| dc.description.abstract | Denne avhandlingen presenterer arbeidet gjort av tre petroleumsstudenter og en kybernetikkstudent
for å representere Norges Teknisk Naturvitenskapelig Universitet (NTNU) i den internasjonale
borekonkurransen "Drillbotics". Petroleumsstudentene skrev denne avhandlingen som sin
avsluttende masteroppgave for en mastergrad i Petroleumsteknologi ved NTNU. Den ble skrevet
ved Institutt for Geovitenskap og Petroleum i perioden Januar til Juni 2021. Autonom boring er
høyst relevant i dag fordi olje- og gassoperatører har et ønske om å redusere kostnader. Automatisering
av boreoperasjoner kan derfor være et steg i rikitig retning.
Leseren er anbefalt å lese den innledende prosjektrapporten "Design Report NTNU - Drillbotics
2021 Phase I" skrevet av Benedicte Gjersdal, Gaute Hånsnar, Trygve Mikal Viga Skretting
og Magnus Steinstø fra August til Desember 2020. Rapporten beskriver planleggingen og
innledende arbeid relatert til første fase av konkurransen. Fase 1 rapporten var et spesialiseringsprosjekt i studentenes niende semster, og ble levert som "Phase I Design Report" til Drillbotics kommiteen i Desember 2020.
"Phase I Design Report" tar for seg bakgrunn og formålet med Drillbotics konkurransen, prosjektstrukturen innad i laget, sikkerhet og potensielle farer, teoretisk bakgrunn for retningsbestemt
boring, kontrollere og filter i tillegg til begrensende parametere og usikkerheter. Den presenterer
også det foreslåtte riggdesignet i detalj med det nye konseptet som erstatter nedihulls slammotor
med en roterende aksling som overfører moment og rotasjon fra tårnboremaskinen til borekrona.
Designet fra fase I av prosjektet ble implementert i den andre fasen av konkurransen. Denne
fasen bydde på utfordringer relatert til vibrasjoner, torsjon og materialstyrke. Høye målinger og
plutselige økninger i dreiemoment viste at rotasjonen fra tårnboremaskinen var for lav når vekten
på borekrona økte. Høyere rotasjonsverdier reduserte vibrasjoner og la til grunn for høyere vekt
på borekrona, som førte til høyere borerate uten å vri i stykker akslingen.
Kontrollsystemet ble utviklet i MATLAB og Simulink med to separate systemer; lavnivå- og
høynivåsystem. Boreparametere som vekt på borekrona og azimut-rotasjonshastighet ble kontrollert
av PID-kontrollere og filtrert med Kalman-filtere. Styringsmodellen er basert på en ikkelineær
Modell Prediktiv Kontroller. Den kalkulerte brønnbanen er basert på Bezier-kurvemetoden
for å lage en jevn og kontinuerlig brønnbane som treffer de ønskede punktene i steinen.
Laget har vært vellykket i å designe, bygge og implementere en funksjonell miniatyr borerigg
for å bore retningsbeste brønner autonomt gjennom en steinprøve med forhåndsbestemte mål.
Boreriggen kan bore rett frem eller med varierende inklinasjon og azimut. Begge boremetodene
kan gjennomføres manuelt eller autonomt. 53 vellykkede avviksbrønner ble boret i løpet av prosjektet
for å teste og stille inn riggsystemet for å møte kravene i konkurransen. På konkurransedagen
boret riggen vellykket gjennom steinen på 23 minutter. Det maksimale potensialet til riggen
ble demonstrert for Drillbotics kommiteen i en ekstra gjennomgang, der steinprøven med målene
60cm x 30 cm x 60 cm ble boret gjennom på seks minutter med en inklinasjon på 37 grader. | |
