基于状态重构器的顶驱控制方法

摘要

为了防止钻井过程中因黏滑振动造成钻井事故,提出一种基于状态重构器的顶驱扭矩控制方法。首先,将顶驱、钻杆和钻具组合等效为集中质量弹簧阻尼系统,采用Karnopp非线性摩擦模型分析黏滑振动摩擦,建立钻柱系统井下运动方程;其次,通过增加摩擦干扰器,采用最优阻尼进行参数整定,设计基于龙伯格状态重构器的PID控制算法;再次,采用MATLAB软件搭建钻柱系统运动模型和状态重构器仿真模型,进行井下黏滑振动模拟和控制算法仿真,验证模型的准确性和算法的有效性;最后,设计并建立井下黏滑振动实验装置,在黏滑振动工况下,估算钻头钻速,验证控制算法。研究结果表明:黏滑振动控制算法可在较短时间内有效控制井下转速,抑制黏滑振动。