基于状态反馈和扭矩前馈钻柱黏滑振动控制系统

TE92; 钻柱黏滑振动现象广泛存在于油气井的勘探开发.该振动容易造成钻柱连接松动,加快钻井部件的磨损和失效,从而降低钻井效率、威胁钻井安全.为了抑制钻柱黏滑振动,提出一种状态反馈和扭矩前馈结合的控制方案.基于建立的钻进系统双自由度集中参数模型,设计一种状态观测器,可以估计钻进系统难以测量的井下状态.并设计一种参考值优化算法,可以根据钻头与岩石间的摩擦扭矩,实时计算所有状态参考值和前馈扭矩输入量.结合状态观测器和参考值优化算法,实现了全维状态控制器的设计.仿真结果表明,在变化的非线性摩擦扭矩下,设计的控制方案对钻柱黏滑振动起到了良好的抑制效果.井场实验表明,设计的控制器可以应用于抑制钻井现场产...

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Published in西北工业大学学报 Vol. 37; no. 2; pp. 291 - 298
Main Authors 付蒙, 李江红, 吴亚锋, 宋叔飚, 赵艾奇, 李文青
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 西北工业大学 动力与能源学院,陕西 西安,710072%中国船舶工业系统工程研究院,北京,100094%太原学院 市政与环境工程系,山西 太原,044300 01.04.2019
Subjects
钻柱
前馈控制
参考值优化
黏滑振动
状态观测器
状态反馈控制
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ISSN1000-2758
DOI10.1051/jnwpu/20193720291

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Summary:TE92; 钻柱黏滑振动现象广泛存在于油气井的勘探开发.该振动容易造成钻柱连接松动,加快钻井部件的磨损和失效,从而降低钻井效率、威胁钻井安全.为了抑制钻柱黏滑振动,提出一种状态反馈和扭矩前馈结合的控制方案.基于建立的钻进系统双自由度集中参数模型,设计一种状态观测器,可以估计钻进系统难以测量的井下状态.并设计一种参考值优化算法,可以根据钻头与岩石间的摩擦扭矩,实时计算所有状态参考值和前馈扭矩输入量.结合状态观测器和参考值优化算法,实现了全维状态控制器的设计.仿真结果表明,在变化的非线性摩擦扭矩下,设计的控制方案对钻柱黏滑振动起到了良好的抑制效果.井场实验表明,设计的控制器可以应用于抑制钻井现场产生的钻柱黏滑振动现象.
ISSN:1000-2758
DOI:10.1051/jnwpu/20193720291