 단말로부터 조작된 장비의 중지신호와 BOP 패널을 통해 통로를 폐쇄시키는 폐쇄신호에 따라 시뮬레이션하는 단계; 및 상기 조작 단말로부터 입력된 머드 펌프의 구동 신호에 따라 머드가 공급되는 중에 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 초크 밸브의 개도를 조절하여 일정한 압력을 유지하면서 머드를 순환시켜 킥을 제거하는 단계를 포함하는 시추 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법이 제공된다.According to yet another embodiment of the present invention, an operation terminal having an input means for operating equipment required for drilling operation, an equipment operation simulation server for simulating equipment operated by the operation terminal, the operation terminal and the equipment A simulation method of a drilling simulator comprising a PLC server installed between an operation simulation server and an oil well control server for simulating the operation of excavating an oil well, comprising: receiving an operation signal of equipment from the operation terminal; Calculating a current state of the oil well simulated according to the received manipulation signal, and determining whether the calculated current state of the well is a preset kick generating condition; Providing kick symptom information indicating that the kick is generated when the kicking condition is determined as a result of the determining; Simulating with the calculated current state of the well, if the current state of the well is a kick generating condition, simulating according to the stop signal of the equipment operated from the operation terminal and the closing signal closing the passage through the BOP panel; And removing the kick by circulating the mud while maintaining a constant pressure by adjusting the opening degree of the choke valve provided in the choke and kill manifold panel while the mud is supplied according to the driving signal input from the operation terminal. A simulation method of a drilling simulator is provided.
상기 킥 발생조건은 상기 시뮬레이션되는 지층의 압력이 유정내의 압력보다 큰 조건인 것인 것이 바람직하다.The kick generating condition is preferably a condition in which the pressure of the simulated strata is greater than the pressure in the well.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시추 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법은 상기 킥을 제거하는 단계 이후에, 머드 저장 탱크에 저장된 머드보다 높은 밀도를 갖는 킬 머드로 교체하는 단계; 상기 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 머드 펌프의 총왕복수와 머드 펌프 압력을 참고하여 초크 밸브를 개폐하여 킬 머드를 순환시키는 단계; 및 상기 머드 펌프를 정지한 상태에서 초크 압력과 상기 머드 펌프 압력이 '0'이면 킥이 모두 제거되었음을 검증하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the simulation method of the drilling simulator according to another embodiment of the present invention after the step of removing the kick, replacing with a mud mud having a higher density than the mud stored in the mud storage tank; Circulating the choke mud by opening and closing the choke valve with reference to the total reciprocation of the mud pump and the mud pump pressure provided in the choke and kill manifold panel; And verifying that the kick is removed when the choke pressure and the mud pump pressure are '0' while the mud pump is stopped.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시추 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법은 상기 킥증후 정보를 제공하는 단계 이후에, 상기 조작 단말을 통해 시추 파이프를 일정 높이 들어올리는 조작신호와, 머드 펌프의 중지신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 신호에 따라 머드의 유량을 감소시켜 시추공 압력을 재계산하여 상기 유정의 현재 상태를 변경하는 단계; 및 상기 변경하는 단계의 의해 변경된 유정의 현재 상태가 머드 회수 유량 및 머드 저장 탱크의 머드량이 증가하는 경우 상기 BOP 패널의 통로를 폐쇄시키는 폐쇄신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the simulation method of the drilling simulator according to another embodiment of the present invention, after the step of providing the kick symptom information, receives the operation signal for lifting the drilling pipe to a certain height through the operation terminal, and the stop signal of the mud pump Making; Reducing the mud flow rate in accordance with the received signal to recalculate the borehole pressure to change the current state of the well; And receiving a closing signal for closing the passage of the BOP panel when the current state of the well changed by the changing step increases the mud recovery flow rate and the mud amount of the mud storage tank.
본 발명의 실시예에 따르면 시추 작업중에 발생할 수 있는 고압 가스 분출 상황을 안전하게 처리할 수 있도록 교육할 수 있는 효과가 있다. 즉, 시추 깊이에 따라 발생하는 유정내의 압력변화 및 대처 상황을 함께 교육할 수 있다.According to an embodiment of the present invention there is an effect that can be trained to safely handle the high-pressure gas ejection situation that may occur during drilling operations. That is, the pressure change in the oil well and the coping situation that occur according to the drilling depth can be trained together.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 시추 작업중에 킥이 발생한 경우 킥증후 정보를 보여줌으로써, 신속하게 킥 발생을 대처할 수 있는 효과도 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention by showing the kick symptom information when the kick occurs during the drilling operation, there is an effect that can quickly deal with the kick occurs.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 킥 발생 후 조작 단말을 통해 조작한 장비를 중지시키고 BOP 패널을 폐쇄시켜서 지층의 압력보다 유정내의 압력이 높은 상태로 유지시켜 킥을 제거할 수 있는 효과도 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, after the kick is generated, the equipment operated through the operation terminal is stopped, and the BOP panel is closed to maintain the pressure in the well higher than the pressure in the well, thereby removing the kick.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 킥을 제거하기 위해 머드 펌프를 동작시키고 초크 밸브의 개도를 조절해가면서 일정한 압력을 정확하게 유지시킬 수 있는 효과도 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention there is an effect that can maintain a constant pressure while operating the mud pump to control the kick and adjust the opening degree of the choke valve.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 머드 저장 탱크에 저장된 머드를 킬 머드로 교체한 후 킬 머드로 순환시켜 지층의 압력과 유정내의 압력을 같게 만들어 유정의 압력을 안정화시키는 효과도 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the mud stored in the mud storage tank is replaced with a kill mud, and then circulated to the kill mud to make the pressure in the well equal to the pressure in the well to stabilize the pressure of the well.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면 머드 펌프를 정지한 상태에서 초크 압력과 머드 압력이 '0'이되면 킥이 모두 제거되었음을 검증할 수 있는 효과도 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, when the choke pressure and the mud pressure become '0' in the state where the mud pump is stopped, there is also an effect of verifying that the kick is removed.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시추 시뮬레이터를 설명하기 위한 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 유정 제어 서버를 설명하기 위한 블록도,
도 3은 도 2에 도시된 조작 패널 중 방폭 장치 패널을 도시한 화면 예시도,
도 4는 도 2에 도시된 조작 패널 중 밸브 장치 패널을 도시한 화면 예시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시추 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도,
도 6은 도 5에 도시된 킥 제거 서브루틴을 설명하기 위한 동작 흐름도, 그리고
도 7은 지층의 압력과 시추작업중의 유정내 압력을 도시한 그래프.1 is a block diagram for explaining a drilling simulator according to an embodiment of the present invention,
2 is a block diagram illustrating an oil well control server shown in FIG. 1;
3 is an exemplary view showing a screen of the explosion-proof device panel of the operation panel shown in FIG.
4 is an exemplary view showing a valve device panel among the operation panels shown in FIG. 2;
5 is an operation flowchart for explaining a simulation method of a drilling simulator according to an embodiment of the present invention;
FIG. 6 is an operation flowchart for explaining the kick removing subroutine shown in FIG. 5; and
Fig. 7 is a graph showing the pressure of the strata and the pressure in the well during drilling.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시추 시뮬레이터를 설명하기 위한 블록도를 도시하고 있고, 도 2는 도 1에 도시된 유정 제어 서버를 설명하기 위한 블록도를 도시하고 있고, 도 3은 도 2에 도시된 조작 패널을 도시한 화면 예시도를 도시하고 있으며, 도 4는 도 2에 도시된 조작 패널 중 밸브 장치 패널을 도시한 화면 예시도를 도시하고 있다.1 is a block diagram illustrating a drilling simulator according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram illustrating an oil well control server shown in FIG. 1, and FIG. 3 is FIG. 2. FIG. 4 illustrates a screen example of the operation panel illustrated in FIG. 4, and FIG. 4 illustrates a screen example of the valve device panel of the operation panel illustrated in FIG. 2.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시추 시뮬레이터는 조작 단말(10), PLC 서버(15), 유정 제어 서버(20) 및 장비 동작 시뮬레이션 서버(30)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a drilling simulator according to an embodiment of the present invention includes an
조작 단말(10)은 유정 굴착을 위해 필요한 장비의 선택 및 해당 장비의 움직임을 동작시키기 위한 장치로, 시추작업에 필요한 장비의 선택을 위해 마련된 복수의 터치패널(미도시)과, 장비의 움직임을 조절하기 위해 마련된 조이스틱(미도시)과, 장비의 움직임을 표시하는 복수개의 조작패널(미도시)을 포함한다. 여기서, 조작패널은 장비에 대한 기본적인 설정(setting)값 및 한계값을 지정할 수 있고, 장비의 상태(예를 들면, 위치, 속도, 명령 상태 등)를 모니터링할 수 있다. The
특히 조작 단말(10)은 유정 제어를 위해 머드 펌프(Mud Pump), 탑드라이브(Topdrive), 드로우워크스(Drawworks)를 조작할 수 있다.In particular, the
이와 같은 조작 단말(10)을 통해 조작되는 장비의 조작신호(예를 들면, 머드 펌프의 시작/정지, 탑드라이브의 드릴링 시작/정지, 드로우워크스의 업/다운)는 PLC 서버(15)로 입력되고, 장비의 운용정보를 저장하고 있는 PLC 서버(15)로부터 조작신호에 상응하게 가공된 제어신호를 유정 제어 서버(20) 및 장비 동작 시뮬레이션 서버(30)에 전송한다.The operation signal (for example, start / stop of the mud pump, start / stop of drilling of the top drive, up / down of drawworks) of the equipment operated through the
PLC 서버(15)는 조작 단말(10)의 각종 입력값을 받아 미리 프로그래밍된 제어 로직을 통해 가공된 결과값을 유정 제어 서버(20) 및 장비 동작 시뮬레이션 서버(30)에 전송한다.The
예를 들면, PLC 서버(15)는 유정 제어 서버(20) 내의 조작 패널과 조작 단말(10)의 조이스틱, 터치패널, 조작패널에서 온 조작 신호(예를 들면, 머드 펌프를 정지하라는 신호, 탑드라이브를 내리라는 신호)를 미리 프로그래밍되어 있던 제어로직에 따라 유정 제어 서버(20) 및 장비 동작 시뮬레이션 서버(30)에 제어신호(예를 들면, 머드 펌프가 정지되었다는 신호, 탑드라이브를 내렸다는 신호, 머드 펌프의 펌핑 속도, 탑드라이브의 속도)를 전송한다.For example, the
유정 제어 서버(20)는 PLC 서버(15)로부터 제어신호(예를 들면 머드 펌프가 정지되었다는 신호, 머드 펌프의 펌핑 속도)를 받고, 그 제어신호를 입력값으로 계산하여 유정의 온도, 압력, 유량 상태를 변경한다. 변경된 유정의 온도, 압력, 유량 상태는 다시 PLC 서버(15)로 전달되어 조작 단말(10)의 조작 패널에 표시되도록 한다.The oil
장비 동작 시뮬레이션 서버(30)는 PLC 서버(15)로부터 수신된 제어신호에 맞춰 해당 장비를 동작시킨다. 장비 동작 시뮬레이션 서버(30)는 제어신호에 따라 동작된 장비의 위치값 및 자세값을 PLC 서버(15)로 전송하면, PLC 서버(15)는 장비의 위치값 및 자세값을 유정 제어 서버(20) 및 조작 단말(10)에 전송하여 조작상태를 확인할 수 있도록 한다.The equipment
예를 들어, 장비 동작 시뮬레이션 서버(30)는 PLC 서버(15)로부터 제어신호(예를 들면, 탑드라이브를 내렸다는 신호, 탑드라이브의 속도)를 받고, 그 제어신호를 입력값으로 가상의 시추 장비(기구학적 자유도를 가진 3차원 CAD 모델)의 위치, 자세를 변경한다. 변경된 위치값, 자세값은 영상처리서버(미도시)에 전달되어 가시화될 수 있다.For example, the equipment
또한 장비 동작 시뮬레이션 서버(30)는 가상의 시추 장비의 위치정보(예를 들면, 탑드라이브가 현재 위치한 높이)를 PLC 서버(15)에 다시 전달하여 조작 단말(10)의 조작 패널에서 볼 수 있도록 한다.In addition, the equipment
이와 같은 장비 동작 시뮬레이션 서버(30)는 기구학적 움직임과 센서에 의한 동작을 모사할 수 있는 프로그램이 설치된 시뮬레이션 서버로, 조작 단말(10)에서 조작된 신호(예를 들면, 탑드라이브를 내리라는 신호)를 PLC 서버(15)의 제어로직에 의해 가공(예를 들면, 탑드라이브를 내리라는 신호를 속도값으로 가공함)하여 가공된 제어신호를 전달받는다.The equipment
장비 동작 시뮬레이션 서버(30)는 전달받은 제어신호(예를 들면, 탑드라이브 속도)에 의해 가상의 시추 장비를 프로그래밍된 가속도값에 따라 속도를 증가시켜 위치값, 자세값을 변경하게 된다. 동시에 가상 시추 장비의 위치 정보(예를 들면, 탑브라이브가 현재 위치한 높이)를 PLC 서버(15)에 다시 전달하여 조작 단말(10)의 조작패널에서 볼 수 있도록 한다. 동시에 PLC 서버(15)에서는 시추 장비의 위치정보를 가공(예를 들면 탑드라이브가 내려온 높이를 읽어 시추 깊이를 변경)하여 유정 제어 서버(20)에 전달하여 유정의 현재 상태(즉, 시추 깊이를 반영한 유정의 온도, 압력, 유량)을 변경한다.The equipment
도 2를 참조하면 유정 제어 서버(20)는 컨트롤러(21)와 조작패널(23)로 구성된다. Referring to FIG. 2, the well control
조작 패널(23)은 비오피(BOP: Blow Out Preventer, 이하 'BOP'라 한다) 패널(231), 초크 앤 킬 매니폴드(choke & kill manifold) 패널(232) 등을 포함한다. BOP 패널(231)을 통해 통로를 폐쇄(close)시키도록 터치하여 고압가스가 올라오지 못하도록 머드가 회수되는 고리 모양의 통로를 폐쇄시킨다. BOP 패널(231)은 도 3에 도시된 바와 같으며, BOP 패널(231)을 터치하여 통로를 개방(open)/폐쇄(close)시킬 수 있다.The
또한 초크 앤 킬 매니폴드(choke & kill manifold) 패널(232)을 조작하여 초크 라인과 킬 라인의 머드 흐름을 변경할 수 있다. 도 4에서는 초크 앤 킬 매니폴드 패널(232)을 도시하고 있으며, 초크 밸브(232a)의 열기(Open) 버튼을 1회 누를 때마다 머드 펌프의 압력(P)이 감소하고, 닫기(Close) 버튼을 1회 누를 때마다 머드 펌프의 압력(ㅖ)이 증가하여 상황에 따라 일정한 압력을 맞출 수 있도록 한다. 232b는 킬 밸브이다.The choke & kill
도 4의 상단에 도시된 4개의 조작패널은 4개의 머드 펌프 별 왕복수를 카운트하여 펌프별로 각각 표시하고, 4개의 조작 패널 아래에 위치한 1개의 조작패널은 4개의 머드 펌프의 총 왕복횟수를 표시한다. The four operation panels shown at the top of FIG. 4 count the number of round trips for each of the four mud pumps, and display each of the pumps, and one operation panel located below the four operation panels displays the total number of round trips of the four mud pumps. do.
초크 밸브(232a) 바로 위에 있는 패널은 초크 밸브(232a)가 1회 눌러지면 1%씩 증가되어 초크 압력창(C)에 표시된다. 머드가 회수되는 통로의 개도 정도를 초크 앤 킬 매니폴드 패널(232)에 구비된 초크 밸브(232a)를 조작하여 머드 펌프의 압력(P)이 조작자가 원하는 일정 압력으로 용이하게 맞출 수 있다. The panel immediately above the
컨트롤러(21)는 유정 상태 계산부(211), 통신부(212), 판단부(213), 킥증후 제공부(214), 시뮬레이션부(215), 킥 제거부(216), 머드 교체부(217), 머드 순환부(218) 및 검증부(219)를 포함하여 구성된다.The
유정 상태 계산부(211)는 조작 단말(10)을 통해 조작된 각종 신호를 PLC 서버(15)를 거쳐 가공된 제어신호를 수신하고 수신된 제어신호를 미리 프로그램되어 있는 계산식 또는 처리 로직에 따라 유정의 현재 상태를 계산한다.The well state calculation unit 211 receives a control signal processed through the
유정 굴착을 위한 조작자는 유정 제어 서버(20)내의 조작 패널(23), 즉 BOP 패널(231), 초크 앤 킬 매니폴드 패널(232), 또는 조작 단말(10)내의 조이스틱, 터치패널, 조작패널에서 장비 조작을 할 수 있다.The operator for drilling the oil well is the
유정 상태 계산부(211)는 조작 단말(10) 또는 유정 제어 서버(20) 내의 조작 패널(23)의 조작에 상응하게 유정의 현재 상태를 계산한다. 특히, 유정 상태 계산부(211)는 킥(kick, 고압가스) 발생시 킥의 거동을 분석하기 위해 다상 유동 수학적 모델을 이용하여 유정 내 유입된 킥의 부피와 압력을 계산한다.The well state calculation unit 211 calculates the current state of the well corresponding to the manipulation of the
통신부(212)는 유정 상태 계산부(211)에 의해 계산된 유정의 현재 상태를 PLC 서버(15)에 전송한다. PLC 서버(15)는 통신부(212)로부터 수신된 유정의 현재 상태를 조작 단말(10)에 전송한다. 또한 통신부(212)는 조작 단말(10)로부터 조작된 조작신호를 PLC 서버(15)를 거쳐 수신하고, 장비 동작 시뮬레이션 서버(30)로부터 시뮬레이션된 장비의 정보를 PLC 서버(15)를 거쳐 수신한다.The
판단부(213)는 유정 상태 계산부(211)에 의해 계산된 유정의 상태가 킥 발생조건인지 여부를 판단한다. 시추 작업중에는 시추 깊이에 따라 지층의 압력이 유정내의 압력보다 큰 조건인 킥 발생조건인 경우, 유정 굴착 작업중 고압가스 분출에 의한 사고로 이어지므로 킥을 제거하기 위한 장비를 조작한다.The
판단부(213)의 판단결과, 킥 발생조건인 경우 킥증후 제공부(214)는 킥의 발생임을 나타내는 킥증후 정보를 조작 단말(10)의 조작 패널을 통해 보여지도록 PLC 서버(15)에 제공한다. 이에 따라, 조작자는 시추 작업중에 킥 발생을 신속하게 인식할 수 있다. 킥증후 정보는 머드의 회수량 증가를 나타내는 정보와 머드 저장 탱크에 저장된 머드량의 증가를 나타내는 정보 등이다.As a result of the determination by the
판단부(213)의 판단결과, 킥 발생조건인 경우 시뮬레이션부(215)는 조작 단말(10)을 통해 조작된 장비의 구동중지신호를 수신하고, BOP 패널(231)을 통해 통로의 폐쇄신호를 수신하여 수신된 신호에 따라 시뮬레이션한다.As a result of determination by the
지층의 압력이 유정내의 압력보다 큰 킥 발생조건이 발생하면 고압의 가스가 시추공으로 들어오면서 머드 회수량(Mud Return Flow)이 증가하게 되고, 머드 저장탱크의 머드양이 증가하게 된다. 이러한 킥증후 정보를 보고 킥이 발생되었다는 것을 조작 단말(10)을 통해 알 수 있다.If the kicking condition occurs when the pressure of the strata is greater than the pressure in the well, the high-pressure gas enters the borehole, which increases the mud return flow and the mud amount of the mud storage tank. By looking at the kick symptom information, it can be known through the
따라서 시뮬레이션부(215)는 시뮬레이션된 머드 회수량 및 머드 저장 탱크의 머드량을 갖는 유정의 현재 상태로 시뮬레이션한다. 통신부(212)는 시뮬레이션부(215)를 통해 시뮬레이션된 유정의 현재 상태를 PLC 서버(15)를 거쳐 조작 단말(10)에 전송되도록 한다. 조작 단말(10)에서는 시뮬레이션부(215)로부터 시뮬레이션된 유정의 현재 상태를 시추 작업자에게 보여지도록 조작 단말(10)의 조작 패널에 표시한다.Accordingly, the
이와 같은 유정의 현재 상태를 감지한 조작 단말(10)의 시추 작업자는 시추 파이프(Drill String)을 바닥으로부터 약 2-4m 정도 들어올려 드릴링(Drilling)을 멈추도록 탑드라이브(topdrive)를 약 2-4m 정도 들어올리는 조작신호를 입력하고, 머드 펌프(Mud Pump) 중지신호를 입력한다. 조작 단말(10)을 통해 입력받은 탑 드라이브 조작신호와 머드 펌프 중지신호는 PLC 서버(15)를 거쳐 유정 제어 서버(20)에 전송된다.When the drilling operator of the
시뮬레이션부(215)는 드릴링이 멈추고, 머드 펌프가 정지되었기 때문에 시추 깊이를 더 이상 증가시키지 않고, 머드의 유량을 감소시키고 시추공 압력을 재계산하여 유정의 현재 상태를 변경한다. 변경된 유정의 현재 상태는 실시간으로 유정 제어 서버(20)의 조작 패널(23) 및 조작 단말(10)의 조작 패널에 전송한다.The
머드 펌프를 정지했음에도 불구하고 머드 회수 유량 및 머드 저장 탱크의 머드량이 계속 증가하게 되면 증가되는 유정의 현재 상태를 조작 단말(10)에 전송되어 조작패널상에 표시된다. 이와 같이 계속적으로 머드 회수 유량 및 머드 저장 탱크의 머드량이 증가하면 조작 단말(10)의 시추 작업자는 킥 발생 상황임을 확신하게 된다.If the mud recovery flow rate and the mud amount of the mud storage tank continue to increase even though the mud pump is stopped, the current state of the increased well is transmitted to the
따라서 시뮬레이션부(215)는 지층의 압력보다 유정내의 압력이 높은 상태로 유지되도록 조작 단말(10)로부터 조작된 장비의 중지신호와 BOP 패널(231)을 통해 통로를 폐쇄시킨 채 시뮬레이션하여 유정의 현재 상태를 변경한다. 이때, 시추작업이 중단된다.Therefore, the
BOP 패널(231)을 폐쇄시킨 상태에서 킥 제거부(216)는 조작 단말(10)로부터 수신된 머드 펌프의 구동신호에 따라 머드가 공급되도록 한다. 또한 킥 제거부(216)는 머드가 공급되는 중에 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 초크 밸브의 개도를 조절하여 일정한 압력을 유지하면서 머드를 순환시켜 킥을 드릴플로워로 밀어낸다.In the state in which the
BOP 패널(231)은 머드가 회수되는 통로를 통해 드릴플로워로 올라오는 머드의 흐름을 막는 것으로, 파이프램(Pipe Ram), 블라인드램(Blind Ram), 전단램(Shear Ram) 등의 장치를 통해 막는다. 각 램(Ram)의 개폐 조작은 유정 제어 서버(20)의 BOP 패널(231)에서 수행하며, 램(Ram)을 닫으면 유정의 머드 압력을 다시 계산하여 조작 단말(10)을 통해 보여준다.The
BOP 패널(231)의 폐쇄로 인해 머드가 갖히게 되면 유정내의 압력 즉, 시추공의 가장 하단부의 압력이 올라가게 되고 유정내의 압력이 지층압력보다 커지게 되어 킥이 추가적으로 들어오는 것을 막을 수 있다.When the mud is provided due to the closing of the
킥의 제거는 시추선 위에 있는 초크 앤 킬 매니폴드에 구비된 초크 밸브를 조정하여 제거할 수 있다. 이 초크 밸브는 유정 제어 서버(20)의 초크 앤 킬 매니폴드 패널에서 개폐를 단속할 수 있다. 이때 초크 밸브 개폐의 기준이 되는 값이 스탠드파이프(standpipe) 압력(시추선의 드릴플로워에 있는 스탠드파이프의 압력임)일 수 있다. 스탠드파이프는 머드 펌프로부터 토출되는 머드가 가장 먼저 지나가는 통로이므로 머드 펌프 압력과 거의 유사한 경향을 보이며, 머드 펌프로 머드를 주입하여 킥을 밀어내면서 스탠드파이프 압력, 즉 머드 펌프 압력이 일정한지 계측, 감시하게 된다. 즉 유정내 압력을 일정하게 유지한 상태에서 머드를 순환시켜 킥을 드릴플로워로 밀어내 킥을 제거한다. 따라서 시추 작업자는 머드 펌프 압력이 일정하게 유지되는지 확인하면서 초크 밸브를 열거나 닫는 작업을 한다. The kick can be removed by adjusting the choke valve provided on the choke and kill manifold above the drilling line. This choke valve can control opening and closing in the choke and kill manifold panel of the
머드 교체부(217)는 킥 제거부(216)에 의해 킥에 제거되면 머드 저장 탱크에 저장된 머드(old mud)의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 킬 머드(kill mud)로 교체한다.The
머드 순환부(218)는 교체된 킬 머드를 머드 펌프를 통해 순환시킨다. 즉 머드 순환부(218)는 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 4개의 머드 펌프에서 주입한 총 펌프 왕복수와 머드 펌프 압력을 참고하여 초크 밸브를 개폐하여 교체된 킬 머드를 순환시킨다.
머드 순환부(218)에 의해 킬 머드가 모두 순환되었으면, 검증부(219)는 머드 펌프를 정지한 상태에서 초크 압력과 머드 펌프 압력이 '0'인지 여부를 판단하여 '0'이면 킥이 모두 제거되었음을 검증한다.When the kill mud is circulated by the
이와 같이 킥이 모두 제거되었으면 머드가 회수되는 통로(annulus) 내에 남아 있는 예전 머드를 킬 머드로 교체하도록 머드 펌프와 BOP 패널(231)을 조작하고 드릴링을 다시 시작하도록 탑드라이브를 조작 단말(10)을 통해 조작한다.When all the kicks are removed as described above, the top drive is operated to operate the mud pump and the
따라서 유정 굴착중에 유정의 상태를 모니터링하면서 킥 발생시 시추 장비 및 BOP 패널(231)을 조작하여 시추작업을 중단하고 킥을 제거한 후 밀도가 높은 킬 머드로 순환시켜 킥을 모두 제거되었음을 검증한 후에 다시 시추 작업을 안전하게 시작할 수 있도록 교육할 수 있다.Therefore, during drilling of the well, the drilling equipment and the
본 실시예에서는 조작 단말(10), PLC 서버(15), 유정 제어 서버(20) 및 장비 동작 시뮬레이션 서버(30)를 포함하는 시추 시뮬레이터로 설명하고 있으나, 다른 실시예에서는 하나의 서버를 통해서도 구현 가능하다.In this embodiment, but described as a drilling simulator including the
이와 같은 구성을 갖는 시추 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The simulation method of the drilling simulator having such a configuration will be described below with reference to FIG. 5.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시추 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.5 is an operation flowchart for explaining a simulation method of a drilling simulator according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면 PLC 서버(15)는 조작 단말(10)을 통해 조작된 장비의 조작신호를 입력받는다(S11).Referring to FIG. 5, the
조작 단말(10)을 통해 조작된 장비의 조작 신호는 PLC 서버(15)에 입력되고, 장비의 운용정보를 저장하고 있는 PLC 서버(15)는 장비의 조작신호에 상응하게 가공된 제어신호를 유정 제어 서버(20) 및 장비 동작 시뮬레이션 서버(30)에 전송한다(S13).The operation signal of the equipment operated through the
유정 제어 서버(20)는 PLC 서버(15)로부터 전송된 제어신호에 따라 시뮬레이션되는 유정의 현재 상태를 계산한다(S15).The
유정 제어 서버(20)는 계산된 유정의 현재 상태가 킥 발생조건인지 여부를 판단한다(S17). 킥 발생 조건은 지층의 압력이 유정의 압력보다 큰 조건을 말한다.The
도 7에 도시된 그래프에 도시된 바와 같이, (a)는 수면으로부터의 깊이에 따른 공극압(Pore Pressure, 지층안에 있는 가스의 압력)을 나타내고, (b)는 파쇄압(Fracture Pressure, 지층이 무너지는 압력)을 나타내며, (c)는 정수압(머드가 회수되는 통로내에 있는 머드의 압력)을 나타낸다. 도 7에서 보는 바와 같이 지층의 압력이 유정의 압력보다 큰 지점(K)이 킥 발생 조건임을 알 수 있다.As shown in the graph shown in FIG. 7, (a) represents the pore pressure (pressure of the gas in the strata) according to the depth from the water surface, and (b) the fracture pressure (fracture pressure) (C) represents hydrostatic pressure (the pressure of the mud in the passage where the mud is recovered). As shown in FIG. 7, it can be seen that the kicking condition is a point K where the pressure of the strata is greater than the pressure of the well.
시추를 진행함에 따라 시추 깊이가 깊어지고, 시추 깊이가 깊어짐에 따라 공극압은 증가한다. 따라서, 시추를 계속 진행하면 어느 순간 공극압이 정수압보다 커져서 지층에 있는 고압의 가스가 시추공(Borehole)으로 들어오게 된다. 이러한 상황을 킥이 발생한 상황이라고 표현한다.As drilling proceeds, the drilling depth deepens, and as the drilling depth deepens, the pore pressure increases. Therefore, if the drilling continues, the pore pressure becomes greater than the hydrostatic pressure at some point so that the high pressure gas in the ground layer enters the borehole. This situation is referred to as a kick.
상기 S17 단계의 판단결과 계산된 유정의 상태가 킥 발생조건이 아닌 경우 유정 제어 서버(20)는 상술된 S11 단계로 프로세스를 이동하여 조작 단말(10)을 통해 유정 굴착을 위한 장비의 조작신호를 입력받는다.If the state of the oil well calculated as a result of the determination in step S17 is not a kicking condition, the oil
상기 S17 단계의 판단결과 계산된 유정의 상태가 킥 발생조건인 경우 유정 제어 서버(20)는 킥의 발생임을 나타내는 킥증후 정보를 조작 단말(10)의 조작 패널을 통해 표시되도록 PLC 서버(15)에 제공한다(S18). If the oil well state calculated as a result of the determination in step S17 is a kick generating condition, the oil
PLC 서버(15)는 시추 파이프(Drill String)을 바닥으로부터 약 2-4m 정도 들어올려 드릴링(Drilling)을 멈추도록 탑드라이브를 2-4m 정도 들어올리는 조작신호와, 머드 펌프(Mud Pump) 중지신호를 수신한다(S19).The
유정 제어 서버(20)는 드릴링이 멈추고, 머드 펌프가 정지되었기 때문에 시추 깊이를 더 이상 증가시키지 않고, 머드의 유량을 감소시키고 시추공 압력을 재계산하여 유정의 현재 상태를 변경시킨다(S21).The oil
머드 펌프를 정지했음에도 불구하고 유정 제어 서버(20)는 머드 회수 유량 및 머드 저장 탱크의 머드량이 계속 증가하는지 여부를 판단한다(S22).Although the mud pump is stopped, the oil
상기 S22 단계의 판단결과, 계속 증가하지 않는 경우 유정 제어 서버(20)는 상술된 S11 단계로 프로세스를 이동하여 조작 단말(10)을 통해 유정 굴착을 위한 장비의 조작신호를 입력받는다.If the determination result of step S22 does not continue to increase, the oil
상기 S22 단계의 판단결과, 계속 증가하는 경우 유정 제어 서버(20)는 조작 패널상에 보여지도록 유정의 현재 상태를 PLC 서버(15)를 거쳐 조작 단말(10)에 전송한다(S23). 이와 같이 계속적으로 머드 회수 유량 및 머드 저장 탱크의 머드량이 증가하면 조작 단말(10)의 시추 작업자는 킥 발생 상황임을 확신하게 된다.As a result of the determination in step S22, the oil
유정 제어 서버(20)는 지층의 압력보다 유정내의 압력이 높은 상태로 유지되도록 BOP 패널(231)을 통해 통로를 폐쇄시키는 폐쇄신호를 PLC 서버(15)를 거쳐 수신한다(S24).The oil
그러면 유정 제어 서버(20)는 BOP 패널(231)의 폐쇄신호에 맞춰 시뮬레이션하여 유정의 현재 상태를 변경한다(S25). BOP 패널(231)의 폐쇄로 인해 머드가 갖히게 되면 유정내의 압력이 지층압력보다 커지게 되어 추가적으로 킥이 들어오는 것을 막을 수 있다.Then, the well control
이후 유정 제어 서버(20)는 유정내의 킥을 제거하는 킥 제거 서브루틴을 수행한다(S30).The
도 6을 참조하여 킥 제거 서브루틴(S30)을 설명하면 유정 제어 서버(20)는 조작 단말(10)로부터 수신된 머드 펌프의 구동신호에 따라 머드가 공급되도록 한다(S31).Referring to FIG. 6, the kick removal subroutine S30 will be described. The
다음 유정 제어 서버(20)는 머드가 공급되는 중에 초크 앤 킬 매니폴드 패널(232)에 구비된 초크 밸브의 개도를 조절하여 일정한 압력을 유지하면서 머드를 순환시켜 킥을 드릴플로워로 배출한다(S32).Next, the well control
킥이 제거된 후 유정 제어 서버(20)는 머드 저장 탱크에 저장된 머드(old mud)의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 킬 머드(kill mud)로 교체한다(S33).After the kick is removed, the well control
유정 제어 서버(20)는 교체된 킬 머드를 머드 펌프를 통해 순환시킨다(S34)The oil
킬 머드가 모두 순환되면 유정 제어 서버(20)는 조작 단말(10)을 통해 머드 펌프의 중지신호를 수신한다(S35).If all the kill mud is circulated, the well control
유정 제어 서버(20)는 머드 펌프를 정지한 상태에서 초크 압력과 모드펌프 압력이 '0'인지 여부를 판단한다(S36).The
상기 S36 단계의 판단결과, 초크 압력과 머드 펌프 압력이 '0'이 아닌 경우 유정 제어 서버(20)는 상술된 S33 단계로 프로세스를 이동한다. 단 초크 압력과 머드 펌프 압력이 '0'이 아닌 경우는 킬머드의 밀도를 잘못 계산한 경우로, 다시 적절한 밀도를 갖는 킬머드를 계산하고 계산된 밀도를 갖는 킬머드로 교체한다.If the choke pressure and the mud pump pressure are not '0', the oil
상기 S36 단계의 판단결과, 초크 압력과 머드 펌프 압력이 '0'인 경우 유정 제어 서버(20)는 초크 압력과 머드 펌프 압력이 '0'인 경우 킥이 모두 제거되었음을 검증한다(S37).As a result of the determination in step S36, when the choke pressure and the mud pump pressure are '0', the oil
다시 도 4에서, 유정 제어 서버(20)는 검증이 완료된 후 머드가 회수되는 통로(annulus) 내에 남아 있는 예전 머드(old mud)를 킬 머드(kill mud)로 교체하도록 머드 펌프와 BOP 패널(231)을 조작하고 드릴링을 다시 시작하도록 탑드라이브를 조작 단말(10)을 통해 조작한다(S40).Again in FIG. 4, the well control
이렇게 함으로써 시추 작업중에 발생할 수 있는 킥을 안전하게 제거한 후 다시 시추작업을 실시할 수 있도록 교육시킬 수 있다.This will safely remove kicks that may occur during drilling and train them to drill again.
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.The invention being thus described, it will be obvious that the same way may be varied in many ways. Such modifications are intended to be within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
10 : 조작 단말 15 : PLC 서버
20 : 유정 제어 서버 30 : 장비 동작 시뮬레이션 서버
21 : 컨트롤러 211 : 유정 상태 계산부
212 : 통신부 213 : 판단부
214 : 킥증후 제공부 215 : 시뮬레이션부
216 : 킥 제거부 217 : 머드 교체부
218 : 머드 순환부 219 : 검증부
23 : 조작 패널 231 : BOP 패널
232 : 초크 앤 킬 매니폴드 패널10: operation terminal 15: PLC server
20: well control server 30: equipment operation simulation server
21: controller 211: well state calculation unit
212: communication unit 213: judgment unit
214: Kick symptom providing unit 215: Simulation unit
216: kick removal unit 217: mud replacement unit
218: mud circulation 219: verification unit
23: operation panel 231: BOP panel
232: Choke & Kill Manifold Panel
Claims (13)
장비 운용에 대한 정보를 저장하고 있으며, 상기 저장된 장비 운용에 대한 정보와 상기 조작 단말로부터 수신된 조작신호에 근거하여 조정될 장비에 인가될 제어신호를 생성하여 해당 장비의 시뮬레이션을 수행하도록 외부로 전송하는 PLC 서버;
상기 PLC 서버로부터 수신된 제어신호에 따라 시뮬레이션되는 유정의 현재 상태를 계산하여 계산된 유정의 현재 상태를 상기 조작 단말상에 보여지도록 하는 유정 제어 서버; 및
상기 PLC 서버로부터 수신된 제어신호에 따라 해당 장비의 위치 및 자세를 변경하는 장비 동작 시뮬레이션 서버를 포함하는 시추 시뮬레이터.An operation terminal having an input means for manipulating the equipment required for the drilling operation and receiving an operation signal of the equipment selected by the input means;
It stores information on the equipment operation, and generates a control signal to be applied to the equipment to be adjusted based on the information on the stored equipment operation and the operation signal received from the operation terminal to transmit to the outside to perform the simulation of the equipment. PLC server;
An oil well control server configured to calculate a current state of an oil well simulated according to a control signal received from the PLC server so that the calculated current state of the well is displayed on the operation terminal; And
Drilling simulator including a machine operation simulation server for changing the position and attitude of the equipment in accordance with the control signal received from the PLC server.
상기 유정 제어 서버는
머드가 회수되는 통로를 개폐하는 BOP 패널과, 초크 라인과 킬 라인의 머드 흐름을 변경하는 초크 앤 킬 매니폴드 패널을 구비하는 조작 패널과,
상기 PLC 서버로부터 수신된 제어신호를 입력값으로 계산하여 유정의 현재 상태를 변경하고 변경된 유정의 현재 상태를 상기 PLC 서버로 전달하여 상기 조작 단말에 상기 변경된 유정의 현재 상태가 보여지도록 하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 시뮬레이터.The method according to claim 1,
The well control server
An operation panel having a BOP panel for opening and closing a passage through which the mud is recovered, a choke and kill manifold panel for changing the mud flow of the choke line and the kill line,
And a controller for calculating a control signal received from the PLC server as an input value to change the current state of the well and transfer the current state of the oil well to the PLC server so that the current terminal state of the changed well is shown to the operation terminal. Drilling simulator, characterized in that.
상기 컨트롤러는
상기 PLC 서버를 사이에 두고 상기 장비 동작 시뮬레이션 서버와 연동되며,
상기 시뮬레이션되는 유정의 현재 상태를 계산하는 유정 상태 계산부;
상기 유정 상태 계산부에 의해 계산된 유정의 현재 상태를 상기 PLC 서버에 전송하는 통신부;
상기 유정 상태 계산부에 의해 계산된 유정의 현재 상태가 미리 설정된 킥(kick) 발생조건인지 여부를 판단하는 판단부;
상기 판단부의 판단결과, 상기 유정의 현재 상태가 킥 발생조건인 경우 상기 조작 단말에 킥의 발생임을 나타내는 킥증후 정보를 제공하는 킥증후 제공부;
상기 계산된 유정의 현재 상태로 시뮬레이션하되, 상기 유정의 현재 상태가 킥 발생조건인 경우 상기 조작 단말로부터 조작된 장비의 중지신호와 상기 BOP 패널을 통해 상기 통로를 폐쇄시키는 폐쇄신호에 따라 시뮬레이션하는 시뮬레이션부; 및
상기 조작 단말로부터 수신된 머드 펌프의 구동 신호에 따라 머드가 공급되는 중에 상기 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 초크 밸브의 개도를 조절하여 일정한 압력을 유지하면서 머드를 순환시켜 킥을 제거하는 킥 제거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 시뮬레이터.The method according to claim 2,
The controller
It is linked with the equipment operation simulation server with the PLC server in between,
An oil well state calculator for calculating a current state of the oil well being simulated;
A communication unit for transmitting the current state of the well calculated by the well state calculation unit to the PLC server;
A determination unit determining whether a current state of the well calculated by the well state calculation unit is a preset kick generating condition;
A kick symptom providing unit configured to provide kick symptom information indicating that a kick is generated to the manipulation terminal when the current state of the well is a kick generating condition;
Simulates the calculated current state of the well, if the current state of the well is a kick generation condition simulation according to the stop signal of the equipment operated from the operation terminal and the closing signal for closing the passage through the BOP panel part; And
Kick removal to remove the kick by circulating the mud while maintaining a constant pressure by adjusting the opening degree of the choke valve provided in the choke and kill manifold panel while the mud is supplied according to the driving signal of the mud pump received from the operation terminal Drilling simulator comprising a part.
상기 킥 발생조건은 상기 시뮬레이션되는 지층의 압력이 유정내의 압력보다 큰 조건인 것을 특징으로 하는 시추 시뮬레이터.The method according to claim 3,
The kick generating condition is a drilling simulator, characterized in that the pressure of the simulated strata is greater than the pressure in the well.
상기 컨트롤러는
상기 킥 제거부에 의해 킥이 제거되면 머드 저장 탱크에 저장된 머드의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 킬 머드로 교체하는 머드 교체부;
상기 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 머드 펌프의 총왕복수와 머드 펌프 압력을 참고하여 초크 밸브를 개폐시켜 상기 머드 교체부에 의해 교체된 킬 머드를 순환시키는 머드 순환부; 및
상기 머드 펌프를 정지한 상태에서 초크 압력과 머드 펌프 압력이 '0'이면 킥이 모두 제거되었음을 검증하는 검증부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 시뮬레이터.The method according to claim 3,
The controller
A mud replacement unit for replacing a kick mud having a density higher than that of a mud stored in a mud storage tank when the kick is removed by the kick removing unit;
A mud circulation unit configured to circulate the kill mud replaced by the mud replacement unit by opening and closing the choke valve with reference to the total reciprocation of the mud pump and the mud pump pressure provided in the choke and kill manifold panel; And
And a verification unit for verifying that the kick is removed when the choke pressure and the mud pump pressure are '0' while the mud pump is stopped.
상기 PLC 서버는
상기 조작 단말로부터 수신된 조작신호를 미리 프로그래밍된 제어 로직에 따라 제어신호를 생성하고 생성된 제어신호를 상기 유정 제어 서버 및 상기 장비 동작 시뮬레이션 서버에 전송하는 가공 처리부; 및
상기 장비 동작 시뮬레이션 서버로부터 수신된 장비의 위치 및 자세값을 수신하여 상기 조작 단말 및 상기 유정 제어 서버에 제공하는 동작 상태 제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 시뮬레이터.The method according to claim 1,
The PLC server
A processing processor for generating a control signal according to pre-programmed control logic and transmitting the generated control signal to the well control server and the equipment operation simulation server; And
Drilling simulator comprising an operation state providing unit for receiving the position and attitude value of the equipment received from the equipment operation simulation server to provide to the operation terminal and the well control server.
상기 장비 동작 시뮬레이션 서버는 상기 PLC 서버로부터 수신된 제어신호에 따라 해당 시추장비의 위치 및 자세를 변경하고, 변경된 위치 및 자세값을 해당 장비의 움직임을 표시하는 영상처리서버에 전달하는 것을 특징으로 하는 시추 시뮬레이터.The method according to claim 1,
The equipment operation simulation server changes the position and attitude of the drilling rig according to the control signal received from the PLC server, and transmits the changed position and attitude value to the image processing server displaying the movement of the equipment. Drilling simulator.
상기 유정 상태 계산부에 의해 계산된 유정의 현재 상태가 미리 설정된 킥(kick) 발생조건인지 여부를 판단하는 판단부;
상기 판단부의 판단결과, 상기 유정의 현재 상태가 킥 발생조건인 경우 킥의 발생임을 나타내는 킥증후정보를 제공하는 킥증후 제공부;
상기 계산된 유정의 현재 상태로 시뮬레이션하되, 상기 유정의 현재 상태가 킥 발생조건인 경우 상기 장비의 중지신호와 BOP 패널을 통해 통로를 폐쇄시키는 폐쇄신호에 따라 시뮬레이션하는 시뮬레이션부; 및
머드 펌프의 구동 신호에 따라 머드가 공급되는 중에 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 초크 밸브의 개도를 조절하여 일정한 압력을 유지하면서 머드를 순환시켜 킥을 제거하는 킥 제거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 시뮬레이터.An oil well state calculator configured to calculate a current state of an oil well simulated according to an operation signal of equipment required for drilling work;
A determination unit determining whether a current state of the well calculated by the well state calculation unit is a preset kick generating condition;
A kick symptom providing unit for providing kick symptom information indicating that kicking occurs when the current state of the well is a kick generating condition;
A simulation unit for simulating the calculated current state of the well, in accordance with a stop signal of the equipment and a closed signal closing the passage through a BOP panel when the current state of the well is a kick generation condition; And
And a kick remover configured to remove the kick by circulating the mud while maintaining a constant pressure by adjusting the opening degree of the choke valve provided in the choke and kill manifold panel while the mud is supplied according to the driving signal of the mud pump. Drilling simulator.
상기 킥 제거부에 의해 킥이 제거되면 머드 저장 탱크에 저장된 머드의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 킬 머드로 교체하는 머드 교체부;
상기 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 머드 펌프의 총왕복수와 머드 펌프압력을 참고하여 초크 밸브를 개폐하여 상기 머드 교체부에 의해 교체된 킬 머드를 순환시키는 머드 순환부; 및
상기 머드 펌프를 정지한 상태에서 초크 압력과 상기 머드 펌프 압력이 '0'이면 킥이 모두 제거되었음을 검증하는 검증부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 시뮬레이터.The method according to claim 8,
A mud replacement unit for replacing a kick mud having a density higher than that of a mud stored in a mud storage tank when the kick is removed by the kick removing unit;
A mud circulation unit configured to open and close the choke valve to circulate the kill mud replaced by the mud replacement unit by referring to the total reciprocation of the mud pump and the mud pump pressure provided in the choke and kill manifold panel; And
And a verification unit for verifying that the kick is removed when the choke pressure and the mud pump pressure are '0' while the mud pump is stopped.
상기 조작 단말로부터 장비의 조작신호를 수신하는 단계;
상기 수신되는 조작신호에 따라 시뮬레이션되는 유정의 현재 상태를 계산하고, 계산된 유정의 현재 상태가 미리 설정된 킥(kick) 발생조건인지 여부를 판단하는 단계;
상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 킥 발생조건인 경우, 경우 킥의 발생임을 나타내는 킥증후 정보를 제공하는 단계;
상기 계산된 유정의 현재 상태로 시뮬레이션하되, 상기 유정의 현재 상태가 킥 발생조건인 경우 상기 조작 단말로부터 조작된 장비의 중지신호와 BOP 패널을 통해 통로를 폐쇄시키는 폐쇄신호에 따라 시뮬레이션하는 단계; 및
상기 조작 단말로부터 입력된 머드 펌프의 구동 신호에 따라 머드가 공급되는 중에 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 초크 밸브의 개도를 조절하여 일정한 압력을 유지하면서 머드를 순환시켜 킥을 제거하는 단계를 포함하는 시추 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법.An operation terminal having an input means for operating equipment required for drilling operation, an equipment operation simulation server for simulating the equipment operated by the operation terminal, a PLC server installed between the operation terminal and the equipment operation simulation server, and an oil well A simulation method of a drilling simulator including an oil well control server that simulates excavation work,
Receiving an operation signal of equipment from the operation terminal;
Calculating a current state of the oil well simulated according to the received manipulation signal, and determining whether the calculated current state of the well is a preset kick generating condition;
Providing kick symptom information indicating that the kick is generated when the kicking condition is determined as a result of the determining;
Simulating with the calculated current state of the well, if the current state of the well is a kick generating condition, simulating according to the stop signal of the equipment operated from the operation terminal and the closing signal closing the passage through the BOP panel; And
And controlling the opening of the choke valve provided in the choke and kill manifold panel while the mud is supplied according to the driving signal of the mud pump inputted from the operation terminal, circulating the mud to remove the kick while maintaining a constant pressure. Simulation method of drilling simulator.
상기 킥 발생조건은 상기 시뮬레이션되는 지층의 압력이 유정내의 압력보다 큰 조건인 것을 특징으로 하는 시추 시뮬레이터.The method of claim 10,
The kick generating condition is a drilling simulator, characterized in that the pressure of the simulated strata is greater than the pressure in the well.
상기 킥을 제거하는 단계 이후에,
머드 저장 탱크에 저장된 머드보다 높은 밀도를 갖는 킬 머드로 교체하는 단계;
상기 초크 앤 킬 매니폴드 패널에 구비된 머드 펌프의 총왕복수와 머드 펌프 압력을 참고하여 초크 밸브를 개폐하여 킬 머드를 순환시키는 단계; 및
상기 머드 펌프를 정지한 상태에서 초크 압력과 상기 머드 펌프 압력이 '0'이면 킥이 모두 제거되었음을 검증하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법.The method of claim 10,
After removing the kick,
Replacing with a mud having a higher density than the mud stored in the mud storage tank;
Circulating the choke mud by opening and closing the choke valve with reference to the total reciprocation of the mud pump and the mud pump pressure provided in the choke and kill manifold panel; And
And verifying that the kick is removed when the choke pressure and the mud pump pressure are '0' while the mud pump is stopped.
상기 킥증후 정보를 제공하는 단계 이후에,
상기 조작 단말을 통해 시추 파이프를 일정 높이 들어올리는 조작신호와, 머드 펌프의 중지신호를 수신하는 단계;
상기 수신된 신호에 따라 머드의 유량을 감소시켜 시추공 압력을 재계산하여 상기 유정의 현재 상태를 변경하는 단계; 및
상기 변경하는 단계의 의해 변경된 유정의 현재 상태가 머드 회수 유량 및 머드 저장 탱크의 머드량이 증가하는 경우 상기 BOP 패널의 통로를 폐쇄시키는 폐쇄신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 시뮬레이터의 시뮬레이션 방법.The method of claim 10,
After providing the kick symptom information,
Receiving an operation signal for lifting a drilling pipe at a predetermined height and a stop signal of a mud pump through the operation terminal;
Reducing the mud flow rate in accordance with the received signal to recalculate the borehole pressure to change the current state of the well; And
And receiving a closing signal for closing the passage of the BOP panel when the current state of the well changed by the changing step increases the mud recovery flow rate and the mud amount of the mud storage tank. Simulation method.
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