Tytuł pozycji:
PID control design of strongly coupled axial-torsional vibrations in rotary drilling systems
Drilling operations can encounter considerable challenges posed by strong, coupled vibrations that exert a complex influence on rotary drilling system performance. These vibrations are classified into three distinct types based on their propagation direction: axial, lateral, and torsional. Previous research efforts have predominantly focused on examining each vibration type in isolation. However, the effectiveness and resilience of developed controllers are profoundly affected by the often overlooked coupling effects arising from other types of vibrations. In this study, we propose the implementation of a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller for the coupled Axial-Torsional vibration system. The research presented herein is dedicated to investigate the performance of the controller under strongly coupled vibrations. To address the dynamic vibrations encountered during drilling, it is imperative to understand the intricate behavior of the drill bit in response to these vibrations before designing controllers to mitigate their impact. Numerous models have been proposed in the existing literature to elucidate the behavior of the drill string under axial-torsional vibrations. The objective of this research is to develop a comprehensive model of the drilling system and investigate the robustness of the PID controller to mitigate the adverse effects of coupled Axial-Torsional vibrations. By effectively analysing the obtained results, this study has contributed to the optimization and improvement of drilling operations under sever coupled vibrations.
Operacje wiercenia mogą napotkać znaczne wyzwania stawiane przez silne, sprzężone wibracje, które wywierają złożony wpływ na wydajność obrotowego systemu wiercącego. Te wibracje są klasyfikowane na trzy różne typy na podstawie kierunku propagacji: osiowe, boczne i skrętne. Dotychczasowe wysiłki badawcze skupiały się głównie na badaniu każdego rodzaju wibracji oddzielnie. Jednak skuteczność i odporność opracowanych regulatorów są głęboko dotknięte często pomijanymi efektami sprzężenia wynikającymi z innych rodzajów wibracji. W niniejszym badaniu proponujemy zastosowanie kontrolera Proporcjonalno-Całkowo-Różniczkowego (PID) dla sprzężonego systemu wibracji osiowo-skrętnych. Przedstawione w tym badaniu badania są poświęcone zbadaniu wydajności kontrolera w warunkach silnie sprzężonych wibracji. Aby skutecznie radzić sobie z dynamicznymi wibracjami napotykanymi podczas wiercenia, niezwykle istotne jest zrozumienie złożonego zachowania wiertła w odpowiedzi na te wibracje przed zaprojektowaniem kontrolerów w celu złagodzenia ich wpływu. W istniejącej literaturze zaproponowano wiele modeli w celu wyjaśnienia zachowania struny wiertniczej pod wpływem wibracji osiowo-skrętnych. Celem tego badania jest opracowanie wszechstronnego modelu systemu wiercenia i zbadanie odporności kontrolera PID na mitigację niekorzystnych skutków sprzężonych wibracji osiowo-skrętnych. Poprzez skuteczną analizę uzyskanych wyników, to badanie przyczyniło się do optymalizacji i poprawy operacji wiercenia w warunkach silnie sprzężonych wibracji.
Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).
