Controle híbrido para compensador de heave de uma coluna de perfuração

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Cuéllar Sánchez, William Humberto
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/37074
Resumo: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2019.
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spelling Cuéllar Sánchez, William HumbertoFortaleza, Eugênio Liborio Feitosa2020-03-11T18:28:33Z2020-03-11T18:28:33Z2020-03-112019-07-01CUÉLLAR SÁNCHEZ, William Humberto. Controle híbrido para compensador de heave de uma coluna de perfuração. 2019. xvi, 106 f., il. Tese (Doutorado em Sistemas Mecatrônicos)—Universidade de Brasília, Brasília, 2019.https://repositorio.unb.br/handle/10482/37074Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2019.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.Heave compensator is a system that mitigates transmission of heave movement from the vessel to the equipment. In drilling oil industry, heave compensators enables drilling in offshore environments. Heave compensator attenuates movement transmitted from the vessel to the drill string and drill bit ensuring security and efficiency of the offshore drilling process. Common types of heave compensators are passive (PHC), active, semi-active and hybrid compensators. Two operations with heave compensator are studied in this thesis, with non-contact and with contact of drill bit with the formation. The first part is dedicated to the passive and semi-active heave compensators with non-contact drill bit and three points are addressed. First, a bulk modulus analysis obtains a simple condition to determine if the bulk modulus can be neglected in the model of passive heave compensator. Second, the methodology to design passive heave compensators with the desired frequency response. Third, four control methodologies for semi-active heave compensator are tested and compared numerically. The second part of this thesis is dedicated to the passive and the hybrid heave compensators with drill bit in contact. Two effects of seal friction of passive compensator during offshore drilling for contact and non-contact operations are addressed. The first is attenuation rate variation of the transmitted heave movement in function of the amplitude of the platform motion. The second is Compensator Induced Vibration (CIV), which induces longitudinal oscillations on frequencies higher than the heave motion frequencies. These phenomena are explained by an analysis of PHC forces (linearization and frequency spectra) and a modal analysis of the drill string dynamic with PHC (mode shapes and boundary conditions). Furthermore, a control is proposed to mitigate heave motion and CIV phenomenon, it is composed of two loops, a nonlinear feed forward to mitigate the nonlinear seal friction and a CRONE (French abbreviation of non-integer order robust control) control to address the CIV. This control drastically reduces the CIV and the transmission of heave motion.A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessControle híbrido para compensador de heave de uma coluna de perfuraçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisCompensador de heaveSuspensão hidropneumáticaMódulo volumétricoVibrações induzidasporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINAL2019_WilliamHumbertoCuéllarSánchez.pdf2019_WilliamHumbertoCuéllarSánchez.pdfapplication/pdf3008354http://repositorio2.unb.br/jspui/bitstream/10482/37074/1/2019_WilliamHumbertoCu%c3%a9llarS%c3%a1nchez.pdfa225caaa5dd903d5ad664bf9f703f1aeMD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain671http://repositorio2.unb.br/jspui/bitstream/10482/37074/2/license.txtbacfee268cc5d4f6aaa2e6e0066d38f5MD52open access10482/370742023-07-07 18:17:48.821open accessoai:repositorio2.unb.br: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Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestopendoar:2023-07-07T21:17:48Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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