控压钻井井下参数和状态的非线性联合估计

《控压钻井井下参数和状态的非线性联合估计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：TP273单位代码：11414学号：2013215049题目控压钻井井下参数和状态的非线性连性联合估计学科专业控制科学与工程研究方向控制理论与控制工程硕士生孟宇指导教师徐宝昌副教授二○一七年五月摘要摘要控压钻井井下流量和压力的变化是判断井下工况的重要标志，所以能够准确估计井下流量和压力，对于保证整个控压钻井系统正常工作具有非常重要的意义。首先，以井筒为对象，建立井下三阶动态模型，该模型中含有井下流量和压力等未知状态变量，同时模型中包含由未知摩擦因数项引出的未知参数变量，以此模型为基础，通过建立李雅普诺夫函数，设计了一种全新的非线

2、性自适应观测器，估计井下未知参数和未知状态，同时保证观测器估计误差收敛到零。利用钻井数据和井筒模拟器，分别在不存在建模误差和存在建模误差的条件下对非线性状态观测器进行仿真，两种条件下的仿真结果表明，该观测器均能够快速、实时、准确地估计井下流量和压力其次，实际控压钻井模型中除了摩擦因数还含有多个未知参数，针对模型中含有多个未知参数的情况，设计了一种非线性高增益观测器。该观测器能够实现多个未知参数与未知状态的联合估计，同时保证观测器估计误差收敛到零。利用钻井数据和井筒模拟器，分别在不存在建模误差和存在建模误差的条件下对高增益观测器进行仿真。然后

3、对两种观测器的仿真结果进行对比分析。最后，将观测器应用到实际控压钻井过程中。基于控压钻井现场数据计算模型参数；基于现场实测的井口回压、立压、井口流量等数据，利用非线性观测器估计井底压力，根据井底压力的变化来判断是否发生气侵；采用最小二乘法对环空流体的平均密度进行拟合，若环空流体平均密度下降超过某一阈值，则可判断井底发生气侵，从而验证该非线性观测器是否能够提前有效地判断井下发生气侵；最后得出结论，最小二乘法验证了非线性观测器可以提前16秒有效地判断井底发生气侵，为通过控压操作抑制气侵赢得了宝贵的时间。关键词：控压钻井；非线性观测器；参数与状态

4、联合估计；气侵-II-ABSTRACTNonlinearJointEstimationoftheDown-holeParameterandStateintheManagedPressureDrillingABSTRACTDown-holeflowandpressureareimportantsymbolsfordiagnosingdown-holedrillingconditionsinmanagedpressuredrilling.First,athree-orderdown-holedynamicmodelofwellboreisest

5、ablishedwhichhassomeunknownparametersandunmeasuredstates.Forexample,frictionfactorisanunknownparametervariable,anddown-holeflowandpressureareunmeasuredstatevariables.Basedonthismodel,aLyapunovfunctionisestablishedtodesignanewnonlinearstateobserverwhichcanestimatedown-holeu

6、nknownparameterandunmeasuredstates,thusensuringestimationerrorsoftheobservercanbeconvergent.Usingdrillingdataandawellboresimulator,thenonlinearstateobserverissimulatedunderthesituationswithmodelerrororwithoutmodelerrorseparately.Simulationresultsunderthetwosituationsshowth

7、attheobservercanestimatedown-holeflowandpressureinrealtimerapidlyandaccurately.Secondly,intheactualmanagedpressuredrillingmodel，alwaysthereareseveralunknownparametersbesidesthefrictionfactor,soanonlinearhigh-gainobserverisdesignedforthecasethatthereareseveralunknownparamet

8、ersinthemodel.Theobservercanrealizethejointestimationofseveralunknownparametersandunmeasu