【摘要】：石油套管是支撐油井井壁的金屬管道,在石油開采和勘探中承擔(dān)著重要的角色,但由于服役年限、作業(yè)環(huán)境等因素的影響,套管易出現(xiàn)耗損,因管道損傷而造成的石油泄漏會(huì)直接影響油田產(chǎn)能,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)環(huán)境問題。因此,對管道耗損狀況的檢測與評估的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。多頻渦流檢測技術(shù)是一種新興的無損檢測技術(shù),具有檢測靈敏度高,受環(huán)境因素影響小等優(yōu)點(diǎn)。本文以渦流檢測理論為基礎(chǔ),結(jié)合原有磁測厚儀的檢測方案,對檢測傳感器進(jìn)行了仿真研究和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),并通過有限元仿真對井下測量時(shí)環(huán)境因素帶來的影響進(jìn)行分析,進(jìn)一步完善檢測方法以提高鐵磁性管道物理參數(shù)的檢測精度。本文首先介紹了利用渦流效應(yīng)檢測石油套管所具有的優(yōu)勢,再由渦流檢測原理,建立并推導(dǎo)通過收發(fā)線圈間傳輸阻抗測量管道物理屬性的數(shù)學(xué)模型,分析傳輸阻抗增量的影響因素并提出多頻渦流檢測的方案;其次,借助有限元軟件建立管道物理屬性檢測的二維、三維仿真模型和反演數(shù)據(jù)庫,并基于渦流效應(yīng)分析仿真模型的合理性;然后,通過有限元仿真的方法,分析不同的傳感線圈組及儀器支撐芯軸對檢測效果的影響,選取鈦合金作為磁測厚儀的芯軸材料,設(shè)計(jì)新傳感器并對其測試效果進(jìn)行檢驗(yàn);接著,在利用多頻渦流檢測管道物理屬性方案的基礎(chǔ)上,通過仿真分析井下實(shí)測中,裝置偏離管道軸心、油田水滲入管道內(nèi)、高溫等環(huán)境因素對檢測結(jié)果的影響,并研究相應(yīng)的檢測與校正方案。最后,介紹了信號檢測平臺與管道物理屬性反演算法,根據(jù)儀器裝置存在微弱偏心時(shí)管道內(nèi)徑及磁導(dǎo)率的反演效果,制定雙線圈切換檢測的方案。通過對不同內(nèi)徑的鐵磁性管道進(jìn)行測量,驗(yàn)證了磁測厚儀多頻渦流檢測方案設(shè)計(jì)優(yōu)化的合理性,測試結(jié)果表明儀器對管道內(nèi)徑的檢測精度較高,裝置達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
【圖文】：

電磁感應(yīng)現(xiàn)象由邁克爾法拉第通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并總結(jié)，其揭示間的內(nèi)在聯(lián)系，為完整的電磁場理論奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。當(dāng)通過閉的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合環(huán)路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢[24]，，其關(guān)系如式（： BdstE 式（2-1）中，E 是閉合環(huán)路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，B 是穿過閉合環(huán)路的度，s 是閉合環(huán)路的面積，t 是時(shí)間。在發(fā)射線圈上施加交變電壓時(shí)，線生交變電流信號，這使得線圈周圍產(chǎn)生時(shí)變磁場，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)，當(dāng)金屬導(dǎo)體處于時(shí)變磁場中時(shí)，其表層會(huì)形成環(huán)狀的感生電流，也稱。與此同時(shí)，該電渦流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與原磁場方向相反的電磁場，對原有礙作用[25]。若置于磁場中的金屬導(dǎo)體有部分耗損，損耗區(qū)域處渦流的生較與無損耗的導(dǎo)體會(huì)發(fā)生變化，從而使渦流產(chǎn)生的磁場出現(xiàn)相應(yīng)改變，上的感應(yīng)電流也會(huì)隨之變化，于是可以根據(jù)接收線圈上的電信號來判斷耗損狀況。

第二章 多頻渦流檢測的基本原理與數(shù)學(xué)模型。圖 2-2 中，檢測得到鐵磁性管道物理屬性后，再結(jié)合遠(yuǎn)場渦流檢測測得的，可準(zhǔn)確計(jì)算出管道壁厚，對管道耗損規(guī)模做出具體預(yù)測。一方面耗損算需要管道的電磁屬性等信息；另一方面，管道內(nèi)徑的檢測可以輔助判缺陷所處的具體位置。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE931.2;TH821.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2690839