WO2021118416A1 - Drilling rig training simulator - Google Patents
Drilling rig training simulator Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021118416A1 WO2021118416A1 PCT/RU2020/050372 RU2020050372W WO2021118416A1 WO 2021118416 A1 WO2021118416 A1 WO 2021118416A1 RU 2020050372 W RU2020050372 W RU 2020050372W WO 2021118416 A1 WO2021118416 A1 WO 2021118416A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- drilling
- drilling rig
- engine
- lever
- control
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 121
- 238000012549 training Methods 0.000 title abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 28
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000004913 activation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 11
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 10
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 9
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013479 data entry Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B3/00—Rotary drilling
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B25/00—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B25/02—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes of industrial processes; of machinery
Definitions
- the technical solution relates to models and dummies for training and testing the qualifications of operators of industrial processes, in particular, such as drilling with hydraulic exploration rigs.
- the prior art includes various solutions in the field of creating mock-ups and models for operator training. As a rule, such solutions are characterized by the development of theoretical knowledge about ongoing processes and operating rules, equipment inspection and response to emerging problem situations, but do not provide an opportunity to physically work out the necessary tactile skills and create the necessary psychomotor skills to control equipment.
- the task was to create a simulator that would allow the trainees to reveal the features of the behavior of the equipment and its response to the operator's actions, in particular, the mechanisms of interaction of the rock cutting tool and drilling fluid with the well; see a visual model of the processes occurring in the well and hidden from direct observation, observe the occurrence and development of complications and emergency situations.
- the technical result consists in increasing the efficiency of the learning process.
- the presence in the simulator of the physical control panel of the drilling rig identical to the real one, allows students to immerse themselves in the environment of a real drilling rig and create the necessary psychomotor skills of drilling control in them, bring the technology to their fingertips.
- the simulator in particular, enables successful well drilling training in a safe and controlled environment. Critical and costly operations can be trained before the trainee encounters them in practice, helping to save lives, equipment and the well from the potential consequences of rig errors.
- a simulator of a drilling rig including a student's stand, which contains panels simulating the engine start panel and pressure gauges of a drilling rig, cranes that simulate control of the supply and discharge of drilling mud, levers and regulators that simulate control elements for the engine and the drilling rig, the instructor's console, which contains a data input module for setting instructions and a module for monitoring student actions, a display capable of visualizing the drilling process and movement of the drilling rig elements, and a control system that includes interacting random access memory, serving to store the current parameters of the equipment received from the student's stand and instructions from the instructor's console, the data processing unit and the animation control unit, functionally connected to the display for displaying animation, according to the claimed solution contains a controller interacting with the control system, while cranes simulating control of the supply and discharge of drilling mud, equipped with on-off sensors, levers simulating engine and drilling rig controls, equipped with position sensors, regulators simulating engine and
- the levers simulating the controls for the engine and the drilling rig can be made in two- and three-position.
- the data input module for setting instructions is configured to set drilling parameters and operating modes of the equipment, and the data processing unit is configured to perform actions, including, but not limited to, matching instructions, calculating parameters for indicators, generating random numbers to simulate unevenly occurring real processes, and readings, calculation of drilling speed, rotator position and rotational speed.
- the engine start pad controls the virtual engine model, including the indicators included in it.
- the panel can display the following controls and displays: ignition toggle switch (key) for starting the engine, toggle switch (button) bypass protection, toggle switch (button) for turning on the starter, toggle switch (button) for checking the performance of hazard indicator lamps, toggle switch for engine preheating , engine emergency stop button, diesel engine speed increase / decrease switch (availability and type depends on the machine model), a group of light indicators signaling emergency engine modes.
- Drilling Rig Gauges Panel displays a virtual model of a real drill, including indicators included in it.
- the following controls and displays can be displayed on the panel: drilling rig pressure gauges and readings, such as: spindle speed, axial load, pressure and flow rate setting, ROP, borehole depth, etc. .d.
- drilling rig pressure gauges and readings such as: spindle speed, axial load, pressure and flow rate setting, ROP, borehole depth, etc. .d.
- some of the readings can be hidden to control the adequacy of skills training.
- the student's bench also contains cranes that simulate the control of the drilling fluid supply and discharge system, equipped with on-off sensors, multi-position levers and regulators simulating motor and drilling rig controls, equipped with induction and multi-turn angle position sensors.
- the levers can be made two-position and three-position, in order to accurately simulate the controls of a real engine and drilling rig. All data coming from the sensors is fed to the inputs of the controller interacting with the control system to create a virtual model of the drilling rig operation and, in particular, to reflect this virtual model on the display.
- the display is usually large or a projector is used to bring the simulator as close as possible to the actual rig environment.
- levers and regulators are equipped with sensors that allow determining the current position of each control element, collecting data from them and transferring it to the data processing unit through the controller for the program to work. real-time virtual model of the drilling rig.
- the position of the two- and three-position levers can be monitored, for example, using inductive proximity sensors that provide reliable reading and lack the disadvantages of mechanical switches and buttons, such as limited resource, unreliability and bounce. Smooth regulation of the parameters of some units of the drilling rig is possible, in particular, with the use of hydraulic multi-turn regulators (chokes).
- Reading data about their position can be carried out by the transmission of rotation using a gear or belt transmission to the encoder and further processing of the pulses coming from it using a quadrature counter with transmission to the controller, and using an absolute magnetic angle encoder with a hollow shaft mounted on the shaft or knob of the regulator, with further processing by the controller, taking into account the number of revolutions in this case, it is performed by monitoring the difference in the output signal of the sensor when passing through 0
- the instructor's console is used to set the drilling parameters and operating modes of the equipment, as well as monitor the student's actions.
- the console contains a data entry module, through which the instructor can set the operating conditions of the drilling rig, for example, the structure of the geological section of the well from several types of rocks by the depth and drillability category, the size of the tool and the degree of absorption of the drilling fluid, the presence of complications in the form of polishing and sub-wedge, and also allows you to create abnormal situations of the engine operation.
- a control module is used to control the student's actions and assess the degree and correctness of skills development.
- a control system includes interacting random access memory, for example, in the form of RAM, which serves to store the current parameters of the equipment received from the student's stand controller and instructions from the instructor's console, a data processing unit that serves to compare instructions , calculation of parameters for indicators, random number generators for simulating uneven readings, calculation of drilling speed, rotator position and rotation speed, etc., and an animation control unit functionally connected to the display for displaying animation.
- random access memory for example, in the form of RAM, which serves to store the current parameters of the equipment received from the student's stand controller and instructions from the instructor's console
- a data processing unit that serves to compare instructions , calculation of parameters for indicators, random number generators for simulating uneven readings, calculation of drilling speed, rotator position and rotation speed, etc.
- an animation control unit functionally connected to the display for displaying animation.
- the data processing unit includes at least a processor for executing a program for creating a virtual model, which calculates drilling modes depending on the composition of the rock and parameters set by the operator, determines the position of the drill string at each unit of time, the spindle speed, the behavior of the cargo and core winches , actuation of the tube holder and clamping hydraulic chuck, etc.
- visual models are formed, which, for example, simulate the behavior of the non-rigid elements of the machine tool (high pressure hoses and cables) in accordance with the laws of physics (gravity, elasticity and inertia).
- the animation control unit generates display signals for visual display of the drilling process and movement of the drilling rig elements.
- the claimed solution is further illustrated with the help of figures, which, using the example of a simulator of a hydraulic drilling rig with a long stroke of a rotator based on a diesel engine, demonstrates one of the embodiments of the technical solution.
- FIG. 1 is a block diagram of a simulator.
- FIG. 2 shows a general view of the simulator.
- FIG. 3 contains a general view of the student's stand.
- Figure 4 shows the interface of the drilling rig gauge panel at the student's bench in training mode.
- Fig. 5 shows the interface of the drilling rig gauge panel on the student bench in the exam mode.
- FIG. 6 shows an interface of an input module for setting instructions for a motor.
- FIG 7 shows an input module interface for setting instructions regarding drilling conditions.
- the numbers on the figures indicate: 1 - student's stand, 2 - instructor's console, 3 - display, 4 - control system, 5 - engine dashboard, 6 - engine control panel, 7 - drilling rig gauge panel, 8 - taps simulating feed control and drilling mud discharge, 9 - two-position hydraulic chuck lever, 10 - two-position hydraulic rod holder lever, 11 - three-position mast control lever, 12 - mixer two-position lever, 13 - three-position floating rotator position control lever, 14 - three-position slow feed lever, 15 - regulator rotation speed, 16 - main winch release lever, 17 - feed speed regulator, 18 - slow flow valve operating pressure regulator, 19 - flush pump regulator, 20 - rotation direction control lever, 21 - quick feed lever, 22 - main winch control lever , 23 - control lever for the core-receiving winch, 24 - random access memory, 25 - data processing unit, 26 - animation control unit.
- buttons on the stand of 1 student for example, gear levers, selection of the type of drilling fluid, etc.
- the choice of such parameters is made on one of the panels of the stand 1, while, like on a real drilling rig, changing these parameters is available only if the required conditions are met, for example, gear shifting when rotation is off.
- the stand 1 includes an upper part, on which the engine dashboard 5, the drilling rig gauge panel 6 and the engine start panel 7 are located.
- the stand 1 On the horizontal surface and in the lower part of the stand 1 there are levers and regulators, their relative position depends on the model of the drilling rig.
- Cranes simulating drilling fluid supply and discharge control can be connected from the side or installed on the front panel of the stand 1.
- the dashboard 5 of a diesel engine displays all the indicators available on this dashboard for a real engine.
- the engine control panel 6 contains controls and displays, in particular, an ignition toggle switch (key) for starting the engine, a toggle switch (button) bypass protection, a toggle switch (button) for turning on the starter, toggle switch for checking the efficiency of hazard warning lamps, toggle switch for engine preheating, emergency stop button, switch for increasing / decreasing the diesel engine speed, a group of indicator lights indicating emergency engine modes, etc.
- Panel 7 displays the drilling rig pressure gauges and, if available in the prototype, the spindle speed indicator and flow meter.
- Valves 8, simulating connection to the drilling fluid supply and discharge system can be made in the form of ball valves, functionally corresponding to the drilling fluid supply and discharge valves, equipped with inductive sensors on and off.
- the two-position lever 9 of the clamping hydraulic chuck is made with fixed positions and is equipped with an inductive position sensor. It is used to control the clamping hydraulic chuck, which allows the rotation and axial load of the rotator to be transferred to the drill string in the closed state. To open the hydraulic chuck, the lever 9 is moved forward; to close the hydropathron - back. Lever 9 is equipped with a mechanical locking device to prevent accidental activation.
- the two-position lever 10 of the hydraulic rod holder is used to control the clamping device of the rod holder. It is equipped with an inductive position sensor. To close the rod holder, the lever 10 is moved forward, to open the rod holder - back. Lever 10 is equipped with a mechanical locking device to prevent accidental activation;
- a three-position lever 11 with non-fixed positions serves to control the speed and direction of the mast movement by means of two hydraulic cylinders. It is equipped with two inductive position sensors. To raise the mast, it is necessary to move the lever 11 forward, to lower the mast - move it back.
- Two-position lever 12 with fixed positions for controlling the switching on of a hydraulically driven mixer. Equipped with an inductive position sensor. To turn on the mixer, it is necessary to move the lever 12 back, to turn off the mixer, move it forward.
- the three-position lever 13 for controlling the positions of the floating rotator is made with fixed positions. Equipped with two inductive position sensors. Moving the lever 13 forward provides a smooth downward movement of the rotator for screwing the thread; the movement of the lever 13 backwards provides a smooth movement of the rotator upward to unscrew the thread; in the neutral position of the lever 13, the rotator remains motionless.
- the three-position jog lever 14 has fixed positions. Equipped with two inductive position sensors. Provides a slow downward or upward feed of the rotary head while drilling. With the lever 14 in the middle position, the slow feed hydraulic system is turned off, which allows the use of the fast feed valve. Moving the lever 14 forward provides a slow feed downward (drilling). Moving the lever 14 backward provides a slow upward feed (drilling, coring).
- the speed controller 15 is equipped with an angular position sensor. Rotation of this regulator 15 allows you to change the setting of the minimum working volume of the rotator motor and, therefore, change the rotation speed and torque of the rotator. When the knob 15 is turned clockwise, the rotation speed increases to the maximum, when the knob 15 is turned counterclockwise, the rotation speed decreases. Regulator 15 allows you to select the optimal speed of rotation of the drill string in one of four ranges of the gearbox when shifting. The rotational speed depends on the position of the regulator 15, the gear ratio of the gearbox, the rotational speed of the diesel engine and the angle of deflection of the rotation engaging lever.
- the rotational speed indicator is displayed on the screen of the instructor's console 2 and, if available in a specific model of the drilling rig, on the panel 7 of the pressure gauges of the drilling rig of the student's stand 1 (Fig. 4). If there is no tachometer in the prototype, then in the "Exam” mode it is hidden from the student, as shown in Fig. 5
- Lever 16 release of the main winch with fixed positions is equipped with an inductive position sensor. Lever 16 controls the oil flow to release the main winch brake. Turning valve lever 16 clockwise activates the winch brake to operate the winch in normal tripping mode. Turning valve lever 16 counterclockwise releases the winch in drilling mode.
- the feed rate controller 17 is equipped with an angular position sensor.
- the regulator 17 sets the feed rate of the drill string.
- the knob 17 is turned clockwise, the groove speed decreases, counterclockwise - it increases.
- the pressure in the lower cavity of the hydraulic cylinder created the aggregate weight of the projectile, axial load, drift, pressure in the upper (injection) cavity and throttle throughput is calculated in the data processing unit 25 and displayed on panels 5 and 7 of the student's stand and in the control module of the instructor's console 2.
- the regulator 18 of the working pressure of the slow-feed valve is equipped with an angular position sensor and allows you to set the optimal hydraulic pressure in the pressure chamber of the hydraulic cylinder (that is, the desired sensitivity) for the operation of the feed rate regulator in accordance with the weight of the drill string and the pressure on the bit.
- the pressure is displayed on the panel 7 of the stand of 1 student and in the control module of the console of the instructor 2.
- the regulator 19 of the flush pump is equipped with an angular position sensor and is located directly below the auxiliary manifold on the front of the student's stand 1. Turning the regulator 19 counterclockwise turns on, and also increases the speed of rotation of the hydraulic motor of the drive of the flushing pump. When you turn the knob 19 clockwise until it stops, the flushing pump will stop working.
- Lever 20 equipped with an angular position sensor, controls the right or left rotation of the chuck.
- Lever 20 is equipped with a mechanical stop that prevents accidental activation, as well as an abrupt change in the direction of rotation.
- the quick feed lever 21 is equipped with an angle position sensor. Controls the up and down movement of the rotary head at a speed proportional to the deflection angle. Not used during creep drilling (i.e. remains in neutral). Moving the lever 21 to the upper position raises the rotator, moving the lever 21 to the lower position lowers it. The neutral position of this non-locking lever 21 is set by means of a spring.
- the main winch control lever 22 is equipped with an angular position sensor. When this lever 22 is moved up, the cable will be wound on the drum of the main winch (lifting the drill string), and when it is moved down, the cable will, accordingly, unwind from the drum of the main winch (lowering the drill string) at a speed proportional to the deflection angle.
- the neutral position of this non-locking lever 22 is set by means of a spring.
- the lever 23 for controlling the coring winch is equipped with an angular position sensor.
- Lever 23 When moving this lever 23 upwards at a speed, proportional to the deflection angle, the cable will wind on the drum of the coring winch, raising the hook of the coring pipe, and when it is moved down, the cable will, accordingly, unwind from the drum of the coring winch, lowering the hook of the coring pipe.
- Lever 23 is provided with a mechanical stop to prevent accidental activation.
- the random access memory 24 performs the functions of the operating memory of the control system 4, that is, it serves to store the executable machine code (program), as well as input, output and intermediate data processed by the processor during the operation of the control system, such as the current parameters of the equipment obtained from 1 student's stand controller, instructions from the instructor's console 2, data processing unit 25, etc.
- the data processing unit 25 serves to compare instructions, calculate parameters for indicators, generate random numbers to simulate uneven readings, calculate drilling speed, rotator position and rotational speed, and the like.
- the data processing unit includes at least a processor for executing programs for creating a virtual model.
- the algorithms embedded in the programs describe the regularity of the behavior of virtual actuators and parameters displayed on indicator devices, depending on the drilling conditions set by the instructor and the current position of the stand 1 controls, which are transmitted to the data processing unit by means of a controller, to the inputs of which all data are received from sensors connected to levers and regulators.
- the animation control unit 26 is an element of the control system and is functionally connected to the display 3 for displaying animation.
- the ignition is turned on by moving the key to the "ignition" position, the indicators on the panel - 5 at the same time show the current state: battery voltage 12 (24) V (depending on the model), crankshaft speed - 0 rpm , engine temperature (if the engine has been warmed up before, the temperature will be shown in accordance with the usual cooling rate, approximately 20 minutes from 100 ° C to 0 ° C), and the low oil pressure and emergency shutdown warning lamps light up.
- the starter button is turned on, the battery voltage drops to 9 (16) V, then after 2 seconds in summer (5 seconds in winter) the engine starts. After starting, the oil pressure rises to 3 bar (within 2 seconds in summer, - 40 seconds in winter).
- the protection bypass button Into the cold To prevent the engine from shutting down due to low oil pressure (less than 1 bar), the protection bypass button must be pressed. After starting, the crankshaft rotation speed is 800 rpm, the generator voltage is 14 (28) V. The oil pressure within 5 - 20 seconds will rise to 3 bar. The crankshaft speed can be increased / decreased by switching the toggle switch or the throttle control lever (depending on the machine model). When the speed rises above 2600 rpm, the engine automatically shuts off (depending on the machine model). When the "winter" mode is selected, the initial engine temperature is set in the system - 40 ° ⁇ and within 20 minutes after starting the temperature rises to 80 ° ⁇ . In the "summer" mode, the temperature rises from 0 ° ⁇ .
- the indication of the season can be displayed as a line at the bottom of the screen.
- a cold engine it is necessary to preheat the air in the intake manifold (30 sec).
- the operation of the diesel engine (starting the starter, running) is accompanied by sounds that correspond to real ones.
- the sound of the engine changes.
- Information about starting the engine is also sent to the data processing unit 25, which, after processing it, generates a command to the animation control unit 26 and the display 3 displays an increased content of soot and soot emission from the exhaust pipe during starting and at increased loads.
- the data on the crankshaft rotational speed are transmitted to the data processing unit 25, from where they are sent to the rest of the simulator elements.
- the drilling rig After starting, warming up and reaching operating speed of the diesel engine crankshaft, the drilling rig is ready for operation.
- the operating parameters of the pressure gauges of the drilling rig are displayed on the panel 7 of the stand of 1 student (Figs. 4, 5).
- Panel 7 in the lower row simulates the drilling rig manometers, in the upper row - the calculated readings of the spindle speed, axial load, pressure and setting of the flow rate of the flushing fluid.
- IN in the upper right corner there is a system button “System” for configuring the panel.
- the ROP the depth of the borehole
- the "Rod extension” buttons cameras (to select the type of machine in the animation), and gear shift levers are displayed.
- buttons that functionally correspond to the gearbox levers are active (react to pressing) only when there is no spindle rotation and the rotator is positioned at a height of no more than 2 m.
- various drilling parameters can be set, for example, the structure of the geological section of the well of five types of rocks by the depth and drillability category, the size of the tool and the degree of absorption of the drilling fluid (Fig. 7). If, when specifying the depths of the rocks, an error was made, in which the depth of the previous rock was greater than the next, then an error message will appear.
- the initial depth is set by the “Well depth” line, while the number of drill rods in the string and the weight of the drill string are automatically calculated, which is displayed in the “Number of rods” line and on the bit load indicator.
- the category of the interval from the initial depth to depth2 corresponds to the category of rock 1.
- the "Section complexity coefficient” takes into account the nature of the wellbore walls (for a normal section - 1, in difficult geological conditions - 1.5-2). It affects the power consumed for rotation of the drill string and drilling.
- a drop-down list of 4 options appears, the selected type is displayed next to it (for example, clay-polymer + grease).
- the "Landing of the core barrel” button starts the simulation of the landing of the core barrel in the column sequence of changing the readings of the drilling mud pressure gauge. The student needs to track them and relieve the pressure in time by opening the drain valve.
- buttons of the "Complications” block allow you to run the simulation of polishing and sub-wedge and their variants - disposable - non-disposable polishing and soft or hard sub-wedge. Disposable polishing is eliminated by specific actions student.
- Button “Wedge” when choosing a type with the button “Hard” causes an increase in the pressure of the flushing fluid up to 60 atm. The student must tear off the tool from the bottom without turning off the rotation, while the pressure on the pump drops to a level below the working percent by 10, twist the tool for 10 seconds and repeat the attempt to continue drilling. If the situation is repeated "dead" sub-wedge, you must stop drilling.
- the control module of the instructor's control panel 2 allows displaying the parameters of the equipment that change as a result of the student's actions (Fig. 8).
- the upper line of the window there are indicators that duplicate the manometers of the stand of 1 student.
- the bottom line displays the parameters that are calculated by the data processing unit 25, based on the positions of the levers and regulators set by the student, as well as the pressure of the flushing fluid, the selected gearbox speed and the buttons for controlling the cameras of the 3D model.
- buttons for controlling the cameras of the 3D model Using the button of the 3D model "General view" you can select the main image on the screen of the second monitor: the general view of the machine or the view from the position of the drilling rig operator.
- the 3D model buttons Section, Borehole View and Slider View include windows in the corners of display 3 that show a video of the borehole section, the wellhead and a ruler on the slide along which the slider moves, which allows the student to estimate the drilling speed.
- the data processing unit 25 executes a virtual model program that calculates the drilling modes depending on the rock composition set by the instructor and the parameters set by the student, determines the position of the drill string at each unit of time, the spindle speed, the behavior of the cargo and core winches, the operation of the pipe hanger and clamping hydropathron.
- the simulator When the simulator is turned on, the initial position of the installation is - the diesel engine is off, the mast is lowered, the rotator is at its lowest point, the hydraulic chuck is clamped. After turning on, warming up and reaching the operating modes of the diesel engine model, the drilling rig model is ready for operation.
- a three-position lever 11 for controlling the raising and lowering of the mast equipped with two position sensors, sets the direction of raising (lowering) the mast of the drilling rig.
- the signals from the sensors of the lever 11 are fed to the input of the controller of the stand 1, which transmits the data to the data processing unit 25 for processing by the program that controls the position of the machine mast in the virtual model.
- the mast is set in a vertical position by turning the lever 11 to the "Up" position.
- the program executed by the data processing unit 25 takes into account the signals from the sensors and, when unclamping by lever 9, calculates the length of the projectile, the relative position of the elements on the mast, generates signals for displaying on the visual model the movement of the body of the hydraulic cartridge corresponding to the position "The cartridge is unlocked"
- the image of the drill string will go down, choosing the free length of the cable, or, when the lever 16 of the winch brake control is in the "locked" position, it will remain in a stationary position.
- the position of the drill string is recorded in the model.
- the chuck Before the start of drilling, the chuck is released with the lever 9, the drill is set to the bottom with the lever 22 of the cargo winch, the rotator rises to the upper position with the lever 21 of the quick feed or the lever 14 of the slow feed, the hydraulic chuck is clamped by the lever 9, the regulator 19 turns on and sets the mud pump to the required performance, ball the drilling mud supply valve is moved to the "open” position, the ball valve for drilling mud discharge - to the "closed” position. The rig is ready for drilling.
- Information from the sensors about the position of the elements as a result of the above actions of the student goes to the controller and from it to the data processing unit 25, where changes in the state of the virtual machine model are formed, and the control commands from the unit 25 enter the animation control unit 26 and lead to a change in the position of the elements in the visual model shown on the display 3.
- the student having turned on the feed of the projectile down with the lever 14 and turned on the rotation with the lever 20, starts the drilling process.
- the axial load is determined by the position of the feed rate regulator 17 and, if necessary, by the operating pressure regulator 18.
- the rotational speed is regulated by the position of the regulator 15, taking into account the gear ratio of the gearbox, the rotational speed of the diesel engine and the angle of deflection of the lever 20 of the direction of rotation.
- the virtual model after reaching the calculated value of the contact of the rock cutting tool (diamond bit) located at the lower end of the drill string, with the borehole bottom connects the data stored in the random access memory 24 concerning the drilling parameters.
- This takes into account all the information specified by the instructor in the module for setting the drilling parameters about the type, composition of the rock, the depth of the well, the complexity of the section and other data, as well as the modes of the drilling rig set by the operator.
- the formula describing the drilling process calculates, on the basis of these parameters, the behavior of the drill, the drilling speed, the power consumption, the pressure of the drilling fluid, the pressures on the machine manometers and the corresponding rotational speed, the axial load, displays them on the corresponding indicators and transmits commands to the animation control unit 26.
- floating correction factors can be introduced into the formula, changing the drilling parameters within small limits, creating the effect of a reaction to changing rock, its drillability, hydraulic resistance of the near-wall cavity of the well through which cuttings are carried out, which affects the pressure of the drilling fluid.
- Visual models for display on the display 3 are formed in the animation control unit 26 based on commands and data coming from the data processing unit 25, and simulate the behavior of the non-rigid elements of the machine (high-pressure hoses and cables) in accordance with the laws of physics (gravity, elasticity, etc. inertia).
- the animation control unit 26 stores data about the visual 3D model of the drilling rig.
- the commands coming from the data processing unit 25 are used to simulate the behavior of actuators, generate rig parameters and drilling data, control the position and speed of movement of the rig nodes.
- the general view, the most convenient for observation and work, is selected (adjusted) using the "mouse" type manipulator of the instructor's panel 2. Additional images in the form of small screens in the corners provide more complete information.
- the rig is usually located inside a mobile drilling room, but for the sake of ease of observation in the animation the rig is displayed without it.
- the declared simulator is an effective technical tool for training and advanced training of drillers. It allows you to acquire and improve practical skills in performing, monitoring and optimizing the main technological processes of drilling wells for minerals, recognizing and preventing complications and emergencies.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
A drilling rig training simulator comprises a trainee's station having: panels simulating an activation panel of an engine and manometers of a drilling rig; taps simulating feed and discharge control of drilling fluid; and also levers and controls simulating control elements for the engine and drilling rig, and comprises an instructor's console having a data input module for giving instructions and a module for monitoring the actions of the trainee. The simulator also comprises a display capable of visually representing a drilling process and movement of drilling rig elements, and comprises a control system. The technical result consists in increasing the effectiveness of the training process.
Description
Тренажер-имитатор бурового станка Drilling Rig Simulator
Область техники Technology area
Техническое решение относится к моделям и макетам для обучения и проверки квалификация операторов промышленных процессов, в частности, таких как бурение с помощью гидравлических геологоразведочных станков. The technical solution relates to models and dummies for training and testing the qualifications of operators of industrial processes, in particular, such as drilling with hydraulic exploration rigs.
Принимая во внимание высокую стоимость горного и геологоразведочного оборудования и ценность эффективной и рентабельной его работы, а также потребность максимально сократить травмоопасность и аварийность, связанную с недостаточной квалификацией операторов, важно обеспечить надлежащее обучение оператора до того, как он получает доступ к реальному оборудованию. Given the high cost of mining and exploration equipment and the value of operating it efficiently and cost-effectively, and the need to minimize operator injury and accident rates, it is important to ensure that the operator is properly trained before accessing the actual equipment.
Предшествующий уровень техники Prior art
Уровень техники включает различные решения в области создания макетов и моделей для обучения операторов. Как правило, такие решения характеризуются отработкой теоретических знаний о протекающих процессах и правил эксплуатации, инспектирования оборудования и реагирования на возникающие проблемные ситуации, но не дают возможность физически отработать необходимые тактильные навыки и создать необходимые психомоторные навыки управления оборудованием. В частности, подобные решения раскрыты в следующих документах: патент РФ на изобретение Ж2503065 «РАСПРЕДЕЛЕННАЯ СИСТЕМА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ БУРЕНИЯ», МПК G09B 9/00, G09B 19/24, G09B 25/02, опубликован 27.12.2013; патент Китая No CN101852076 «Underground working condition simulation method for controlled pressure drilling experiment and test», МПК E21B21/08, E21B44/00, E21B47/00, опубликован 06.10.2010; заявка на патент на изобретение США N° US2013101968 «HEAVY EQUIPMENT SIMULATOR AND RELATED METHODS», МПК G09B5/02, опубликован 25.04.2013. Известные компьютерные модели не содержат физических элементов, имитирующих, например, пульт управления оборудованием, которые позволяли бы отработать необходимые психомоторные навыки. The prior art includes various solutions in the field of creating mock-ups and models for operator training. As a rule, such solutions are characterized by the development of theoretical knowledge about ongoing processes and operating rules, equipment inspection and response to emerging problem situations, but do not provide an opportunity to physically work out the necessary tactile skills and create the necessary psychomotor skills to control equipment. In particular, such solutions are disclosed in the following documents: RF patent for invention Ж2503065 "DISTRIBUTED SYSTEM FOR DRILLING SIMULATION", IPC G09B 9/00, G09B 19/24, G09B 25/02, published on 27.12.2013; Chinese patent No CN101852076 "Underground working condition simulation method for controlled pressure drilling experiment and test", IPC E21B21 / 08, E21B44 / 00, E21B47 / 00, published on 06.10.2010; US patent application N ° US2013101968 "HEAVY EQUIPMENT SIMULATOR AND RELATED METHODS", IPC G09B5 / 02, published 04.25.2013. The well-known computer models do not contain physical elements that imitate, for example, a control panel for equipment, which would allow practicing the necessary psychomotor skills.
Из уровня техники известны также решения, включающие различные манипуляторы и регуляторы, позволяющие тренировать тактильные навыки управления оборудованием. Такие решения включают стенды ученика, манипуляторы на которых соединены с реальным оборудованием, снабженным датчиками, позволяющими получать информацию о фактическом положении и состоянии отдельных частей или узлов
оборудования. Таким образом можно сформировать виртуальную модель, отображающую результат действий ученика за пультом. В частности, подобные решения раскрыты в следующих документах: патент США на изобретение N° US8139108B2 «Simulation system implementing real-time machine data», MPK H04N7/00, опубликован 31.07.2008; патент США на изобретение N° US9129233B2 «System and method for training a machine operator», МПК G06Q10/00, G06Q10/06, G06Q10/10, опубликован 08.09.2015. Подобные решения позволяют хорошо отработать необходимые психомоторные навыки управления оборудованием, но их реализация связана с большими материальными затратами, в связи с необходимостью использования реального оборудования, дополнительно снабженного датчиками. Такие тренажеры требуют, кроме того, больших площадей и характеризуются недостаточной гибкостью, так как подходят для тренировки управления только имеющимся оборудованием. The prior art also known solutions, including various manipulators and regulators, allowing you to train tactile skills to control equipment. Such solutions include student stands, the manipulators on which are connected to real equipment, equipped with sensors that allow you to receive information about the actual position and condition of individual parts or assemblies. equipment. Thus, you can form a virtual model that displays the result of the student's actions at the console. In particular, such solutions are disclosed in the following documents: US patent for invention N ° US8139108B2 "Simulation system implementing real-time machine data", MPK H04N7 / 00, published on July 31, 2008; US patent for invention N ° US9129233B2 "System and method for training a machine operator", IPC G06Q10 / 00, G06Q10 / 06, G06Q10 / 10, published 09/08/2015. Such solutions make it possible to work out the necessary psychomotor skills of equipment control well, but their implementation is associated with high material costs, due to the need to use real equipment, additionally equipped with sensors. In addition, such simulators require large areas and are characterized by insufficient flexibility, since they are suitable for training control only with the available equipment.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
При создании технического решения стояла задача создания тренажера- имитатора, который позволял бы раскрыть обучаемым особенности поведения оборудования и его реакции на действия оператора, в частности, механизмы взаимодействия породоразрушающего инструмента и бурового раствора со скважиной; увидеть визуальную модель процессов, происходящих в скважине и скрытых от прямого наблюдения, наблюдать возникновение и развитие осложнений и аварийных ситуаций. When creating a technical solution, the task was to create a simulator that would allow the trainees to reveal the features of the behavior of the equipment and its response to the operator's actions, in particular, the mechanisms of interaction of the rock cutting tool and drilling fluid with the well; see a visual model of the processes occurring in the well and hidden from direct observation, observe the occurrence and development of complications and emergency situations.
Технический результат заключается в повышении эффективности процесса обучения. Наличие в тренажере-имитаторе физического пульта управления бурового станка, идентичного настоящему, позволяет погрузить учеников в обстановку реальной буровой и создать у них необходимые психомоторные навыки управления бурением, довести технологию «до кончиков пальцев». Тренажер, в частности, позволяет выполнить успешное обучение бурению скважин в безопасной и контролируемой обстановке. Обучение ответственным и дорогостоящим операциям можно выполнять до того, как обучаемый столкнется с ними на практике, что способствует сохранению человеческих жизней, оборудования и скважины от возможных последствий ошибок на буровой. The technical result consists in increasing the efficiency of the learning process. The presence in the simulator of the physical control panel of the drilling rig, identical to the real one, allows students to immerse themselves in the environment of a real drilling rig and create the necessary psychomotor skills of drilling control in them, bring the technology to their fingertips. The simulator, in particular, enables successful well drilling training in a safe and controlled environment. Critical and costly operations can be trained before the trainee encounters them in practice, helping to save lives, equipment and the well from the potential consequences of rig errors.
Решение поставленной задачи и заявленный технический результат достигаются тем, что тренажер-имитатор бурового станка, включающий стенд ученика, который содержит панели, имитирующие пусковую панель двигателя и манометры бурового станка, краны, имитирующие управление подачей и сбросом бурового раствора, рычаги и регуляторы, имитирующие
элементы управления двигателем и буровым станком, пульт инструктора, который содержит модуль ввода данных для задания инструкций и модуль контроля действий ученика, дисплей, выполненный с возможностью визуального отображения процесса бурения и движения элементов бурового станка, и систему управления, включающую взаимодействующие между собой оперативную память, служащую для хранения текущих параметров оборудования, полученных от стенда ученика, и инструкций с пульта инструктора, блок обработки данных и блок управления анимацией, функционально соединенный с дисплеем для отображения анимации, согласно заявляемому решению содержит контроллер, взаимодействующий с системой управления, при этом краны, имитирующие управление подачей и сбросом бурового раствора, снабжены датчиками включения-выключения, рычаги, имитирующие элементы управления двигателем и буровым станком, снабжены датчиками положения, регуляторы, имитирующие элементы управления двигателем и буровым станком, снабжены датчиками углового положения, которые могут быть выполнены многооборотными, все датчики функционально соединены с контроллером для передачи данных. Рычаги, имитирующие элементы управления двигателем и буровым станком, могут быть выполнены двух- и трехпозиционными. Модуль ввода данных для задания инструкций выполнен с возможностью задания параметров бурения и режимов работы оборудования, а блок обработки данных выполнен с возможностью выполнения действий, включающих, но не ограничивающихся сопоставление инструкций, вычисление параметров для индикаторов, генерацию случайных чисел для имитации неравномерно протекающих реальных процессов и показаний, вычисление скорости бурения, положения вращателя и частоты вращения. The solution to the problem and the claimed technical result is achieved by the fact that a simulator of a drilling rig, including a student's stand, which contains panels simulating the engine start panel and pressure gauges of a drilling rig, cranes that simulate control of the supply and discharge of drilling mud, levers and regulators that simulate control elements for the engine and the drilling rig, the instructor's console, which contains a data input module for setting instructions and a module for monitoring student actions, a display capable of visualizing the drilling process and movement of the drilling rig elements, and a control system that includes interacting random access memory, serving to store the current parameters of the equipment received from the student's stand and instructions from the instructor's console, the data processing unit and the animation control unit, functionally connected to the display for displaying animation, according to the claimed solution contains a controller interacting with the control system, while cranes simulating control of the supply and discharge of drilling mud, equipped with on-off sensors, levers simulating engine and drilling rig controls, equipped with position sensors, regulators simulating engine and drilling rig controls, equipped with angle sensors position, which can be performed as multi-turn, all sensors are functionally connected to the controller for data transmission. The levers simulating the controls for the engine and the drilling rig can be made in two- and three-position. The data input module for setting instructions is configured to set drilling parameters and operating modes of the equipment, and the data processing unit is configured to perform actions, including, but not limited to, matching instructions, calculating parameters for indicators, generating random numbers to simulate unevenly occurring real processes, and readings, calculation of drilling speed, rotator position and rotational speed.
Стенд ученика по своему внешнему виду и расположению рычагов и регуляторов очень близко имитирует пульт прототипа бурового станка. Он содержит панели, имитирующие пусковую панель двигателя и манометры бурового станка. Пусковая панель двигателя управляет виртуальной моделью двигателя, включая индикаторы, входящие в нее. В частности, для дизельного двигателя на панели могут отражены следующие органы управления и индикации: тумблер (ключ) зажигания для запуска двигателя, тумблер (кнопка) обхода защиты, тумблер (кнопка) включения стартера, тумблер проверки работоспособности ламп аварийной индикации, тумблер предварительного прогрева двигателя, кнопка аварийной остановки двигателя, переключатель увеличения/снижения частоты вращения дизельного двигателя (наличие и вид зависит от модели станка), группа световых индикаторов, сигнализирующих об аварийных режимах двигателя.
В случае, когда прототипом тренажера выступает буровой станок, оснащенный вместо дизельного двигателя электродвигателем, панель управления соответственно видоизменяется. Панель манометров бурового станка отображает виртуальную модель реального бурового станка, включая индикаторы, входящие в нее. В частности, для гидравлического бурового станка на панели могут быть отражены следующие органы управления и индикации: манометры бурового станка и показания, такие как: частота вращения шпинделя, осевая нагрузка, давление и уставка расхода промывочной жидкости, механическая скорость бурения, глубина скважины, и т.д. В режиме экзамена часть показаний может быть скрыта, для контроля достаточности отработки навыков. Стенд ученика также содержит краны, имитирующие управление системой подачи и сброса бурового раствора, снабженные датчиками включения-выключения, многопозиционные рычаги и регуляторы, имитирующие элементы управления двигателем и буровым станком, снабженные индукционными и многооборотными угловыми датчиками положения. Рычаги могут быть выполнены двух- и трехпозиционными, с целью точной имитации элементов управления реального двигателя и бурового станка. Все данные, поступающие с датчиков подаются на входы контроллера, взаимодействующего с системой управления, для создания виртуальной модели работы бурового станка и, в частности, для отражения этой виртуальной модели на дисплее. Дисплей, как правило, выполняют большого размера или, используют проектор, для того, чтобы максимально приблизить обстановку на тренажере к реальной обстановке на буровой. The student's stand in its appearance and the arrangement of levers and controls very closely mimics the control panel of a prototype drilling rig. It contains panels that simulate an engine start panel and drill rig gauges. The engine start pad controls the virtual engine model, including the indicators included in it. In particular, for a diesel engine, the panel can display the following controls and displays: ignition toggle switch (key) for starting the engine, toggle switch (button) bypass protection, toggle switch (button) for turning on the starter, toggle switch (button) for checking the performance of hazard indicator lamps, toggle switch for engine preheating , engine emergency stop button, diesel engine speed increase / decrease switch (availability and type depends on the machine model), a group of light indicators signaling emergency engine modes. In the case when a drilling rig equipped with an electric motor instead of a diesel engine acts as a prototype of the simulator, the control panel is modified accordingly. Drilling Rig Gauges Panel displays a virtual model of a real drill, including indicators included in it. In particular, for a hydraulic drilling rig, the following controls and displays can be displayed on the panel: drilling rig pressure gauges and readings, such as: spindle speed, axial load, pressure and flow rate setting, ROP, borehole depth, etc. .d. In the exam mode, some of the readings can be hidden to control the adequacy of skills training. The student's bench also contains cranes that simulate the control of the drilling fluid supply and discharge system, equipped with on-off sensors, multi-position levers and regulators simulating motor and drilling rig controls, equipped with induction and multi-turn angle position sensors. The levers can be made two-position and three-position, in order to accurately simulate the controls of a real engine and drilling rig. All data coming from the sensors is fed to the inputs of the controller interacting with the control system to create a virtual model of the drilling rig operation and, in particular, to reflect this virtual model on the display. The display is usually large or a projector is used to bring the simulator as close as possible to the actual rig environment.
Для контроля действий ученика и создания виртуальной модели поведения бурового станка в процессе обучения и экзамена, все рычаги и регуляторы снабжены датчиками, позволяющими определять текущее положение каждого элемента управления, собирать данные с них и посредством контроллера передавать в блок обработки данных для работы программы, формирующей в режиме реального времени виртуальную модель бурового станка. Контроль положения двух- и трехпозиционных рычагов может, например, производиться с помощью индуктивных бесконтактных датчиков, обеспечивающих надежное считывание и отсутствие недостатков, характерных для механических выключателей и кнопок, таких как ограниченный ресурс, ненадежность и «дребезг». Плавное регулирование параметров некоторых узлов бурового станка возможно, в частности, с использованием гидравлических многооборотных регуляторов (дросселей). Считывание данных об их положении, то есть, об углах поворота регуляторов, может быть, осуществлено передачей вращения как с помощью зубчатой или
ременной передачи на энкодер и дальнейшей обработкой поступающих с него импульсов с помощью квадратурного счетчика с передачей на контроллер, так и с помощью абсолютного магнитного датчики угла поворота с полым валом, установленного на валу или рукоятке регулятора, с дальнейшей обработкой контроллером, учёт количества оборотов в этом случае производится с помощью контроля перепада выходного сигнала датчика при переходе через 0 To control the student's actions and create a virtual model of the behavior of the drilling rig in the process of training and examinations, all levers and regulators are equipped with sensors that allow determining the current position of each control element, collecting data from them and transferring it to the data processing unit through the controller for the program to work. real-time virtual model of the drilling rig. The position of the two- and three-position levers can be monitored, for example, using inductive proximity sensors that provide reliable reading and lack the disadvantages of mechanical switches and buttons, such as limited resource, unreliability and bounce. Smooth regulation of the parameters of some units of the drilling rig is possible, in particular, with the use of hydraulic multi-turn regulators (chokes). Reading data about their position, that is, about the angles of rotation of the regulators, can be carried out by the transmission of rotation using a gear or belt transmission to the encoder and further processing of the pulses coming from it using a quadrature counter with transmission to the controller, and using an absolute magnetic angle encoder with a hollow shaft mounted on the shaft or knob of the regulator, with further processing by the controller, taking into account the number of revolutions in this case, it is performed by monitoring the difference in the output signal of the sensor when passing through 0
Пульт инструктора служит для задания параметров бурения и режимов работы оборудования, а также контроля действий ученика. Пульт содержит модуль ввода данных, посредством которого инструктор может устанавливать условия работы бурового станка, например, строение геологического разреза скважины из нескольких видов пород по глубине залегания и категории буримости, типоразмер снаряда и степень поглощения промывочной жидкости, наличие осложнений в виде заполирования и подклина, а также позволяет создавать нештатные ситуации работы двигателя. Для контроля действий ученика и оценки степени и правильности отработки навыков служит модуль контроля. The instructor's console is used to set the drilling parameters and operating modes of the equipment, as well as monitor the student's actions. The console contains a data entry module, through which the instructor can set the operating conditions of the drilling rig, for example, the structure of the geological section of the well from several types of rocks by the depth and drillability category, the size of the tool and the degree of absorption of the drilling fluid, the presence of complications in the form of polishing and sub-wedge, and also allows you to create abnormal situations of the engine operation. A control module is used to control the student's actions and assess the degree and correctness of skills development.
Для управления работой всех узлов тренажера предназначена система управления, включающая взаимодействующие между собой оперативную память, например, в виде ОЗУ, служащую для хранения текущих параметров оборудования, полученных от контроллера стенда ученика, и инструкций с пульта инструктора, блок обработки данных, служащий для сопоставления инструкций, вычисления параметров для индикаторов, генераторы случайных чисел для имитации неравномерности показаний, вычисление скорости бурения, положения вращателя и частоты вращения и т.п., и блок управления анимацией, функционально соединенный с дисплеем для отображения анимации. Блок обработки данных, включает как минимум, процессор для исполнения программы создания виртуальной модели, которая рассчитывает режимы бурения в зависимости от состава горной породы и параметров, задаваемых оператором, определяет положение буровой колонны в каждую единицу времени, частоту вращения шпинделя, поведение грузовой и керновой лебедок, срабатывание трубодержателя и зажимного гидропатрона и т.д. На основании виртуальной модели, полученной в блоке обработки данных формируются визуальные модели, которые, например, имитируют поведение нежестких элементов станка (рукавов высокого давления и тросов) в соответствии с законами физики (земное притяжение, упругость и инерцию). Блок управления анимацией формирует сигналы дисплея для визуального отображения процесса бурения и движения элементов бурового станка.
Краткое описание чертежей To control the operation of all units of the simulator, a control system is designed that includes interacting random access memory, for example, in the form of RAM, which serves to store the current parameters of the equipment received from the student's stand controller and instructions from the instructor's console, a data processing unit that serves to compare instructions , calculation of parameters for indicators, random number generators for simulating uneven readings, calculation of drilling speed, rotator position and rotation speed, etc., and an animation control unit functionally connected to the display for displaying animation. The data processing unit includes at least a processor for executing a program for creating a virtual model, which calculates drilling modes depending on the composition of the rock and parameters set by the operator, determines the position of the drill string at each unit of time, the spindle speed, the behavior of the cargo and core winches , actuation of the tube holder and clamping hydraulic chuck, etc. Based on the virtual model obtained in the data processing unit, visual models are formed, which, for example, simulate the behavior of the non-rigid elements of the machine tool (high pressure hoses and cables) in accordance with the laws of physics (gravity, elasticity and inertia). The animation control unit generates display signals for visual display of the drilling process and movement of the drilling rig elements. Brief Description of Drawings
Заявляемое решение поясняется далее с помощью фигур, которые на примере тренажера-имитатора бурового гидравлического станка с длинным ходом вращателя на базе дизельного двигателя демонстрирует один из вариантов осуществления технического решения. The claimed solution is further illustrated with the help of figures, which, using the example of a simulator of a hydraulic drilling rig with a long stroke of a rotator based on a diesel engine, demonstrates one of the embodiments of the technical solution.
Фиг. 1 представляет собой структурную схему тренажера-имитатора.FIG. 1 is a block diagram of a simulator.
Фиг. 2 демонстрирует общий вид тренажера-имитатора. FIG. 2 shows a general view of the simulator.
Фиг. 3 содержит общий вид стенда ученика. FIG. 3 contains a general view of the student's stand.
Фиг.4 демонстрирует интерфейс панели манометров бурового станка на стенде ученика в режиме обучения. Figure 4 shows the interface of the drilling rig gauge panel at the student's bench in training mode.
Фиг.5 демонстрирует интерфейс панели манометров бурового станка на стенде ученика в режиме экзамена. Fig. 5 shows the interface of the drilling rig gauge panel on the student bench in the exam mode.
Фиг.6 демонстрирует интерфейс модуля ввода данных для задания инструкций в отношении двигателя. 6 shows an interface of an input module for setting instructions for a motor.
Фиг.7 демонстрирует интерфейс модуля ввода данных для задания инструкций в отношении условий бурения. 7 shows an input module interface for setting instructions regarding drilling conditions.
Фиг.8 демонстрирует интерфейс модуля контроля. 8 shows the interface of the control module.
Цифрами на фигурах обозначены: 1 - стенд ученика, 2 - пульт инструктора, 3 - дисплей, 4 - система управления, 5 - приборная панель двигателя, 6 - панель управления двигателем, 7 - панель манометров бурового станка, 8 - краны, имитирующие управление подачей и сбросом бурового раствора, 9 - двухпозиционный рычаг зажимного гидропатрона, 10 - двухпозиционный рычаг гидравлического штангодержателя, 11 трехпозиционный рычаг управления мачтой, 12 - двухпозиционный рычаг миксера, 13 - трехпозиционный рычаг управления положениями плавающего вращателя, 14 - трехпозиционный рычаг медленной подачи, 15 - регулятор скорости вращения, 16 - рычаг растормаживания главной лебедки, 17 - регулятор скорости подачи, 18 - регулятор рабочего давления клапана медленной подачи, 19 - регулятор промывочного насоса, 20 - рычаг управления направлением вращения, 21 - рычаг быстрой подачи, 22 - рычаг управления главной лебедкой, 23 - рычаг управления керноприемной лебедкой, 24 - оперативное запоминающее устройство, 25 - блок обработки данных, 26 - блок управления анимацией.
Содержание информации на интерфейсах, представленных на фиг. 4-8, служит для целей демонстрации и может различаться в зависимости от модели станка, алгоритма обучения, этапа изучаемого процесса и т.д. The numbers on the figures indicate: 1 - student's stand, 2 - instructor's console, 3 - display, 4 - control system, 5 - engine dashboard, 6 - engine control panel, 7 - drilling rig gauge panel, 8 - taps simulating feed control and drilling mud discharge, 9 - two-position hydraulic chuck lever, 10 - two-position hydraulic rod holder lever, 11 - three-position mast control lever, 12 - mixer two-position lever, 13 - three-position floating rotator position control lever, 14 - three-position slow feed lever, 15 - regulator rotation speed, 16 - main winch release lever, 17 - feed speed regulator, 18 - slow flow valve operating pressure regulator, 19 - flush pump regulator, 20 - rotation direction control lever, 21 - quick feed lever, 22 - main winch control lever , 23 - control lever for the core-receiving winch, 24 - random access memory, 25 - data processing unit, 26 - animation control unit. The content of information on the interfaces shown in FIG. 4-8 is for demonstration purposes and may differ depending on the machine model, learning algorithm, stage of the process being studied, etc.
Вариант осуществления изобретения An embodiment of the invention
Далее со ссылками на фигуры описано осуществление заявленного технического решения на примере тренажера-имитатора бурового гидравлического станка с длинным ходом вращателя на базе дизельного двигателя. Специалисту очевидно, что приведенные далее в примере названия и/или расположение и/или количество и/или форма элементов тренажера не являются ограничивающими объем заявленного технического решения. В описанном далее примере тренажера-имитатора могут отсутствовать второстепенные по значимости рычаги или регуляторы, например, предназначенные для спускоподъемных операций и настроечных действий, не относящиеся непосредственно к процессу бурения. При необходимости, возможна установка или удаление элементов, изменение расположения элементов в соответствии с конструкцией бурового станка и соответствующая доработка программного обеспечения блока обработки. Кроме того, некоторые технологические операции ввиду отсутствия возможности или необходимости их реализации в виде реальных объектов выполняются с помощью кнопок на стенде 1 ученика, например, рычаги коробки передач, выбор типа бурового раствора и т.п. Выбор таких параметров производится на одной из панелей стенда 1, при этом, как и на реальном буровом станке, изменение данных параметров доступно только при соблюдении требуемых условий, например, переключение передачи при выключенном вращении. Further, with reference to the figures, the implementation of the claimed technical solution is described using the example of a simulator-simulator of a hydraulic drilling rig with a long stroke of a rotator based on a diesel engine. It is obvious to a person skilled in the art that the names and / or the location and / or the number and / or shape of the elements of the simulator given below in the example are not limiting the scope of the claimed technical solution. In the example of a simulator described below, minor levers or controls may be missing, for example, intended for tripping operations and adjustment actions that are not directly related to the drilling process. If necessary, it is possible to install or remove elements, change the arrangement of elements in accordance with the design of the drilling rig and the corresponding revision of the processing unit software. In addition, some technological operations, due to the lack of possibility or the need to implement them in the form of real objects, are performed using buttons on the stand of 1 student, for example, gear levers, selection of the type of drilling fluid, etc. The choice of such parameters is made on one of the panels of the stand 1, while, like on a real drilling rig, changing these parameters is available only if the required conditions are met, for example, gear shifting when rotation is off.
Стенд 1 ученика по своему внешнему виду и расположению рычагов и регуляторов очень близко имитирует пульт прототипа бурового станка. Как правило, стенд 1 включает верхнюю часть, на которой размещены приборная панель 5 двигателя, панель 6 манометров бурового станка и пусковая 7 панель двигателя. На горизонтальной поверхности и в нижней части стенда 1 размещены рычаги и регуляторы, их взаимное расположение зависит от модели бурового станка. Краны, имитирующие управление подачей и сбросом бурового раствора, могут быть подсоединены с боковой стороны или установлены на передней панели стенда 1. The stand of 1 student in its appearance and the arrangement of levers and controls very closely mimics the control panel of a prototype drilling rig. As a rule, the stand 1 includes an upper part, on which the engine dashboard 5, the drilling rig gauge panel 6 and the engine start panel 7 are located. On the horizontal surface and in the lower part of the stand 1 there are levers and regulators, their relative position depends on the model of the drilling rig. Cranes simulating drilling fluid supply and discharge control can be connected from the side or installed on the front panel of the stand 1.
Приборная панель 5 дизельного двигателя отображает все индикаторы, имеющиеся на данной панели у настоящего двигателя. The dashboard 5 of a diesel engine displays all the indicators available on this dashboard for a real engine.
Панель 6 управления двигателем содержит органы управления и индикации, в частности, тумблер (ключ) зажигания для запуска двигателя, тумблер (кнопку) обхода защиты, тумблер (кнопку) включения стартера,
тумблер проверки работоспособности ламп аварийной индикации, тумблер предварительного прогрева двигателя, кнопку аварийной остановки двигателя, переключатель увеличения/снижения частоты вращения дизельного двигателя, группу световых индикаторов, сигнализирующих об аварийных режимах двигателя и т.д. The engine control panel 6 contains controls and displays, in particular, an ignition toggle switch (key) for starting the engine, a toggle switch (button) bypass protection, a toggle switch (button) for turning on the starter, toggle switch for checking the efficiency of hazard warning lamps, toggle switch for engine preheating, emergency stop button, switch for increasing / decreasing the diesel engine speed, a group of indicator lights indicating emergency engine modes, etc.
Панель 7 отображает манометры бурового станка, и, при наличии в прототипе, индикатор частоты вращения шпинделя и расходомер. Panel 7 displays the drilling rig pressure gauges and, if available in the prototype, the spindle speed indicator and flow meter.
Краны 8, имитирующие подключение к системе подачи и сброса бурового раствора, могут быть выполнены в виде шаровых кранов, функционально соответствующих вентилям подачи и сброса бурового раствора, оснащенных индуктивными датчиками включения и выключения. Valves 8, simulating connection to the drilling fluid supply and discharge system, can be made in the form of ball valves, functionally corresponding to the drilling fluid supply and discharge valves, equipped with inductive sensors on and off.
Двухпозиционный рычаг 9 зажимного гидропатрона выполнен с фиксированными положениями и оснащен индуктивным датчиком положения. С помощью него управляют зажимным гидропатроном, позволяющим передавать вращение и осевую нагрузку вращателя на буровой снаряд в закрытом состоянии. Чтобы открыть гидропатрон рычаг 9 перемещают вперед; чтобы закрыть гидропатрон -назад. Рычаг 9 снабжен механическим запорным устройством, предотвращающим случайное включение. The two-position lever 9 of the clamping hydraulic chuck is made with fixed positions and is equipped with an inductive position sensor. It is used to control the clamping hydraulic chuck, which allows the rotation and axial load of the rotator to be transferred to the drill string in the closed state. To open the hydraulic chuck, the lever 9 is moved forward; to close the hydropathron - back. Lever 9 is equipped with a mechanical locking device to prevent accidental activation.
Двухпозиционный рычаг 10 гидравлического штанго держателя, с фиксированными положениями служит для управления зажимным устройством штанго держателя. Он оснащен индуктивным датчиком положения. Чтобы закрыть штангодержатель, рычаг 10 передвигают вперед, чтобы открыть штангодержатель - назад. Рычаг 10 снабжен механическим запорным устройством, предотвращающим случайное включение; The two-position lever 10 of the hydraulic rod holder, with fixed positions, is used to control the clamping device of the rod holder. It is equipped with an inductive position sensor. To close the rod holder, the lever 10 is moved forward, to open the rod holder - back. Lever 10 is equipped with a mechanical locking device to prevent accidental activation;
Трехпозиционный рычаг 11 с нефиксированными положениями служит для управления скоростью и направлением движения мачты посредством двух гидравлических цилиндров. Он оснащен двумя индуктивными датчиками положения. Чтобы поднять мачту, необходимо передвинуть рычаг 11 вперед, чтобы опустить мачту - передвинуть назад. A three-position lever 11 with non-fixed positions serves to control the speed and direction of the mast movement by means of two hydraulic cylinders. It is equipped with two inductive position sensors. To raise the mast, it is necessary to move the lever 11 forward, to lower the mast - move it back.
Двухпозиционный рычаг 12 с фиксированными положениями для управления включением миксера с гидравлическим приводом. Оснащен индуктивным датчиком положения. Чтобы включить миксер, необходимо передвинуть рычаг 12 назад, чтобы выключить миксер -передвинуть вперед. Two-position lever 12 with fixed positions for controlling the switching on of a hydraulically driven mixer. Equipped with an inductive position sensor. To turn on the mixer, it is necessary to move the lever 12 back, to turn off the mixer, move it forward.
Трехпозиционный рычаг 13 управления положениями плавающего вращателя выполнен с фиксированными положениями. Оснащен двумя индуктивными датчиками положения. Перемещение рычага 13 вперед
обеспечивает плавное движение вращателя вниз для свинчивания резьбы; перемещение рычага 13 назад обеспечивает плавное движение вращателя вверх для развинчивания резьбы, в нейтральном положении рычага 13 вращатель остается без движения. The three-position lever 13 for controlling the positions of the floating rotator is made with fixed positions. Equipped with two inductive position sensors. Moving the lever 13 forward provides a smooth downward movement of the rotator for screwing the thread; the movement of the lever 13 backwards provides a smooth movement of the rotator upward to unscrew the thread; in the neutral position of the lever 13, the rotator remains motionless.
Трехпозиционный рычаг 14 медленной подачи имеет фиксированные положения. Оснащен двумя индуктивными датчиками положения. Обеспечивает медленную подачу вращателя вниз или вверх в процессе бурения. При среднем положении рычага 14 гидросистема медленной подачи выключена, что позволяет пользоваться клапаном быстрой подачи. Перемещение рычага 14 вперед обеспечивает медленную подачу вниз (бурение). Перемещение рычага 14 назад обеспечивает медленную подачу вверх (выбуривание, срыв керна). The three-position jog lever 14 has fixed positions. Equipped with two inductive position sensors. Provides a slow downward or upward feed of the rotary head while drilling. With the lever 14 in the middle position, the slow feed hydraulic system is turned off, which allows the use of the fast feed valve. Moving the lever 14 forward provides a slow feed downward (drilling). Moving the lever 14 backward provides a slow upward feed (drilling, coring).
Регулятор 15 скорости вращения оснащен датчиком углового положения. Вращение данного регулятора 15 позволяет изменить настройку минимального рабочего объема мотора вращателя и, следовательно, изменять скорость вращения и крутящий момент вращателя. При повороте регулятора 15 по часовой стрелке скорость вращения возрастает до максимума, при повороте регулятора 15 против часовой стрелки скорость вращения снижается. Регулятор 15 позволяет выбрать оптимальную скорость вращения бурильной колонны в одном из четырех диапазонов коробки передач при переключении. Частота вращения зависит от положения регулятора 15, передаточного коэффициента коробки передач, частоты вращения коленвала дизельного двигателя и угла отклонения рычага включения вращения. Индикатор частоты вращения отображается на экране пульта 2 инструктора и, при его наличии в конкретной модели бурового станка, на панели 7 манометров бурового станка стенда 1 ученика (фиг.4). Если в прототипе тахометр отсутствует, то в режиме «Экзамен» он скрыт от ученика, как показано на фиг.5 The speed controller 15 is equipped with an angular position sensor. Rotation of this regulator 15 allows you to change the setting of the minimum working volume of the rotator motor and, therefore, change the rotation speed and torque of the rotator. When the knob 15 is turned clockwise, the rotation speed increases to the maximum, when the knob 15 is turned counterclockwise, the rotation speed decreases. Regulator 15 allows you to select the optimal speed of rotation of the drill string in one of four ranges of the gearbox when shifting. The rotational speed depends on the position of the regulator 15, the gear ratio of the gearbox, the rotational speed of the diesel engine and the angle of deflection of the rotation engaging lever. The rotational speed indicator is displayed on the screen of the instructor's console 2 and, if available in a specific model of the drilling rig, on the panel 7 of the pressure gauges of the drilling rig of the student's stand 1 (Fig. 4). If there is no tachometer in the prototype, then in the "Exam" mode it is hidden from the student, as shown in Fig. 5
Рычаг 16 растормаживания главной лебедки с фиксированными положениями оснащен индуктивным датчиком положения. Рычаг 16 контролирует поток масла для растормаживания тормоза главной лебедки. Поворот рычага 16 клапана по часовой стрелке задействует тормоз лебедки для работы лебедки в обычном режиме СПО. Поворот рычага 16 клапана против часовой стрелки растормаживает лебедку в режиме бурения. Lever 16 release of the main winch with fixed positions is equipped with an inductive position sensor. Lever 16 controls the oil flow to release the main winch brake. Turning valve lever 16 clockwise activates the winch brake to operate the winch in normal tripping mode. Turning valve lever 16 counterclockwise releases the winch in drilling mode.
Регулятор 17 скорости подачи оснащен датчиком углового положения. Регулятором 17 задается скорость подачи бурильной колонны. При повороте регулятора 17 по часовой стрелке скорость углубки снижается, против часовой - увеличивается. Давление в нижней полости гидроцилиндра, создаваемое
совокупностью веса снаряда, осевой нагрузки, уходки, давления в верхней (нагнетательной) полости и пропускной способности дросселя рассчитывается в блоке 25 обработки данных и отображается на панелях 5 и 7 стенда 1 ученика и в модуле контроля пульта 2 инструктора. The feed rate controller 17 is equipped with an angular position sensor. The regulator 17 sets the feed rate of the drill string. When the knob 17 is turned clockwise, the groove speed decreases, counterclockwise - it increases. The pressure in the lower cavity of the hydraulic cylinder created the aggregate weight of the projectile, axial load, drift, pressure in the upper (injection) cavity and throttle throughput is calculated in the data processing unit 25 and displayed on panels 5 and 7 of the student's stand and in the control module of the instructor's console 2.
Регулятор 18 рабочего давления клапана медленной подачи оснащен датчиком углового положения и позволяет установить оптимальное гидравлическое давление в полости нагнетания гидроцилиндра (то есть желаемую чувствительность) для работы регулятора скорости подачи в соответствии с весом бурильной колонны и давлением на коронку. Давление отображается на панели 7 стенда 1 ученика и в модуле контроля пульта 2 инструктора. The regulator 18 of the working pressure of the slow-feed valve is equipped with an angular position sensor and allows you to set the optimal hydraulic pressure in the pressure chamber of the hydraulic cylinder (that is, the desired sensitivity) for the operation of the feed rate regulator in accordance with the weight of the drill string and the pressure on the bit. The pressure is displayed on the panel 7 of the stand of 1 student and in the control module of the console of the instructor 2.
Регулятор 19 промывочного насоса оснащен датчиком углового положения и расположен непосредственно под вспомогательным коллектором на передней панели стенда 1 ученика. Поворотом регулятора 19 против часовой стрелки включается, а также повышается скорость вращения гидромотора привода промывочного насоса. При повороте регулятора 19 по часовой стрелке до упора промывочный насос прекратит работу. The regulator 19 of the flush pump is equipped with an angular position sensor and is located directly below the auxiliary manifold on the front of the student's stand 1. Turning the regulator 19 counterclockwise turns on, and also increases the speed of rotation of the hydraulic motor of the drive of the flushing pump. When you turn the knob 19 clockwise until it stops, the flushing pump will stop working.
Рычаг 20, оснащенный датчиком углового положения, управляет правым или левым вращением зажимного патрона. Рычаг 20 снабжен механическим стопором, предотвращающим случайное включение, а также резкую смену направления вращения. Lever 20, equipped with an angular position sensor, controls the right or left rotation of the chuck. Lever 20 is equipped with a mechanical stop that prevents accidental activation, as well as an abrupt change in the direction of rotation.
Рычаг 21 быстрой подачи оснащен датчиком углового положения. Управляет ходом вращателя вверх и вниз со скоростью, пропорциональной углу отклонения. Во время бурения с медленной подачей не используется (т.е. остается в нейтральном положении). Перевод рычага 21 в верхнее положение поднимает вращатель, перевод рычага 21 в нижнее положение опускает его. Нейтральное положение этого не фиксируемого рычага 21 устанавливается при помощи пружины. The quick feed lever 21 is equipped with an angle position sensor. Controls the up and down movement of the rotary head at a speed proportional to the deflection angle. Not used during creep drilling (i.e. remains in neutral). Moving the lever 21 to the upper position raises the rotator, moving the lever 21 to the lower position lowers it. The neutral position of this non-locking lever 21 is set by means of a spring.
Рычаг 22 управления главной лебедкой оснащен датчиком углового положения. При переводе данного рычага 22 вверх трос будет наматываться на барабан главной лебедки (поднимая колонну бурильных труб), а при его переводе вниз трос будет, соответственно, разматываться с барабана главной лебедки (опуская колонну бурильных труб) со скоростью, пропорциональной углу отклонения. Нейтральное положение этого не фиксируемого рычага 22 устанавливается при помощи пружины. The main winch control lever 22 is equipped with an angular position sensor. When this lever 22 is moved up, the cable will be wound on the drum of the main winch (lifting the drill string), and when it is moved down, the cable will, accordingly, unwind from the drum of the main winch (lowering the drill string) at a speed proportional to the deflection angle. The neutral position of this non-locking lever 22 is set by means of a spring.
Рычаг 23 управления керноприемной лебедкой оснащен датчиком углового положения. При переводе данного рычага 23 вверх со скоростью,
пропорциональной углу отклонения, трос будет наматываться на барабан керноприемной лебедки, поднимая зацеп керноприемной трубы, а при его переводе вниз трос будет, соответственно, разматываться с барабана керноприемной лебедки, опуская зацеп керноприемной трубы. Рычаг 23 снабжен механическим стопором для предотвращения случайного включения. The lever 23 for controlling the coring winch is equipped with an angular position sensor. When moving this lever 23 upwards at a speed, proportional to the deflection angle, the cable will wind on the drum of the coring winch, raising the hook of the coring pipe, and when it is moved down, the cable will, accordingly, unwind from the drum of the coring winch, lowering the hook of the coring pipe. Lever 23 is provided with a mechanical stop to prevent accidental activation.
Оперативное запоминающее устройство 24 выполняет функции оперативной памяти системы 4 управления, то есть служит для хранения выполняемого машинного кода (программы), а также входных, выходных и промежуточных данных, обрабатываемых процессором во время работы системы управления, таких как, текущие параметров оборудования, полученные от контроллера стенда 1 ученика, инструкции с пульта 2 инструктора, блока 25 обработки данных и т.д. The random access memory 24 performs the functions of the operating memory of the control system 4, that is, it serves to store the executable machine code (program), as well as input, output and intermediate data processed by the processor during the operation of the control system, such as the current parameters of the equipment obtained from 1 student's stand controller, instructions from the instructor's console 2, data processing unit 25, etc.
Блок 25 обработки данных служит для сопоставления инструкций, вычисления параметров для индикаторов, генерирования случайных чисел для имитации неравномерности показаний, вычисление скорости бурения, положения вращателя и частоты вращения и т.п. Блок обработки данных, включает, как минимум, процессор для исполнения программ создания виртуальной модели. Алгоритмы, заложенные в программы, описывают закономерность поведения виртуальных исполнительных механизмов и параметров, отображаемых на индикаторных приборах, в зависимости от заданных инструктором условий бурения и текущего положения органов управления стенда 1, которые передаются к блоку обработки данных посредством контроллера, на входы которого поступают все данные с датчиков, подключенных к рычагам и регуляторам. The data processing unit 25 serves to compare instructions, calculate parameters for indicators, generate random numbers to simulate uneven readings, calculate drilling speed, rotator position and rotational speed, and the like. The data processing unit includes at least a processor for executing programs for creating a virtual model. The algorithms embedded in the programs describe the regularity of the behavior of virtual actuators and parameters displayed on indicator devices, depending on the drilling conditions set by the instructor and the current position of the stand 1 controls, which are transmitted to the data processing unit by means of a controller, to the inputs of which all data are received from sensors connected to levers and regulators.
Блок 26 управления анимацией является элементом системы управления и функционально соединен с дисплеем 3 для отображения анимации. The animation control unit 26 is an element of the control system and is functionally connected to the display 3 for displaying animation.
Использование заявленного тренажера-имитатора описано далее. The use of the claimed simulator is described below.
На панели 6 управления двигателем производят включение зажигания путем перевода ключа в положение «зажигание», индикаторы на панели - 5 при этом показывают текущее состояние: напряжение аккумуляторов 12 (24) В (в зависимости от модели), частоту вращения коленвала - 0 об/мин, температуру двигателя (если до этого двигатель был прогрет, то температура будет показана в соответствии с обычной скоростью остывания, ориентировочно 20 мин со 100 °С до 0 °С), и загораются сигнальные лампы низкого давления масла и аварийного отключения. При включении кнопки стартера возникает просадка напряжения аккумулятора до 9 (16) В, затем через 2 сек летом (5 сек - зимой) запускается двигатель. После запуска давление масла поднимается до 3 bar (в течение 2 сек летом, - 40 сек зимой). В холодное
время для того, чтобы двигатель не отключился из-за низкого давления масла (менее 1 bar), нужно нажать кнопку обхода защиты. После запуска частота вращения коленвала составляет 800 об/мин., напряжение генератора - 14 (28) В. Давление масла в течение 5 - 20 сек поднимется до 3 bar. Частоту вращения коленвала можно увеличить/снизить переключением тумблера или рычагом управления дроссельной заслонки (в зависимости от модели станка). При увеличении частоты вращения выше 2600 об/мин двигатель автоматически отключается (в зависимости от модели станка). При выборе режима «зима» в системе задается начальная температура двигателя - 40 °С и в течение 20 мин после запуска температура поднимается до 80 °С. В «летнем» режиме температура растет с 0 °С. На панели 5 двигателя стенда 1 индикация сезона может отображаться строкой внизу экрана. Для запуска холодного двигателя (режим «зима») необходимо предварительно прогреть воздух во впускном коллекторе (30 сек). Работа дизельного двигателя (включение стартера, работа в заведенном состоянии) сопровождается звуками, соответствующими реальным. При изменении частоты вращения коленвала двигателя меняется звук двигателя. Информация о запуске двигателя поступает также на блок 25 обработки данных, который после её обработки формирует команду к блоку 26 управления анимации и на дисплее 3 отображается повышенное содержание выброса сажи и копоти из выхлопной трубы во время запуска и при повышенных нагрузках. Данные о частоте вращения коленвала передаются в блок 25 обработки данных, откуда поступают на остальные элементы тренажера. On the engine control panel 6, the ignition is turned on by moving the key to the "ignition" position, the indicators on the panel - 5 at the same time show the current state: battery voltage 12 (24) V (depending on the model), crankshaft speed - 0 rpm , engine temperature (if the engine has been warmed up before, the temperature will be shown in accordance with the usual cooling rate, approximately 20 minutes from 100 ° C to 0 ° C), and the low oil pressure and emergency shutdown warning lamps light up. When the starter button is turned on, the battery voltage drops to 9 (16) V, then after 2 seconds in summer (5 seconds in winter) the engine starts. After starting, the oil pressure rises to 3 bar (within 2 seconds in summer, - 40 seconds in winter). Into the cold To prevent the engine from shutting down due to low oil pressure (less than 1 bar), the protection bypass button must be pressed. After starting, the crankshaft rotation speed is 800 rpm, the generator voltage is 14 (28) V. The oil pressure within 5 - 20 seconds will rise to 3 bar. The crankshaft speed can be increased / decreased by switching the toggle switch or the throttle control lever (depending on the machine model). When the speed rises above 2600 rpm, the engine automatically shuts off (depending on the machine model). When the "winter" mode is selected, the initial engine temperature is set in the system - 40 ° С and within 20 minutes after starting the temperature rises to 80 ° С. In the "summer" mode, the temperature rises from 0 ° С. On the panel 5 of the engine of stand 1, the indication of the season can be displayed as a line at the bottom of the screen. To start a cold engine (winter mode), it is necessary to preheat the air in the intake manifold (30 sec). The operation of the diesel engine (starting the starter, running) is accompanied by sounds that correspond to real ones. When the engine speed changes, the sound of the engine changes. Information about starting the engine is also sent to the data processing unit 25, which, after processing it, generates a command to the animation control unit 26 and the display 3 displays an increased content of soot and soot emission from the exhaust pipe during starting and at increased loads. The data on the crankshaft rotational speed are transmitted to the data processing unit 25, from where they are sent to the rest of the simulator elements.
С помощью пульта 2 инструктора возможно создавать нештатные ситуации работы двигателя (фиг.6), например, низкое давление масла - снижает показания давления масла манометров на панели 5 стенда 1, по истечении 30 сек двигатель глохнет, перегрев - при его включении показания температуры двигателя плавно увеличиваются, и после достижения температуры 105 °С двигатель останавливается, команда на отказ работы генератора, при ее включении вольтметр показывает снижение напряжения на клеммах аккумулятора, незапуск дизеля - двигатель не заведется, пока нажата данная кнопка, отказ ламп - отключают сигнальные лампы на стенде 1 ученика. With the help of the instructor's console 2, it is possible to create abnormal situations of engine operation (Fig. 6), for example, low oil pressure - reduces the oil pressure readings of the pressure gauges on panel 5 of stand 1, after 30 seconds the engine stalls, overheating - when it is turned on, the engine temperature readings smoothly increase, and after reaching the temperature of 105 ° C, the engine stops, the command for the generator failure, when it is turned on, the voltmeter shows a decrease in voltage at the battery terminals, the diesel engine does not start - the engine will not start while this button is pressed, lamp failure - turn off the warning lamps at stand 1 student.
После запуска, прогрева и выхода на рабочие обороты коленвала дизельного двигателя буровой станок готов к работе. Режимные параметры манометров буровой установки отображаются на панели 7 стенда 1 ученика (фиг.4, 5). Панель 7 в нижнем ряду имитирует манометры бурового станка, в верхнем ряду - рассчитываемые показания частоты вращения шпинделя, осевую нагрузку, давление и уставку расхода промывочной жидкости. В
правом верхнем углу находится системная кнопка «System» для настройки панели. В среднем ряду отображаются механическая скорость бурения, глубина скважины, кнопки «Наращивание штанги», камеры (для выбора вида станка на анимации), рычаги переключения коробки передач. Во время проведения экзаменов могут скрываться часть индикаторов, в зависимости от конструкции реального станка, например, частоты вращения шпинделя, осевой нагрузки, уставки промывки, механической скорости и глубины скважины. При нажатии кнопки «Наращивание» длина колонны увеличивается на 3 м. Процедуры спускоподъемных операций, таких как отвинчивание, свинчивание снаряда, подъем и опускание керноприемной трубы в функционале тренажера могут отсутствовать, ввиду простоты обучения им персонала на практике. Кнопки, функционально соответствующие рычагам коробки передач, активны (реагируют на нажатие) только при отсутствии вращения шпинделя и положении вращателя на высоте не более 2-х м. After starting, warming up and reaching operating speed of the diesel engine crankshaft, the drilling rig is ready for operation. The operating parameters of the pressure gauges of the drilling rig are displayed on the panel 7 of the stand of 1 student (Figs. 4, 5). Panel 7 in the lower row simulates the drilling rig manometers, in the upper row - the calculated readings of the spindle speed, axial load, pressure and setting of the flow rate of the flushing fluid. IN in the upper right corner there is a system button "System" for configuring the panel. In the middle row, the ROP, the depth of the borehole, the "Rod extension" buttons, cameras (to select the type of machine in the animation), and gear shift levers are displayed. During examinations, some of the indicators may be hidden depending on the design of the real machine, for example, spindle speed, axial load, flush setpoint, mechanical speed and well depth. Pressing the "Build-up" button increases the string length by 3 m. There may be no tripping procedures, such as unscrewing, screwing on the projectile, lifting and lowering the core tube, in the simulator's functionality, due to the simplicity of training personnel in practice. Buttons that functionally correspond to the gearbox levers are active (react to pressing) only when there is no spindle rotation and the rotator is positioned at a height of no more than 2 m.
С помощью модуля ввода данных для задания инструкций пульта 2 инструктора, могут быть заданы различные параметры бурения, например, строение геологического разреза скважины из пяти видов пород по глубине залегания и категории буримости, типоразмер снаряда и степень поглощения промывочной жидкости (фиг.7). Если при задании глубин залегания пород была внесена ошибка, при которой глубина предыдущей породы оказалась больше последующей, то появится сообщение об ошибке. Начальная глубина задается строкой «Глубина скважины», при этом автоматически рассчитывается количество буровых штанг в колонне и вес буровой колонны, что отображается в строке «Количество штанг» и на индикаторе нагрузка на коронку. Категория интервала от начальной глубины до глубины2 соответствует категории породы 1. «Коэффициент сложности разреза» учитывает характер стенок скважины (для нормального разреза - 1 , в сложных геологических условиях - 1,5-2). Оказывает влияние на мощность, потребляемую на вращение бурового става и бурение. В окне «тип раствора» появляется выпадающий список из 4-х вариантов, выбранный тип отображается рядом (например, глинисто-полимерный + смазка). Кнопка «Посадка керноприемника» запускает имитацию посадки керноприемной трубы в колонковую последовательностью изменения показаний манометра давления бурового раствора. Ученику необходимо их отслеживать и вовремя сбросить давление, открыв кран на слив. Кнопки блока «Осложнения» позволяют запускать имитацию заполирования и подклина и их вариантов - устранимое - не устранимое заполирование и мягкого или жесткого подклина. Устранимое заполирование ликвидируется определенными действиями
ученика. Кнопка «Подклин» при выборе типа кнопкой «Жесткий» вызывает возрастание давления промывочной жидкости до 60 атм. Ученик должен оторвать снаряд от забоя, не выключая вращение, при этом давление на насосе падает до уровня ниже рабочего процентов на 10, покрутить снаряд секунд 10 и повторить попытку продолжить бурение. При повторе ситуации «мертвый» подклин необходимо прекратить бурение. При выборе «Мягкого подклина» в течение нескольких секунд возникает плавный подъем давления от единиц до пары десятков атмосфер выше рабочего давления. Для ликвидации «мягкого» подклина необходимо увеличить нагрузку на забой не менее чем на 300 кг, но не более допустимой нагрузки, и если в течении 2 минут подклин не устраняется, то осуществить подъем керноприемной трубы. Кнопка «Прихват шламом» в сочетании с бурением в мягких породах запускает имитацию данного режима. Выходом из такой ситуации является сброс давления промывки сливным краном. Все реакции ученика на возникновение осложнений обрабатываются программой в соответствии с алгоритмами поведения буровика в ситуациях, аналогичных происходящим в реальности. With the help of the data input module for setting instructions of the instructor's console 2, various drilling parameters can be set, for example, the structure of the geological section of the well of five types of rocks by the depth and drillability category, the size of the tool and the degree of absorption of the drilling fluid (Fig. 7). If, when specifying the depths of the rocks, an error was made, in which the depth of the previous rock was greater than the next, then an error message will appear. The initial depth is set by the “Well depth” line, while the number of drill rods in the string and the weight of the drill string are automatically calculated, which is displayed in the “Number of rods” line and on the bit load indicator. The category of the interval from the initial depth to depth2 corresponds to the category of rock 1. The "Section complexity coefficient" takes into account the nature of the wellbore walls (for a normal section - 1, in difficult geological conditions - 1.5-2). It affects the power consumed for rotation of the drill string and drilling. In the window "type of solution" a drop-down list of 4 options appears, the selected type is displayed next to it (for example, clay-polymer + grease). The "Landing of the core barrel" button starts the simulation of the landing of the core barrel in the column sequence of changing the readings of the drilling mud pressure gauge. The student needs to track them and relieve the pressure in time by opening the drain valve. The buttons of the "Complications" block allow you to run the simulation of polishing and sub-wedge and their variants - disposable - non-disposable polishing and soft or hard sub-wedge. Disposable polishing is eliminated by specific actions student. Button "Wedge" when choosing a type with the button "Hard" causes an increase in the pressure of the flushing fluid up to 60 atm. The student must tear off the tool from the bottom without turning off the rotation, while the pressure on the pump drops to a level below the working percent by 10, twist the tool for 10 seconds and repeat the attempt to continue drilling. If the situation is repeated "dead" sub-wedge, you must stop drilling. When selecting "Soft subclimbing", within a few seconds there is a gradual rise in pressure from a few to a couple of tens of atmospheres above the operating pressure. To eliminate the "soft" sub-subcliner, it is necessary to increase the load on the bottomhole by at least 300 kg, but not more than the permissible load, and if the sub-sub-sub-subclin is not removed within 2 minutes, then lift the core tube. The "Cuttings Stick" button in combination with drilling in soft formations starts the simulation of this mode. The way out of this situation is to relieve the flushing pressure with a drain valve. All student reactions to the occurrence of complications are processed by the program in accordance with the algorithms of the driller's behavior in situations similar to those in reality.
Модуль контроля пульта 2 инструктора, позволяет отображать параметры оборудования, изменяющиеся в результате действий ученика (фиг. 8). В верхней строке окна расположены индикаторы, дублирующие манометры стенда 1 ученика. В нижней строке отображаются параметры, которые рассчитываются блоком 25 обработки данных, исходя из положений рычагов и регуляторов, задаваемых учеником, а также давление промывочной жидкости, выбранная скорость коробки передач и кнопки управления камерами 3D модели. Кнопкой 3D модели «Общий вид» можно выбрать основное изображение на экране второго монитора: общий вид станка или вид с позиции оператора буровой установки. Кнопки 3D модели «Разрез», «Вид на скважину» и «Вид на слайдер» включают окна в углах дисплея 3, показывающие видео разреза скважины, устья и линейки на направляющей, по которой перемещается слайдер, что позволяет ученику оценить скорость бурения. The control module of the instructor's control panel 2 allows displaying the parameters of the equipment that change as a result of the student's actions (Fig. 8). In the upper line of the window there are indicators that duplicate the manometers of the stand of 1 student. The bottom line displays the parameters that are calculated by the data processing unit 25, based on the positions of the levers and regulators set by the student, as well as the pressure of the flushing fluid, the selected gearbox speed and the buttons for controlling the cameras of the 3D model. Using the button of the 3D model "General view" you can select the main image on the screen of the second monitor: the general view of the machine or the view from the position of the drilling rig operator. The 3D model buttons Section, Borehole View and Slider View include windows in the corners of display 3 that show a video of the borehole section, the wellhead and a ruler on the slide along which the slider moves, which allows the student to estimate the drilling speed.
Блок 25 обработки данных выполняет программу виртуальной модели, которая рассчитывает режимы бурения в зависимости от заданных инструктором состава горной породы и параметров, задаваемых учеником, определяет положение буровой колонны в каждую единицу времени, частоту вращения шпинделя, поведение грузовой и керновой лебедок, срабатывание трубодержателя и зажимного гидропатрона. При включении тренажера исходное положение установки - дизельный двигатель выключен, мачта опущена, вращатель находится в нижней точке, гидропатрон зажат.
После включения, прогрева и выхода модели дизельного двигателя на рабочие режимы модель бурового станка готова к работе. The data processing unit 25 executes a virtual model program that calculates the drilling modes depending on the rock composition set by the instructor and the parameters set by the student, determines the position of the drill string at each unit of time, the spindle speed, the behavior of the cargo and core winches, the operation of the pipe hanger and clamping hydropathron. When the simulator is turned on, the initial position of the installation is - the diesel engine is off, the mast is lowered, the rotator is at its lowest point, the hydraulic chuck is clamped. After turning on, warming up and reaching the operating modes of the diesel engine model, the drilling rig model is ready for operation.
Трехпозиционный рычаг 11 управления подъемом и опусканием мачты, оснащенным двумя датчиками положения, задает направление подъема (опускания) мачты бурового станка. Сигналы с датчиков рычага 11 поступают на вход контроллера стенда 1, который передает данные в блок 25 обработки данных, для обработки программой, которая управляет положением мачты станка в виртуальной модели. Для начала работы мачту устанавливают в вертикальное положение включением рычага 11 в положение «Вверх». A three-position lever 11 for controlling the raising and lowering of the mast, equipped with two position sensors, sets the direction of raising (lowering) the mast of the drilling rig. The signals from the sensors of the lever 11 are fed to the input of the controller of the stand 1, which transmits the data to the data processing unit 25 for processing by the program that controls the position of the machine mast in the virtual model. To start work, the mast is set in a vertical position by turning the lever 11 to the "Up" position.
Для перемещения снаряда грузовой лебедкой необходимо предварительно раскрепить гидропатрон рычагом 9. При начале работы свободная длина троса равна нулю, поэтому снаряд должен неподвижно висеть на тросе грузовой лебедки. Во избежание опускания снаряда под собственным весом в выключенном положении рычага 22 главной (грузовой) лебедки необходимо установить рычаг 16 управления тормозом лебедки в положение «зафиксирован». В случае, когда тормоз лебедки не заторможен, изображение бурильной трубы своим нижним концом опустится вниз до забоя, либо, в случае, если вращатель находится в верхнем положении, и расстояние от верхнего конца снаряда, оснащенного сальником окажется меньше расстояния от нижнего конца трубы до забоя, снаряд остановится за счет сальника на гидропатроне. Программа, выполняемая блоком 25 обработки данных, учитывает сигналы от датчиков и при раскрепе рычагом 9, рассчитывает длину снаряда, взаимное расположение элементов на мачте, формирует сигналы для отображения на визуальной модели перемещение корпуса гидропатрона, соответствующее положению «Патрон раскреплен». При раскрепе изображение бурового снаряда опустится вниз, выбирая свободную длину троса, либо, при положении рычага 16 управления тормозом лебедки в положение «зафиксирован», останется в неподвижном положении. В результате в модели запишется положение бурового снаряда. To move the projectile with a cargo winch, it is necessary to first unfasten the hydraulic chuck with lever 9. When starting work, the free length of the cable is zero, so the projectile must hang motionless on the cable of the cargo winch. To avoid lowering the projectile under its own weight in the off position of the lever 22 of the main (cargo) winch, it is necessary to set the lever 16 of the winch brake control to the “fixed” position. In the case when the winch brake is not braked, the image of the drill pipe with its lower end will go down to the bottom, or, if the rotator is in the upper position, and the distance from the upper end of the tool equipped with an oil seal will be less than the distance from the lower end of the pipe to the bottom , the projectile will stop due to the oil seal on the hydropathron. The program executed by the data processing unit 25 takes into account the signals from the sensors and, when unclamping by lever 9, calculates the length of the projectile, the relative position of the elements on the mast, generates signals for displaying on the visual model the movement of the body of the hydraulic cartridge corresponding to the position "The cartridge is unlocked" When opening, the image of the drill string will go down, choosing the free length of the cable, or, when the lever 16 of the winch brake control is in the "locked" position, it will remain in a stationary position. As a result, the position of the drill string is recorded in the model.
Перед началом бурения рычагом 9 раскрепляется патрон, рычагом 22 грузовой лебедки буровой снаряд устанавливается на забой, рычагом 21 быстрой подачи или рычагом 14 медленной подачи вращатель поднимается к верхнему положению, рычагом 9 зажимается гидропатрон, регулятором 19 включается и выставляется на необходимую производительность буровой насос, шаровый кран подачи бурового раствора переводится в положение «открыт», шаровый кран сброса бурового раствора - в положение «закрыт». Установка готова к бурению.
Информация с датчиков о положении элементов в результате вышеперечисленных действий ученика поступает на контроллер и с него в блок 25 обработки данных, где формируются изменения в состояние виртуальной модели станка, а управляющие команды из блока 25 поступают в блок 26 управления анимацией и приводят к изменению положения элементов в визуальной модели, отображаемой на дисплее 3. Before the start of drilling, the chuck is released with the lever 9, the drill is set to the bottom with the lever 22 of the cargo winch, the rotator rises to the upper position with the lever 21 of the quick feed or the lever 14 of the slow feed, the hydraulic chuck is clamped by the lever 9, the regulator 19 turns on and sets the mud pump to the required performance, ball the drilling mud supply valve is moved to the "open" position, the ball valve for drilling mud discharge - to the "closed" position. The rig is ready for drilling. Information from the sensors about the position of the elements as a result of the above actions of the student goes to the controller and from it to the data processing unit 25, where changes in the state of the virtual machine model are formed, and the control commands from the unit 25 enter the animation control unit 26 and lead to a change in the position of the elements in the visual model shown on the display 3.
Ученик, включив рычагом 14 подачу снаряда вниз и включив рычагом 20 вращение, приступает к процессу бурения. Осевая нагрузка определяется положением регулятора 17 скорости подачи, и, при необходимости, регулятором 18 рабочего давления. Частота вращения регулируется положением регулятора 15, с учетом передаточного коэффициента коробки передач, частоты вращения коленвала дизельного двигателя и угла отклонения рычага 20 направления вращения. The student, having turned on the feed of the projectile down with the lever 14 and turned on the rotation with the lever 20, starts the drilling process. The axial load is determined by the position of the feed rate regulator 17 and, if necessary, by the operating pressure regulator 18. The rotational speed is regulated by the position of the regulator 15, taking into account the gear ratio of the gearbox, the rotational speed of the diesel engine and the angle of deflection of the lever 20 of the direction of rotation.
Виртуальная модель после достижения расчетного значения контакта породоразрушающего инструмента (алмазной коронки), находящегося на нижнем конце бурового снаряда, с забоем скважины подключает данные, сохраненные в оперативной памяти 24, касающиеся параметров бурения. При этом учитывается вся заданная инструктором в модуле задания параметров бурения информация о типе, составе горной породы, глубине скважины, сложности разреза и других данных, а также заданные оператором режимы бурового станка. Формула, описывающая процесс бурения рассчитывает на основании этих параметров поведение снаряда, скорость бурения, затраты мощности, давление промывочной жидкости, давления на манометрах станка и соответствующие им частоту вращения, осевую нагрузку, отображает их на соответствующих индикаторах и передает команды в блок 26 управления анимацией. Для придания большего реализма в формулу могут вводиться плавающие поправочные коэффициенты, изменяющие в небольших пределах параметры бурения, создающие эффект реакции на меняющиеся породу, ее буримость, гидравлическое сопротивление пристеночной полости скважины, через которую выносится шлам, влияющее на давление промывочной жидкости. The virtual model, after reaching the calculated value of the contact of the rock cutting tool (diamond bit) located at the lower end of the drill string, with the borehole bottom connects the data stored in the random access memory 24 concerning the drilling parameters. This takes into account all the information specified by the instructor in the module for setting the drilling parameters about the type, composition of the rock, the depth of the well, the complexity of the section and other data, as well as the modes of the drilling rig set by the operator. The formula describing the drilling process calculates, on the basis of these parameters, the behavior of the drill, the drilling speed, the power consumption, the pressure of the drilling fluid, the pressures on the machine manometers and the corresponding rotational speed, the axial load, displays them on the corresponding indicators and transmits commands to the animation control unit 26. To make the formula more realistic, floating correction factors can be introduced into the formula, changing the drilling parameters within small limits, creating the effect of a reaction to changing rock, its drillability, hydraulic resistance of the near-wall cavity of the well through which cuttings are carried out, which affects the pressure of the drilling fluid.
Визуальные модели для отображения на дисплее 3 формируются в блоке 26 управления анимацией на основании команд и данных, поступающих от блока 25 обработки данных, и имитируют поведение нежестких элементов станка (рукавов высокого давления и тросов) в соответствии с законами физики (земное притяжение, упругость и инерцию). В блоке 26 управления анимацией хранятся данные о визуальной 3D модели бурового станка. Команды, поступающие от блока 25 обработки данных, служат для
моделирования поведения исполнительных механизмов, генерации параметров станка и данных бурения, управляют положением и скоростью перемещения узлов станка. Ракурс общего вида, наиболее удобный для наблюдения и работы, выбирается (настраивается) при помощи манипулятора типа «мышь» панели 2 инструктора. Дополнительные изображения в виде небольших экранов по углам предоставляют более полную информацию. В большинстве случаев на территории Российской Федерации в сложных и тяжелых климатических условиях станок, как правило, располагается внутри передвижного бурового помещения, но в целях удобства наблюдения в анимации станок отображается без него. Visual models for display on the display 3 are formed in the animation control unit 26 based on commands and data coming from the data processing unit 25, and simulate the behavior of the non-rigid elements of the machine (high-pressure hoses and cables) in accordance with the laws of physics (gravity, elasticity, etc. inertia). The animation control unit 26 stores data about the visual 3D model of the drilling rig. The commands coming from the data processing unit 25 are used to simulate the behavior of actuators, generate rig parameters and drilling data, control the position and speed of movement of the rig nodes. The general view, the most convenient for observation and work, is selected (adjusted) using the "mouse" type manipulator of the instructor's panel 2. Additional images in the form of small screens in the corners provide more complete information. In most cases on the territory of the Russian Federation in difficult and harsh climatic conditions, the rig is usually located inside a mobile drilling room, but for the sake of ease of observation in the animation the rig is displayed without it.
Промышленная применимость Industrial applicability
Заявленный тренажер-имитатор является эффективным техническим средством обучения и повышения квалификации буровиков. Позволяет приобрести и усовершенствовать практические навыки выполнения, контроля и оптимизации основных технологических процессов бурения скважин на полезные ископаемые, распознавания и предотвращения осложнений и аварийных ситуаций. The declared simulator is an effective technical tool for training and advanced training of drillers. It allows you to acquire and improve practical skills in performing, monitoring and optimizing the main technological processes of drilling wells for minerals, recognizing and preventing complications and emergencies.
Следует отметить, что для реализации заявленного тренажера могут быть использованы множество аппаратных и программных средств и различных структурных компонентов. Приведенный пример реализации тренажера и его использования не ограничивает объем заявленного решения представленными частными формами исполнения отдельных компонентов или этапов. Специалисту в данной области техники очевидно, что, по меньшей мере, программные аспекты осуществления могут быть реализованы одним или несколькими процессорами. Различные компоненты тренажера, описанные в примере, могут включать в себя стандартные аппаратные и программные средства, такие как один или несколько процессоров, один или несколько постоянных машиночитаемых модулей носителя, один или несколько интерфейсов ввода / вывода и различные соединения (например, системная шина) для подключения компонентов. Следует понимать, что если указано, что компонент «соединён» с другим компонентом, это означает, что он может быть «напрямую соединён» с другим компонентом или «электрически соединён» с другим компонентом через третий компонент. Кроме того, если не указано обратное, слова «включать», «содержать» и их формы «включает», «содержит», «включающий», «содержащий» подразумевает наличие указанных компонентов, но не отсутствие любых других компонентов.
It should be noted that a variety of hardware and software and various structural components can be used to implement the claimed simulator. The given example of the implementation of the simulator and its use does not limit the scope of the declared solution to the presented particular forms of execution of individual components or stages. A person skilled in the art will appreciate that at least the software aspects of the implementation may be implemented by one or more processors. The various components of the simulator described in the example may include standard hardware and software, such as one or more processors, one or more permanent machine-readable media modules, one or more I / O interfaces, and various connections (such as a system bus) for connecting components. It should be understood that if a component is indicated to be “connected” to another component, it means that it can be “directly connected” to another component, or “electrically connected” to another component through a third component. In addition, unless otherwise indicated, the words "include", "comprise" and their forms "includes", "contains", "including", "comprising" means the presence of the specified components, but not the absence of any other components.
Claims
1. Тренажер-имитатор бурового станка, включающий стенд ученика, который содержит панели, имитирующие пусковую панель двигателя и манометры бурового станка, краны, имитирующие управление подачей и сбросом бурового раствора, рычаги и регуляторы, имитирующие элементы управления двигателем и буровым станком, пульт инструктора, который содержит модуль ввода данных для задания инструкций и модуль контроля действий ученика, дисплей, выполненный с возможностью визуального отображения процесса бурения и движения элементов бурового станка, и систему управления, включающую взаимодействующие между собой оперативную память, служащую для хранения текущих параметров оборудования, полученных от стенда ученика, и инструкций с пульта инструктора, блок обработки данных и блок управления анимацией, функционально соединенный с дисплеем для отображения анимации, отличающийся тем, что содержит контроллер, взаимодействующий с системой управления, краны, имитирующие управление подачей и сбросом бурового раствора, снабжены датчиками включения-выключения, рычаги, имитирующие элементы управления двигателем и буровым станком, снабжены датчиками положения, регуляторы, имитирующие элементы управления двигателем и буровым станком, снабжены датчиками углового положения, все датчики функционально соединены с контроллером для передачи данных. 1. A simulator of a drilling rig, including a student's stand, which contains panels that simulate the engine start panel and pressure gauges of a drilling rig, cranes that simulate control of the supply and discharge of drilling mud, levers and regulators that simulate controls for the engine and the drilling rig, an instructor console, which contains a data input module for setting instructions and a student control module, a display made with the ability to visually display the drilling process and the movement of drilling rig elements, and a control system that includes interacting random access memory used to store the current parameters of the equipment received from the stand student, and instructions from the instructor's console, a data processing unit and an animation control unit, functionally connected to the display for displaying animation, characterized in that it contains a controller interacting with the control system, cranes that simulate control of the supply and discharge of drilling fluid ra, equipped with on-off sensors, levers simulating engine and drilling rig controls, equipped with position sensors, regulators simulating engine and drilling rig controls, equipped with angular position sensors, all sensors are functionally connected to the controller for data transmission.
2. Тренажер-имитатор бурового станка по п.1, отличающийся тем, что рычаги выполнены двух- и трехпозиционными. 2. The drilling rig simulator according to claim 1, characterized in that the levers are made two- and three-position.
3. Тренажер-имитатор бурового станка по п.1, отличающийся тем, что датчики углового положения регуляторов выполнены многооборотными. 3. The drilling rig simulator according to claim 1, characterized in that the angular position sensors of the regulators are multi-turn.
4. Тренажер-имитатор бурового станка по п.1, отличающийся тем, что модуль ввода данных для задания инструкций выполнен с возможностью задания параметров бурения и режимов работы оборудования. 4. The drilling rig simulator according to claim 1, characterized in that the data input module for setting instructions is configured to set drilling parameters and operating modes of the equipment.
5. Тренажер-имитатор бурового станка по п.1, отличающийся тем, что блок обработки данных выполнен с возможностью выполнения действий, включающих, но не ограничивающихся сопоставление инструкций, вычисление параметров для индикаторов, генерацию случайных чисел для имитации неравномерно протекающих реальных процессов и показаний, вычисление скорости бурения, положения вращателя и частоты вращения.
5. Drilling rig simulator according to claim 1, characterized in that the data processing unit is configured to perform actions, including, but not limited to, matching instructions, calculating parameters for indicators, generating random numbers to simulate unevenly flowing real processes and readings, calculation of drilling speed, rotator position and rotational speed.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019141269 | 2019-12-13 | ||
RU2019141269A RU2725451C1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Drill rig training simulator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2021118416A1 true WO2021118416A1 (en) | 2021-06-17 |
Family
ID=71509990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2020/050372 WO2021118416A1 (en) | 2019-12-13 | 2020-12-10 | Drilling rig training simulator |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2725451C1 (en) |
WO (1) | WO2021118416A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113823173A (en) * | 2021-10-19 | 2021-12-21 | 江苏汇博机器人技术股份有限公司 | Robot skill level intelligent assessment platform |
CN115547139A (en) * | 2022-11-30 | 2022-12-30 | 中煤科工西安研究院(集团)有限公司 | Coal mine underground automatic drilling machine virtual training system and method |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU204621U1 (en) * | 2020-12-14 | 2021-06-02 | Общество С Ограниченной Ответственностью Инженерный Центр "Пфз" | DEVICE FOR FIXING THE ENCODER TO THE MEASURING ROLLER PERFORMING THE OPERATIONS OF MEASUREMENT OF LONG-SIZED BODIES |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2047909C1 (en) * | 1990-03-20 | 1995-11-10 | Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Trainer for operators of control systems over technological processes |
WO2009113867A1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-09-17 | Aker Mh As | Simulator system and method |
RU93565U1 (en) * | 2009-12-28 | 2010-04-27 | Олег Александрович Поваляев | CASE OF THE SENSOR OF MEASURING SYSTEMS OF EDUCATIONAL EQUIPMENT |
RU2503065C1 (en) * | 2009-11-03 | 2013-12-27 | Чэнду Есимтек Петролеум Эквипмент Симьюлейшн Текнолоджи Эксплоитейшн Ко., Лтд. | Distributed system of drilling simulation modelling |
US20160097270A1 (en) * | 2014-10-03 | 2016-04-07 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Integrated Drilling Control System |
WO2018034652A1 (en) * | 2016-08-16 | 2018-02-22 | Halliburton Energy Services, Inc. | Methods and systems of modeling fluid diversion treatment operations |
RU2697957C1 (en) * | 2018-06-25 | 2019-08-21 | Открытое акционерное общество "Севернефтегазпром" | Automated learning method |
-
2019
- 2019-12-13 RU RU2019141269A patent/RU2725451C1/en active
-
2020
- 2020-12-10 WO PCT/RU2020/050372 patent/WO2021118416A1/en active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2047909C1 (en) * | 1990-03-20 | 1995-11-10 | Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Trainer for operators of control systems over technological processes |
WO2009113867A1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-09-17 | Aker Mh As | Simulator system and method |
RU2503065C1 (en) * | 2009-11-03 | 2013-12-27 | Чэнду Есимтек Петролеум Эквипмент Симьюлейшн Текнолоджи Эксплоитейшн Ко., Лтд. | Distributed system of drilling simulation modelling |
RU93565U1 (en) * | 2009-12-28 | 2010-04-27 | Олег Александрович Поваляев | CASE OF THE SENSOR OF MEASURING SYSTEMS OF EDUCATIONAL EQUIPMENT |
US20160097270A1 (en) * | 2014-10-03 | 2016-04-07 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Integrated Drilling Control System |
WO2018034652A1 (en) * | 2016-08-16 | 2018-02-22 | Halliburton Energy Services, Inc. | Methods and systems of modeling fluid diversion treatment operations |
RU2697957C1 (en) * | 2018-06-25 | 2019-08-21 | Открытое акционерное общество "Севернефтегазпром" | Automated learning method |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113823173A (en) * | 2021-10-19 | 2021-12-21 | 江苏汇博机器人技术股份有限公司 | Robot skill level intelligent assessment platform |
CN115547139A (en) * | 2022-11-30 | 2022-12-30 | 中煤科工西安研究院(集团)有限公司 | Coal mine underground automatic drilling machine virtual training system and method |
CN115547139B (en) * | 2022-11-30 | 2024-05-07 | 中煤科工西安研究院(集团)有限公司 | Virtual training system and method for underground coal mine automatic drilling machine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2725451C1 (en) | 2020-07-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2021118416A1 (en) | Drilling rig training simulator | |
RU2503065C1 (en) | Distributed system of drilling simulation modelling | |
RU2517261C2 (en) | Portable drilling simulation system | |
CN108694258A (en) | Drilling well underground dummy emulation method and system for arrangement and method for construction preview optimization | |
CN104933943A (en) | Land drilling rig installation operation simulation system and operation method thereof | |
CN114464033B (en) | Interactive deepwater well control situation drilling system and method | |
WO2019024245A1 (en) | Teaching simulation demonstration apparatus for professional technical field | |
CN104599575A (en) | Underground operation simulating system | |
CN104851352B (en) | A kind of PLC control system of rig installation simulation system | |
CN105023501A (en) | Petroleum drilling experiment teaching platform | |
CN104933942A (en) | Ring screen projection system of land drilling rig installation operation simulation system, and image processing method thereof | |
CN204965890U (en) | Rig installation analog system's PLC control system | |
CN204965807U (en) | Rig installation analog system | |
CN104933922B (en) | A kind of rig installs simulation system | |
CN104680917B (en) | Drive simulation system and method in top | |
GB2295480A (en) | Well control simulation system | |
Chan et al. | Development and validation of a scenario-based drilling simulator for training and evaluating human factors | |
CN204965898U (en) | Rig installation analog system's totality structure | |
CN204965893U (en) | Rig model of land rig installation operation simulation system | |
CN204965892U (en) | Land rig installation operation simulation system | |
CN104616552A (en) | Top drive simulating system | |
CN104766524B (en) | A kind of rig installs simulation system | |
CN210136597U (en) | Hardware platform of open hole logging simulation system | |
CN104851351B (en) | A kind of specification demenstration method of land rig installation | |
CN104966454A (en) | Specification demonstration system of land rig |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20898649 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20898649 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |