基于狀態(tài)反饋和扭矩前饋鉆柱黏滑振動(dòng)控制系統(tǒng)

摘要：鉆柱黏滑振動(dòng)現(xiàn)象廣泛存在于油氣井的勘探開發(fā)。該振動(dòng)容易造成鉆柱連接松動(dòng),加快鉆井部件的磨損和失效,從而降低鉆井效率、威脅鉆井安全。為了抑制鉆柱黏滑振動(dòng),提出一種狀態(tài)反饋和扭矩前饋結(jié)合的控制方案。基于建立的鉆進(jìn)系統(tǒng)雙自由度集中參數(shù)模型,設(shè)計(jì)一種狀態(tài)觀測(cè)器,可以估計(jì)鉆進(jìn)系統(tǒng)難以測(cè)量的井下狀態(tài)。并設(shè)計(jì)一種參考值優(yōu)化算法,可以根據(jù)鉆頭與巖石間的摩擦扭矩,實(shí)時(shí)計(jì)算所有狀態(tài)參考值和前饋扭矩輸入量。結(jié)合狀態(tài)觀測(cè)器和參考值優(yōu)化算法,實(shí)現(xiàn)了全維狀態(tài)控制器的設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明,在變化的非線性摩擦扭矩下,設(shè)計(jì)的控制方案對(duì)鉆柱黏滑振動(dòng)起到了良好的抑制效果。井場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明,設(shè)計(jì)的控制器可以應(yīng)用于抑制鉆井現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的鉆柱黏滑振動(dòng)現(xiàn)象。