The objective of this research is t

The objective of this research is to analyze and develop controller to minimize vibrations

of the drill string in rotary drilling rigs.

The rotary drilling process is affected by many vibrations which adversely affect the drilling efficiency. The vibrations are mainly classified into three: lateral, tosional and axial. Among the vibrations, lateral vibrations are the most destructive. The research conducted a detailed analysis on lateral vibrations. Bent drill string and unbalanced drill bit was found to be
its major causes; and the resultant phenomenon was known as drill bit whirl. Practical demonstration and analysis of the bit whirl phenomenon was done by conducting experiments using an unbalanced drill bit model. Their controllability issues were also discussed and practical solutions suggested. Black box identification methods were applied to develop mathematical models for the system. Box Jenkins structure model was identified and validated by a twofold procedure. Accurate simulations results were obtained with a mere 0.05% residual.
Studies revealed that the vibrations in rotary drilling were aggravated by two major causes: borehole friction and critical operation speeds. This research developed a self tuning adaptive controller which could effectively mitigate the vibration aggravating causes and improve overall drilling efficiency. On practical implementation, the controller automatically detected vibrations, mitigated the vibration aggravating causes, and resumed normal drilling operation in less than 10 seconds. The controller action was proven experimentally in two cases:
(1) when affected by borehole friction and (2) in presence of an unbalanced drill bit.

All the experiments and control techniques applied in this research are validated by experimental data. The prototype used in this research is also distinguished from the rest due to a

universal joint, providing an additional two degrees of freedom. Thus, the laboratory set-up

provided better dynamic analysis.

Kết quả (Việt) 2:

Mục tiêu của nghiên cứu này là phân tích và phát triển bộ điều khiển để giảm thiểu dao động của chuỗi khoan giàn khoan quay. Quá trình khoan quay được ảnh hưởng bởi nhiều rung động làm ảnh hưởng xấu đến hiệu quả khoan. Những rung động chủ yếu được phân loại thành ba: bên, tosional và trục. Trong số những rung động, rung động bên là phá hoại nhất. Nghiên cứu này được tiến hành một phân tích chi tiết về sự rung động bên. Chuỗi khoan Bent và không cân bằng mũi khoan đã được tìm thấy là nguyên nhân chủ yếu; và hiện tượng thu được được gọi là mũi khoan xoáy. Trình diễn và phân tích các hiện tượng chút whirl thực tế đã được thực hiện bằng cách tiến hành thí nghiệm bằng cách sử dụng một mô hình khoan chút không cân bằng. Vấn đề năng kiểm soát của họ cũng đã được thảo luận và giải pháp thực tế cho thấy. Phương pháp nhận dạng hộp đen đã được áp dụng để phát triển các mô hình toán học cho hệ thống. Box Jenkins mô hình cấu trúc được xác định và được xác nhận bởi một thủ tục gồm hai phần. Mô phỏng chính xác các kết quả thu được với chỉ 0,05% còn lại. Các nghiên cứu cho thấy những rung động trong khoan quay được trầm trọng hơn do hai nguyên nhân chính: ma sát lỗ khoan và tốc độ hoạt động quan trọng. Nghiên cứu này đã phát triển một bộ điều khiển thích nghi tự chỉnh mà hiệu quả có thể giảm thiểu những nguyên nhân tăng nặng rung động và nâng cao hiệu quả tổng thể khoan. Trên thực tế thực hiện, bộ điều khiển tự động phát hiện rung động, giảm thiểu sự rung động làm trầm trọng thêm các nguyên nhân, và nối lại hoạt động khoan bình thường trong vòng chưa đầy 10 giây. Các hành động điều khiển đã được chứng minh bằng thực nghiệm trong hai trường hợp: (1) khi bị ảnh hưởng bởi ma sát lỗ khoan và (2) trong sự hiện diện của một mũi khoan không cân bằng. Tất cả các thí nghiệm và các kỹ thuật kiểm soát áp dụng trong nghiên cứu này được xác nhận bởi các dữ liệu thực nghiệm. Nguyên mẫu được sử dụng trong nghiên cứu này cũng được phân biệt với phần còn lại do một doanh phổ quát, cung cấp thêm hai bậc tự do. Như vậy, các phòng thí nghiệm, cung cấp phân tích năng động hơn.