Performance of IMC controllers applied to oil well drilling

• Autores: Alvarado Silva, Carlos Alexis, Gamarra, Victor
• Formato: artículo
• Fecha de Publicación: 2018
• Institución: Universidad Nacional de Ingeniería
• Repositorio: Revista UNI - Tecnia
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:oai:revistas.uni.edu.pe:article/557
• Enlace del recurso: http://www.revistas.uni.edu.pe/index.php/tecnia/article/view/557
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Control de Pressão; Manage Pressure Drilling; Perfuração de Poços de Petróleo

Pressure control during drilling of oil wells can be one of the most complex and dangerous processes at the exploration stage. This study proposes the design and validation of the performance of the Internal Model Controllers (IMC and SIMC) to control the pressure in drilling of oil wells based on the Manage Pressure Drilling (MPD) technique. The MPD adds a control valve in the drilling system to obtain another manipulation variable at the bottom of the well. In the first part of this work, a linear mathematical model of the process was obtained, based on the mechanics of the fluids. The dynamic process presented an integrating element, in addition, it is considered the addition of a time interval between the action of the valve and the response of the variation of the pressure in the bottom of the well. In the second part, the improved IMC driver was designed to compensate the effect of the integrated term with the time delay, looking for the best performance and robustness of the system. Finally, the proposed controller is tested for common problems during drilling simulations (fluid loss, inflows, pipe connection and loss of pump power) showing its viability. In addition, the performance of the closed loop system is compared with a classic PI controller.
O controle de pressão durante a perfuração de poços de petróleo pode ser um dos processos mais complexos e perigosos do estágio da exploração. Este estudo propõe o desenho e a validação do desempenho dos Controladores de Modelo Interno (IMC e SIMC) para controlar a pressão na perfuração de poços de petróleo com base na técnica Manage Pressure Drilling (MPD). O MPD adiciona uma válvula de controle no sistema de perfuração para obter uma outra variável de manipulação na pressão no fundo do poço. Na primeira parte deste trabalho, obteve-se um modelo matemático linear do processo, fundamentado na mecânica dos fluidos. O processo dinâmico apresentou um elemento integrador, além disso, é considerado o acréscimo de um intervalo de tempo entre a ação da válvula e a resposta da variação da pressão no fundo do poço. Na segunda parte, o controlador IMC melhorado foi projetado para compensar o efeito do termo integrado com o atraso de tempo, procurando o melhor desempenho e robustez do sistema. Finalmente, o controlador proposto é testado por problemas comuns durante simulações de perfuração (perda de fluido, influxos, conexão de tubulação e perda de potência da bomba) mostrando sua viabilidade. Além disso, o desempenho do sistema de malha fechada é comparado com um controlador PI clássico.