Simulerings-basert Tuning av PI-kontroller-parametere for Managed Pressure Drilling

Abstract

Trykkontroll er en av de viktigste faktorene under enhver boreoperasjon. Å holde trykket i brønnen innenfor grensene til formasjonen rundt er kritisk for å sikre tryggheten under operasjoner. Felt på sokkelen begynner å modnes og nye prospekter har mer utfordrende forhold, men teknologi kan brukes for å utvinne lønnsomt også fra disse. Managed Pressure Drilling er en etablert teknologi som stadig oftere benyttes av den globale leteindustrien. Ved å gjøre HPHT-formasjoner og vanskelige brønner utvinnbare er teknologien ideell for den modne norske kontinentalsokkelen.

Bruk av MPD-teknologi er stadig mer utbredt i boreindustrien og store muligheter ligger i automatisering av prosesskontrollen. Ved å anvende den allsidige PI-kontrolleren i parallell med brønnsimuleringer er det mulig å fin-justere boreprosessen. Transiente modeller i boresimulatorer gjør det mulig å etterlikne forholdene i brønnen og finne tuning-parametere for bruk med PI-kontrolleren. Muligheten til å lage kontrollere med rask respons, minimalt overskyt, og stabil oppførsel vises gjennom simuleringene. Videre presenteres en fremgangsmåte for å skape en stabil kontroller basert på den mest populære modell-baserte tuning-metoden. Simuleringene fremhever PI-kontrolleren som et kraftig verktøy som kompliment til MPD-teknologien.

Pressure control is one of, if not the, most critical component of any drilling operation. Keeping the pressure inside the well within the constraints of the formation around is crucial in ensuring safe operations. As wells are reaching their lifetime of production, and since new prospects become more challenging, new technology can be used to turn a profit on difficult wells. Managed Pressure Drilling represents an established technology that is increasingly being employed by the exploration industry worldwide. Making HPHT wells and partially depleted reservoirs drillable, the technology is ideal for the maturing Norwegian Continental Shelf.

The use of MPD technology is increasingly prevalent in the drilling industry and a major opportunity lies in automating the control of the processes. Using the capable PI controller in parallel with drilling simulations makes it possible to fine-tune the drilling process. Transient drilling simulators make it possible to emulate the conditions downhole and create tuning parameters for use with the PI controller. The ability to create controllers with quick response times, minimal overshoot, and strong stability is showcased during simulations. Furthermore, an approach for easily creating a stable controller based on the most popular model-based tuning method is presented. Simulations point towards the PI controller as a powerful tool when paired with MPD technology.