Active control of stick-slip oscillations in oil-well drilling systems (2023)
- Authors:
- Autor USP: CRUZ NETO, HELIO JACINTO DA - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SEM
- DOI: 10.11606/T.18.2023.tde-17042023-160638
- Subjects: PERFURAÇÃO DE POÇOS; PETRÓLEO; COLUNAS DE PERFURAÇÃO; ESTABILIDADE
- Keywords: Stick-slip; Coeficiente de amortecimento negativo; Controle de amortecimento negativo; Realimentação ótima estática de saída
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Sistemas de perfuração rotativa estão sujeitos a interações nocivas entre a estrutura de perfuração, o poço e a formação rochosa, levando a vibrações torcionais que podem diminuir a eficiência da perfuração e causar falhas nos componentes da coluna de perfuração. Uma maneira adequada de reduzir essas falhas prejudiciais é projetar um controlador ativo que mitiga as vibrações, com a restrição de usar somente a quantidade limitada de dados em tempo real disponíveis nas operações de campo. Neste contexto, esta tese propõe duas novas técnicas de controle, as quais são baseadas apenas em simples combinações lineares de sinais medidos, com o objetivo de mitigar as vibrações torcionais da coluna de perfuração e melhorar o desempenho da perfuração. Visto que os sinais medidos são de suma importância para a eficácia das técnicas propostas, este trabalho também investiga quais sinais são relevantes para realimentação com o objetivo de garantir estabilidade assintótica. A primeira técnica de controle proposta baseia-se no trabalho desenvolvido pelo autor durante seu mestrado e consiste em determinar o ganho de controle de um controlador com realimentação de saída (OSOF) de modo que seu desempenho seja o mais próximo possível de um controlador com realimentação de estado completo (LQR). A segunda técnica de controle proposta deriva do conceito de coeficiente de amortecimento negativo desenvolvido nesta tese e visa ampliar os limites de operação segura da coluna de perfuração através daminimização do valor do coeficiente de amortecimento negativo para o qual o ponto de operação é assintoticamente estável. Os controladores propostos são aplicados a um modelo representativo da dinâmica torsional da coluna de perfuração, modelado através do método dos elementos finitos com atrito seco não regularizado. O modelo desenvolvido contempla aspectos particulares da aplicação dos controladores propostos, como a reformulação das equações de movimento como um problema de estabilização e a adição de uma ação integral. Simulações revelam que os controladores propostos desempenham melhor que um controlador PI otimizado tanto no caso de parâmetros conhecidos quanto na presença de incertezas. Adicionalmente, análises de sensibilidade indicam uma aparente estabilidade global do sistema equipado com um dos controladores propostos, além de baixa sensibilidade do desempenho com relação a variações de parâmetros. Os resultados motivam investigações futuras sobre a aparente estabilidade global fornecida pelo controlador proposto e a implementação prática das estratégias desenvolvidas
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2023
- Data da defesa: 02.02.2023
- Este periódico é de acesso aberto
- Este artigo é de acesso aberto
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- Cor do Acesso Aberto: gold
- Licença: cc-by-nc-sa
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ABNT
CRUZ NETO, Hélio Jacinto da. Active control of stick-slip oscillations in oil-well drilling systems. 2023. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2023. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-17042023-160638/. Acesso em: 06 maio 2024. -
APA
Cruz Neto, H. J. da. (2023). Active control of stick-slip oscillations in oil-well drilling systems (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-17042023-160638/ -
NLM
Cruz Neto HJ da. Active control of stick-slip oscillations in oil-well drilling systems [Internet]. 2023 ;[citado 2024 maio 06 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-17042023-160638/ -
Vancouver
Cruz Neto HJ da. Active control of stick-slip oscillations in oil-well drilling systems [Internet]. 2023 ;[citado 2024 maio 06 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-17042023-160638/ - Otimização do posicionamento de sensores e atuadores para o controle com realimentação de saída utilizando critério de desempenho quadrático
- On the noncollocated control of structures with optimal static output feedback: initial conditions dependence, sensors placement, and sensitivity analysis
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Informações sobre o DOI: 10.11606/T.18.2023.tde-17042023-160638 (Fonte: oaDOI API)
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