Eliminando vibraciones de stick-slip en tuberías de perforación con una estrategia de control de doble bucle optimizada por el algoritmo CRO-SL
Autores: Pérez-Aracil, Jorge; Camacho-Gómez, Carlos; Pereira, Emiliano; Vaziri, Vahid; Aphale, Sumeet S.; Salcedo-Sanz, Sancho
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Eliminando vibraciones de stick-slip en tuberías de perforación con una estrategia de control de doble bucle optimizada por el algoritmo CRO-SL
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Fricción
Vibraciones
Estrategia de control
Modelos no lineales
Control de doble lazo
Algoritmo de Optimización de Arrecifes de Coral
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
Las vibraciones de stick-slip inducidas por fricción son una de las principales causas de fallas en la sarta de perforación en el pozo. En consecuencia, se han propuesto varios modelos no lineales y enfoques de control para resolver este problema. Este trabajo propone una estrategia de control de doble lazo. El lazo interno amortigua la vibración del sistema, eliminando el ciclo límite debido a la fricción no lineal. El lazo externo logra la velocidad deseada con una respuesta temporal rápida. La sintonización óptima de los parámetros de control se lleva a cabo con un metaheurístico de conjunto de múltiples métodos, el algoritmo de Optimización de Arrecifes de Coral con Capa de Sustrato (CRO-SL). Es un algoritmo de tipo evolutivo que combina diferentes estrategias de búsqueda dentro de una sola población, obteniendo un algoritmo robusto y de alto rendimiento para abordar problemas de optimización difíciles. Un ejemplo de aplicación basado en un modelo de dinámica no lineal real de una sarta de perforación ilustra que el controlador optimizado por el CRO-SL logra un excelente rendimiento en términos de cancelación de vibraciones stick-slip, respuesta temporal rápida, robustez ante incertidumbres en los parámetros del sistema y prevención del fenómeno de vibración.
Descripción
Las vibraciones de stick-slip inducidas por fricción son una de las principales causas de fallas en la sarta de perforación en el pozo. En consecuencia, se han propuesto varios modelos no lineales y enfoques de control para resolver este problema. Este trabajo propone una estrategia de control de doble lazo. El lazo interno amortigua la vibración del sistema, eliminando el ciclo límite debido a la fricción no lineal. El lazo externo logra la velocidad deseada con una respuesta temporal rápida. La sintonización óptima de los parámetros de control se lleva a cabo con un metaheurístico de conjunto de múltiples métodos, el algoritmo de Optimización de Arrecifes de Coral con Capa de Sustrato (CRO-SL). Es un algoritmo de tipo evolutivo que combina diferentes estrategias de búsqueda dentro de una sola población, obteniendo un algoritmo robusto y de alto rendimiento para abordar problemas de optimización difíciles. Un ejemplo de aplicación basado en un modelo de dinámica no lineal real de una sarta de perforación ilustra que el controlador optimizado por el CRO-SL logra un excelente rendimiento en términos de cancelación de vibraciones stick-slip, respuesta temporal rápida, robustez ante incertidumbres en los parámetros del sistema y prevención del fenómeno de vibración.