Compensador hidropneumático semiativo para sistemas de perfuração offshore

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Cuellar Sanchez, William Humberto
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio.unb.br/handle/10482/18381
http://dx.doi.org/10.26512/2014.10.D.18381
Resumo: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014.
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spelling Compensador hidropneumático semiativo para sistemas de perfuração offshoreMecatrônicaPerfuração OffshoreCompensador de heaveModelagemDissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014.Durante a perfuração de um poço offshore, o bloco de coroamento e a coluna de perfuração são suportados por um compensador, este impedindo que o movimento da plataforma gerado pelas ondas seja transmitido ao bloco de coroamento. Se o compensador não for eficiente, o movimento do bloco de coroamento é transferido à coluna de perfuração, gerando variações de carga sobre a broca, pistoneio e flambagem da coluna de perfuração. Estes problemas podem danificar a broca, a coluna de perfuração, as paredes do poço e causar um influxo dos fluidos do reservatório para o poço. Assim, a perfuração deve ser interrompida para evitar o risco de acidentes graves, perdendose tempo de operação e dinheiro. Por isso, um sistema compensador para atenuar as vibrações transmitidas pela plataforma ao bloco de coroamento é de extrema importância. Este documento mostra como foi projetado o sistema compensador de heave (movimento de afundamento) para um processo de perfuração offshore de 6 km de profundidade e apresenta o controle semiativo. O compensador é projetado com duas configurações de suspensão hidropneum ática, a primeira é uma suspensão hidropneumática simples e a segunda é uma suspensão hidropneumática simples em série com uma mola mecânica. A modelagem foi feita para cada sistema de suspensão e encontrou-se a respectiva função de transferência. Os polos dessas funções de transferência foram projetados para terem os mesmos polos sugeridos para um filtro Butterworth passa-baixas de segunda e terceira ordem. O objetivo deste controle semiativo é manter um desempenho aceitável do compensador quando a massa da coluna de perfuração é modificada, pois essa mudança afeta o comportamento do sistema de suspensão hidropneumático. A ação de controle é executada apenas por uma válvula servo comandada e esta ação modifica o valor do amortecimento do sistema e, assim, o comportamento do compensador é mantido um nível aceitável. Esta válvula é a única parte móvel do sistema de controle e, portanto, este sistema é mais robusto em relação às falhas mecânicas ou elétricas e possui um baixo consumo de energia. Os resultados são obtidos com uma simulação feita em MATLAB. As respostas em frequência mostram melhores resultados quando é usado o controle semiativo para o compensador de heave que foi projetado com a suspensão hidropneumática simples, quando a massa da coluna de perfuração for alterada, este compensador pode funcionar sem sistemas ativos obtendo um comportamento aceitável. Com base na simulação, verifcou-se que o compensador projetado com a suspensão hidropneumática simples em série com uma mola mecânica não é realizável ao aplicar a metodologia proposta nesta dissertação.During the drilling of an offshore well, the crown block and the drill string are supported by a compensator, which prevents movement of the crown block, due to the platform heave. Without an eficient compensator, the displacement of the drill string can generate load variations on the drill bit, swabbing, and buckling of the drill string. These problems can generate drill bit damage, drill string damage, collapse of the borehole wall and well kick. If the compensator is not able to satisfactorily compensate the heave, the drilling is stopped to avoid the risk of major accidents. Stopping the drilling causes loss of operation time and money. Thus, a compensator system, which mitigates the vibrations transmitted by the platform to the crown block, is of utmost importance. This work shows the designing of a heave compensation system and a semi-active control according to the requirements drilling 6km deep offshore. Two approaches for compensator design are studied, the first is the basic hydropneumatic suspension and the second is the basic hydropneumatic suspension in series with the mechanical spring. The modelling of each suspension was made to find the transfer function and the poles of compensator transfer function were designed to have the suggested pole by the Butterworth filter low-pass. The goal of this semi-active control is to maintain an acceptable performance of the system when the drill string mass changes, which also changes the performance of the hydropneumatic system. The control action is executed just by a servo valve, which modifies the system damping to optimize the compensator performance. This servo valve is the only moving part of the control system and therefore, this system is more robust regarding mechanical/ electrical failures and it has low consumption energy. The results show a better and satisfactory frequency response of semi-active control for heave compensator that was designed with the basic hydropneumatic suspension, when the drill string mass is changed, this compensator can work without active systems. The designed compensator with the basic hydropneumatic suspension in series with the spring was not feasible with the applied methodology.Fortaleza, Eugênio Liborio FeitosaCuellar Sanchez, William Humberto2015-06-24T15:03:23Z2015-06-24T15:03:23Z2015-06-242014-10-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCUELLAR SANCHEZ, William Humberto. Compensador hidropneumático semiativo para sistemas de perfuração offshore. 2014. xiv, 84 f., il. Dissertação (Mestrado em Sistemas Mecatrônicos)—Universidade de Brasília, Brasília, 2014.http://repositorio.unb.br/handle/10482/18381http://dx.doi.org/10.26512/2014.10.D.18381A 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/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2023-07-13T20:17:26Zoai:repositorio.unb.br:10482/18381Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2023-07-13T20:17:26Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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