基于模型预测控制的深海钻井立管再入井仿真分析

作者：张晨宇; 孟帅^*

来源：上海交通大学学报, 2023, 57(11): 1389-1399.

DOI：10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.235

• 钻井立管
• 再入井作业
• 哈密顿原理
• 伽辽金法
• 模型预测控制

海洋立管在钻井作业时一旦遇到恶劣天气须将底端总成和防喷器断开，待天气好转需重新连接称为再入井作业.深海区钻井立管发生断开的概率大幅增加，为适应多变的海况需要快速完成再入井过程.提出基于模型预测控制(MPC)再入井控制系统；基于哈密顿原理建立悬挂立管分析模型，设计优化函数及约束项，构建非线性扰动观测器实现洋流力模型误差和洋流速度扰动补偿，与传统比例-积分-微分(PID)控制作业进行仿真比较.MPC系统作用下，母船迅速响应，立管能快速稳定完成再入井作业，较好处理洋流力模型误差，并在洋流速度扰动下具有良好鲁棒性.立管由于长径比大幅增加导致柔性显著增强，在母船及海洋环境力激励下，悬挂立管在快速再入井过程中高阶模态可能被激发.

• 单位
  海洋工程国家重点实验室; 上海交通大学