[发明专利]一种考虑钻压不确定的轨迹井斜角控制方法及系统

权利要求书

1.一种考虑钻压不确定的轨迹井斜角控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对钻进轨迹的变化过程进行描述，分析钻压波动对钻头/岩石接触以及钻进轨迹变化的影响，得到描述轨迹井斜角变化的表达式；

所述描述轨迹井斜角变化的表达式如下：

其中，Θ表示钻进轨迹的井斜角；Θ_n表示平均轨迹井斜角，θ表示底部钻具组合的井斜角；χ表示角转向阻力；η表示横向转向阻力；Π表示有效钻压；Γ表示作用在井斜角方向上的转向力；Υ表示底部钻具组合的重力权重；和是描述底部钻具组合的无量纲影响因子：和表示钻头倾斜产生的力和力矩；和表示转向装置产生的力和力矩；和表示底部钻具组合重量对钻进轨迹的影响因素，和表示第n个稳定器的约束条件，和表示钻头倾斜产生的力和力矩；和表示转向装置产生的力和力矩；和表示底部钻具组合重量对钻进轨迹的影响因素，和表示第n个稳定器的约束条件；

S2、基于步骤S1分析得到钻压波动与钻进轨迹变化关系，对轨迹井斜角变化进行分析，并对轨迹井斜角变化过程进行建模，得到带有钻压不确定项的轨迹井斜角模型；

S3、对所述轨迹井斜角变化模型进行分析，构造轨迹井斜角控制系统，并在所述轨迹井斜角控制系统中，设计基于等价输入干扰思想的轨迹井斜角控制回路；

S4、对步骤S3建立的轨迹井斜角控制回路进行稳定性分析，并获取轨迹井斜角控制回路的稳定性条件。

2.根据权利要求1所述的一种考虑钻压不确定的轨迹井斜角控制方法，其特征在于，步骤S1中，在步骤S2中定义状态变量Θ₁、Θ₂，轨迹井斜角Θ的变化涉及到Θ′(ξ)＝F(Θ,Θ_n,Θ_n,Π,Γ,Π′,Γ′)，其中连续函数F反映了钻进系统的属性，n＝1,2，轨迹井斜角Θ微分方程为：

其中，Π表示钻压变化量，钻压的变化使得轨迹井斜角模型出现含有钻压变化项，对含有钻压变化项进行分离，使之变换成带有钻压不确定项的轨迹井斜角模型，具体如下：

为后续方便表示，这里使用符号来代替使用符号来代替其中，Π表示钻压实际值，表示钻压标称值，Π表示钻压不确定性，Θ表示钻进轨迹的井斜角；Θ_n表示平均轨迹井斜角，θ表示底部钻具组合的井斜角；χ表示角转向阻力；η表示横向转向阻力；BHA的重力权重，和是描述BHA的无量纲影响因子，和表示钻头倾斜产生的力和力矩；和表示转向装置产生的力和力矩；和表示底部钻具组合重量对钻进轨迹的影响因素，和表示第n个稳定器的约束条件，ΥsinΘ₁为非线性扰动项。

3.根据权利要求1所述的一种考虑钻压不确定的轨迹井斜角控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，为有效抑制钻压不确定性对轨迹井斜角控制影响，基于等价输入干扰控制结构，在轨迹井斜角控制系统中建立一个基于等价输入干扰估计器的扰动估计与补偿控制回路；

所述补偿控制回路包括内模、等价输入干扰估计器、状态观测器、控制转换和轨迹井斜角模型；所述轨迹井斜角模型输入量为转向力Γ(ξ)，而经过等价输入干扰估计器处理的变量为误差输入变量u(ξ)，使用控制转换模块，转换成适用于轨迹井斜角模型的输入变量；

所述内模实现对钻进轨迹井斜角跟踪控制。