Suppressing stick–slip oscillations in drill-strings by Modified Integral Resonant Control

MacLean, J. D.; Vaziri, Vahid; Aphale, Sumeet S.; Wiercigroch, Marian

doi:10.1016/j.ijmecsci.2022.107425

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“…A finite element method was used for the numerical solution. Reference [22] developed a modified integral resonant control scheme with tracking to suppress stick-slip vibrations and achieve the desired drilling velocity in drill strings, showing better performance than sliding mode control. Reference [23] designed an H observer-based controller to estimate and suppress high-frequency stick-slip vibrations in a 10-DOF drill string model, showing better performance than LQG control in handling unstructured perturbations.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Stick–Slip Characteristics of Drill Strings and the Related Drilling Parameters Optimization

Wang,

Chen,

et al. 2023

Processes

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To eliminate or reduce stick–slip vibration in torsional vibration of the drilling string and improve the rate of penetration (ROP), a stick–slip vibration model of the drilling string considering the ROP was established based on the multidimensional torsional vibration model of the drilling string. The model was verified by simulation analysis. The characteristics of the drilling string stick–slip vibration in the three stages of stationary, slip, and stick were analyzed. This paper investigated the influence of rotary torque, rotary speed, and weight on bit (WOB) on stick–slip vibrations in the drill string. Based on this, the relationship between the drilling parameters and ROP was established. Drilling parameter optimization was completed for soft, medium-hard, and hard formations. Results showed that appropriately increasing torque and decreasing WOB can reduce or even eliminate stick–slip vibrations in the drill string and increase the ROP. The parameter optimization increased the ROP by 11.5% for the soft formation, 13.7% for the medium-hard formation, and 14.3% for the hard formation. The established drill string stick–slip vibration model provides theoretical guidance for optimizing drilling parameters in different formations.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Stick–Slip Characteristics of Drill Strings and the Related Drilling Parameters Optimization

Wang,

Chen,

et al. 2023

Processes

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“…However, actuators such as electrical motors, hydraulic and pneumatic valves do not typically have instantaneous responses in real-world engineering systems. Hence, their dynamics usually involve two key limitations: (i) delay and (ii) input/output constraints (actuator saturation) [29,30]. Recent attempts to overcome actuator delay have shown limited success [31,32].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Constrained Control of Coexisting Attractors in Impact Oscillator with Delay

Lalehparvar

Vaziri

Aphale

2023

J. Vib. Eng. Technol.

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The coexistence of attractors is a characteristic of a range of nonlinear systems that results in systems exhibiting different dynamics for varying initial conditions with invariant system parameters. This characteristic often provides an effective means to jump between different behaviours by employing control methods. However, control signals are influenced by delay and constraint, which affect controllers' performance. In this paper, we investigate the effects of actuator and memory delay, start time and actuator constraints on the performance of the timedelayed feedback (TDF) control scheme enabling the switching between coexisting attractors of the impact oscillator. Looking at two potential applications, we focused on two case studies with two desired stable orbits: Case 1: Non-impacting attractor and Case 2: High amplitude attractor. In both case studies, the effects of the actuator and memory delay in the control signal are investigated. Then, within a meaningful range of delay, their effects on the controller performance are predicted and compared. One notable observation is that by increasing the delay, settling time follows similar patterns in two case studies, experiencing a decrease followed by an increase and then failure of the controller to jump between the targeted coexisting attractors. Furthermore, the effects of the start time and the actuator constraints (force limit) on the controllers' performances in these case studies are also investigated.

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“…Em (MACLEAN et al, 2022), é apresentado um dispositivo experimental instrumentado, que simula a dinâmica de torção de um sistema de perfuração rotativa. Esse dispositivo é simulado por um modelo em parâmetros concentrados com dois graus de liberdade.…”

Section: Revisão Bibliográficaunclassified

Dinâmica e controle de uma estrutura rotativa flexível esbelta sujeita a torção e rubbing.

Santos¹

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Confesso que ao começar a redigir essa seção de agradecimentos, senti um leve frio na barriga, pois foram tantas as pessoas que me ajudaram, seja com suporte financeiro ao projeto desenvolvido, seja com o tempo disponibilizado para pensar junto comigo em como resolver alguns problemas técnicos críticos, seja na prontidão em me ajudar no que estivesse ao alcance, seja com o ombro amigo e as piadas nos momentos de cansaço, seja com suas preciosas orações; que receio enumerá-las e esquecer de um só nome, mas vamos lá! Gostaria de agradecer ao prof. Adailton Novaes, que desde a minha adolescência, quando nos conhecemos, apostou em mim. Sem ele, não teria chegado onde cheguei. Gostaria de agradecer ao prof. Alaelson, ao Marinho Kamiroski, ao prof. Amaury Bordallo; ao prof. Américo, pela disponibilidade e por me ajudar em várias dúvidas conceituais; ao Lucas Beltrame; ao grande Andrés, ao Bruno Hall, ao Bruno Wagner, ao Arthur Peixoto, ao prof. Claudemir, ao Daniel Langendorf; ao Danilo, meu colega de doutorado; a dona Dea; e dona Maria e dona Helena, pelas orações; ao Eduardo Karlin; ao meu grande amigo de infância prof. José Luís, de Petrolina; a Everton Lins, meu colega de doutorado, pela disponibilidade e vídeo-chamadas que varavam a noite até que o meu problema estivesse resolvido; a Fábio Júnior; ao Felipe Gualberto, pelo apoio e pelas orações; ao Felipe Santiago, ao Fernando Asfor, ao Fernando Cabral, ao Gabriel Cluchite, ao Galrão, ao Lucas Gonçalves; a Guilherme Aminger, o "Rei Midas", com seu poder de fazer funcionar o que ninguém mais conseguiria, pelo seu apoio no processo de construção da bancada experimental, e antes de tudo pela amizade e pela companhia de chopp; ao Guilherme Jordão, meu amigo de Recife, por suas orações; ao Gustavo Grochoski, pelo apoio inestimável; ao Gustavo Lucena e ao Matheus, seu aluno, pelas gravações e edição do vídeo de apresentação da bancada experimental; ao prof. Hans, um grande formador de pesquisadores, por sua disponibilidade e paciência; ao Herbert Azevedo, ao Antônio Sombra; a Ivison, meu cunhado e amigo; ao Jordan Rodrigues; ao casal de amigos Roni e Juliana, minha eterna gratidão pela amizade de vocês; ao grande Laszlo Lueska, amigo de infância, pelo apoio inestimável; ao Lázaro Fernandes, pelas assessorias jurídicas; ao grande Leonardo Borges, Borjão; ao Lucas Moraes, meu amigo gênio em programação, que me tirou (e continua me tirando) de várias enrascadas; ao Lucas Susco, da Radial Rolamentos; ao prof. Luciano Menegaldo, com quem me aconselhei quando decidi embarcar na carreira acadêmica; ao Leonardo Soriano, pela paciência infinita e pelas orações; ao Didier Kouaku, pela valiosíssima amizade; ao grande Orlando Onofre; ao pe Fábio Carvalheiro, pelo apoio e pelas orações; ao Pedro Borges; ao prof. Thiago Ritto, pela prontidão em responder aos meus e-mails com dúvidas conceituais; ao prof. Raul Gonzales; ao prof. Tanuri, cuja disciplina ministrada na POLI foi essencial para a consolidação da minha tese; ao Rafael Guerra; ao meu grande amigo Rafael Sanchez, pela delicad...

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Suppressing stick–slip oscillations in drill-strings by Modified Integral Resonant Control

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Stick–Slip Characteristics of Drill Strings and the Related Drilling Parameters Optimization

Stick–Slip Characteristics of Drill Strings and the Related Drilling Parameters Optimization

Constrained Control of Coexisting Attractors in Impact Oscillator with Delay

Dinâmica e controle de uma estrutura rotativa flexível esbelta sujeita a torção e rubbing.

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