地質鉆探垂鉆定向糾偏控制的工程實現與實驗分析

張 典，杜 勝，陸承達，陳略峰，曹衛華，吳 敏*

（1.中國地質大學（武漢）自動化學院，湖北 武漢 430074；2.復雜系統先進控制與智能自動化湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430074；3.地球探測智能化技術教育部工程研究中心，湖北 武漢 430074）

0 引言

地質鉆探是地質勘探的重要手段，其對于地質資源開采具有重要意義［1］。在地質鉆探領域，由于設備、成本、鉆進取心工藝以及深部地層勘查任務等原因，垂直孔往往是最佳選擇，而垂直鉆進作業是鉆成垂直孔的重要手段［2-3］。

為獲得高質量垂直孔，在垂鉆作業中需保證鉆進軌跡沿井口鉛垂線向下延伸。由于地層傾向、巖性軟硬交替、鉆進設備、控制工藝以及人為等因素，在垂鉆過程中容易造成鉆進軌跡的偏斜［4］，垂直鉆進過程定向糾偏控制是解決鉆進軌跡偏斜的重要技術手段［5-6］。

目前實際工程中垂鉆軌跡糾偏控制主要依靠人工經驗控制井斜［7-8］。為提升糾偏效果，學者們對糾偏控制方法進行了大量研究，其中模型預測控制因其良好的工程應用效果［9-10］，近幾年成為了鉆進糾偏控制的研究熱點。Zhao 等［11］將MPC 控制器與方位校正控制器組合以實現三維軌跡跟蹤控制。Demirer 等［12］在MPC 的實際應用中取得了突破，鉆探過程的控制約束在他們的工作中得到了高度重視。同時也有學者將非實時數據問題作為反饋延遲特性進行處理，從而達到控制目的。Georgiou 等［13］考慮測量延遲、參數不確定性以及在不可預知的環境中存在的干擾問題，提出了一種魯棒模型預測控制方法，用于解決旋轉導向系統軌跡跟蹤控制問題。……