Controle híbrido para compensador de heave de uma coluna de perfuração

Abstract

O compensador de heave é um sistema que mitiga a transmissão do movimento de heave dos navios para certos equipamentos. Na indústria petrolífera, um compensador de heave permite a perfuração em ambientes offshore. O compensador de elevação atenua o movimento transmitido da embarcação à coluna de perfuração e à broca, garantindo a segurança e a eficiência do processo de perfuração. Os tipos comuns de compensadores de heave são compensadores passivos (hidropneumático), ativos, semi-ativos e híbridos. Duas operações com compensador de heave são estudadas nesta tese, com broca livre e em contato com a formação. A primeira parte desta tese dedica-se aos compensadores de movimento passivo e semi-ativo com broca livre, e três pontos são abordados. Primeiro, uma análise da influência do módulo volumétrico na performance do compensador passivo e propõe-se uma condição simples para determinar se pode ser negligenciado da modelagem. Segundo, a metodologia para projetar compensadores de heave passivos com a resposta de freqüência desejada. Terceiro, quatro metodologias de controle para o compensador semi-ativo são testadas e comparadas numericamente. A segunda parte desta tese dedica-se aos compensadores passivo e híbrido de heave com broca em contato. Dois efeitos de atrito seco do compensador passivo durante a perfuração offshore para operações em contato. A primeira é a variação da taxa de atenuação do movimento de heave transmitido à coluna de perfuração em função da amplitude do movimento da plataforma. A segunda é a Vibração Induzida pelo Compensador (CIV), que induz oscilações longitudinais de freqüências superiores ao movimento de elevação. Esses fenômenos são explicados por uma análise das forças do compensador passivo (linearização e espectro de frequência) e uma análise modal da coluna com compensador passivo (formas dos modos de vibração e condições de contorno). Além disso, um controle é proposto para mitigar o movimento de heave e o fenômeno de CIV, o qual é composto por dois controles independentes, um feedforward não linear para mitigar o atrito seco não linear e um controle CRONE (abreviação francesa de controle robusto de ordem não inteira) feedback para mitigar o CIV . Este controle reduz drasticamente o CIV e a transmissão do movimento de heave.