MPC for dual gradient borebrønnkontroll ved hjelp av en undervannspumpemodul og en topside strupeventil

Abstract

Denne avhandlingen undersøker hvor godt en lineær MPC med dynamiske modeller kan kontrollere bunnhullstrykket (BHP) når et dual-gradient boresystem (DGD) utsettes for gass-kick. MPC-en anvender en riggpumpe, undervannspumpemodul (SPM) og en strupeventil som manipulerte variabler (MV) for å styre BHP, som er den eneste regulerte variabelen (CV). MPC modellene har blitt utviklet gjennom eksperimenter og beskriver sprangresponser fra hver MV til BHP. I tillegg er det implementert dynamisk forsterkning og dynamisk justering av tidskonstant for å ta høyde for systemets varierende forsterkning, så vel som den endrede tidskonstanten på grunn av gassen i systemet. En enkel estimator av gass-kick-volumet har blitt implementert ved å integrere forskjellen av borevæske som strømmer inn og ut for å gjøre dette mulig. MPC-en er blitt innstilt til å utnytte SPM-en så mye som mulig for å unngå unødvendig kraftforbruk og slitasje.MPC-en klarte å ventilere ut gass-kick så store som 32 fat, målt ved bunnhullsforhold, og samtidig opprettholde BHP innenfor en margin på +/- 2,5 bar. Dette var betydelig bedre enn referanse-systemet som brukte en enkel PI-regulator til a styre strupeventilen. Det må imidlertid nevnes at dette systemet benytter en flerfasemåler for å finne ut når SPM-en bør spinnes ned til lavt turtall. Dette er helt klart en ulempe ettersom en flerfasemåler vil utgjøre en betydelig kostnad for hele prosjektet.