有桿泵采油方式以其結構簡單、壽命長和適應性強等特點,成為了目前最主要的機械采油方法。抽油桿作為有桿泵采油系統(tǒng)中的“三抽”設備之一,其作用是將地面抽油機的動力傳遞給井下抽油泵。在工作過程中,抽油桿長期承受腐蝕和交變載荷,極易形成腐蝕坑、裂紋等缺陷,嚴重時將導致斷脫桿事故的發(fā)生。對抽油桿表面存在的缺陷進行檢測,提前采取針對性的措施,可以降低事故發(fā)生的概率,節(jié)省維修成本。漏磁無損檢測技術是抽油桿缺陷檢測的主要方法之一,本文基于該技術對抽油桿桿體表面橫向和縱向缺陷的檢測方法進行了研究。采用雙線圈直流軸向磁化方式設計了一套抽油桿桿體缺陷漏磁檢測方案,該方案可對兩種不同類型的缺陷進行漏磁檢測,解決了抽油桿桿體缺陷檢測中磁化方向需與缺陷走向垂直的問題。論文首先分析了漏磁檢測的基本原理和磁化方向,在磁偶極子模型基礎上,提出了一種漏磁場梯度評估缺陷漏磁信號的方法。通過有限元方法對單、雙線圈直流磁化效果的分析,表明了雙線圈直流磁化方式下的磁化場更加均勻和穩(wěn)定,更有利于缺陷漏磁場的形成。對多層密繞磁化線圈的參數(shù)進行了數(shù)值推導,確定了漏磁檢測中所采用的磁化線圈參數(shù)。建立了抽油桿缺陷漏磁檢測的有限元模型,研究了桿體缺陷的漏磁場分布及其影響因素。設計了雙線圈直流磁化的漏磁檢測方案,對抽油桿桿體的橫向缺陷和縱向缺陷的進行了漏磁檢測仿真,驗證了方案的可行性;分析了漏磁場分布的影響因素,得到了漏磁場分布隨缺陷深度、缺陷長度和磁化強度的變化趨勢;采集了不同提離高度下的漏磁場峰值信息,利用數(shù)值擬合方法得到了漏磁場峰值與提離高度之間的關系曲線,為提離高度的選取提供了依據(jù)。繞制了用于直流磁化的多層密繞線圈,研制了基于Buck-Boost變換器的直流磁化恒流源,并驗證了該恒流源在線圈直流磁化中的可用性。設計了雙路霍爾輸出的漏磁信號調(diào)理電路,基于LabVIEW編寫了漏磁信號實時采集與處理系統(tǒng),搭建了抽油桿缺陷漏磁檢測的實驗平臺,通過實驗驗證了所設計方案的正確性。利用dbN、symN和coifN三種小波族對加噪后的仿真漏磁信號進行了去噪處理,對比分析了各小波族的去噪性能,獲得了兩組去噪效果最好的小波基sym6和sym8。在此基礎上,提出了一種基于小波去噪和中值濾波的多級濾波算法,通過對實驗漏磁信號進行去噪處理,結果表明了改進的去噪算法在信噪比和均方根誤差等去噪性能方面優(yōu)于常規(guī)小波去噪方法。基于檢測到的缺陷漏磁信號研究了缺陷識別和二維輪廓重構方法。分析了不同尺寸的橫向缺陷和縱向缺陷的漏磁場分布及其磁場梯度,得到了實驗中漏磁場分布隨提離高度的變化關系;建立了缺陷二維重構的狀態(tài)空間模型,利用粒子濾波、擴展卡爾曼濾波和無跡卡爾曼濾波三種方法對缺陷進行了反演計算,比較了三種方法的重構性能及其優(yōu)缺點。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TE933.2
【部分圖文】：

抽油桿存在缺陷時，如腐蝕坑、裂紋、磨損等，其拉伸強度、能會變差［９］，嚴重時將導致斷桿、脫桿事故的發(fā)生。２０１３年，采油廠對桿泵井進行維護作業(yè)中，全廠累積維護作業(yè)井次數(shù)為因是桿斷脫，約占４１％。同一年，根據(jù)大慶油田有限責任公司井數(shù)統(tǒng)計，在１１１５?口檢栗井中，斷桿井數(shù)為２０７?口，占檢泵井數(shù)年，勝利油田檢查了?１６１批次的抽油桿修復產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)了?１４批次該采油廠挽回了?１００．５萬元人民幣的經(jīng)濟損失［１１］。２０１５年，針

后經(jīng)多次修訂，２０１３年國家能源局頒布了?ＳＹ／Ｔ５０２９－２０１３《抽油桿》標準，??這是國內(nèi)抽油桿的最新標準［１５］。??常規(guī)抽油桿的結構如圖１－２所示。其中，抽油桿的兩端是鐓粗的桿頭，桿體由??實心圓形斷面的鋼體組成。桿頭的組成部分包括螺紋、卸荷槽、推承面、臺肩、??扳手方、凸緣和過渡段。??１、螺紋２、卸荷槽３、推承面４、臺肩５、扳手方??６、凸緣７、過渡段８、桿體??圖１－２常規(guī)抽油桿的結構??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ?ｓｕｃｋｅｒ?ｒｏｄ??ＡＰＩ?Ｓｐｅｃ?１１Ｂ－２０１０《抽油桿規(guī)范》規(guī)定，常用抽油桿的桿體外徑分別為１３ｍｍ、??１６ｍｍ、１９ｍｍ、２２ｍｍ、２５ｍｍ、２９ｍｍ?六種，抽油桿的長度為?７６２０ｍｍ、８０００ｍｍ??和９０００ｍｍ。但是，為了調(diào)節(jié)抽油桿的安裝，還有其它長度的短抽油桿。該規(guī)定將??普通抽油桿的分為Ｃ、Ｄ和Ｋ三個等級，其中，Ｃ級抽油桿在輕或中負荷的油井??中使用，Ｄ級抽油桿用于中或重負荷的油井中，而Ｋ級抽油桿則用于輕或中負荷??３??

圖１－４抽油桿的腐蝕圖??Ｆｉｇ．?１－４?Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ?ｐｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｕｃｋｅｒ?ｒｏｄ??
【參考文獻】

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本文編號：2873381