钻柱黏滑振动现象广泛存在于油气井的勘探开发.该振动容易造成钻柱连接松动,加快钻井部件的磨损和失效,从而降低钻井效率、威胁钻井安全.为了抑制钻柱黏滑振动,提出一种状态反馈和扭矩前馈结合的控制方案.基于建立的钻进系统双自由度集中参数模型,设计一种状态观测器,可以估计钻进系统难以测量的井下状态.并设计一种参考值优化算法,可以根据钻头与岩石间的摩擦扭矩,实时计算所有状态参考值和前馈扭矩输入量.结合状态观测器和参考值优化算法,实现了全维状态控制器的设计.仿真结果表明,在变化的非线性摩擦扭矩下,设计的控制方案对钻柱黏滑振动起到了良好的抑制效果.井场实验表明,设计的控制器可以应用于抑制钻井现场产生的钻柱黏滑振动现象.
钻柱 黏滑振动 参考值优化 状态观测器 前馈控制 状态反馈控制