在大規(guī)模的油氣井開采過程中,一旦油氣井發(fā)生井噴事故,它所帶來的影響是難以估算的,救援井是控制井噴事故的重要手段。論文以瞬變電磁法救援井探測技術為基礎,重點研究瞬變電磁救援井近距離相對姿態(tài)識別方法、對稱式線圈陣列信號處理以及救援井探測系統(tǒng)設計等問題。本文首先介紹了瞬變電磁法救援井探測方法的基本原理,針對救援井探測模型,分析了電磁探頭對事故井的響應信號,推導了救援井與事故井相對距離與電磁探頭響應感應電動勢的公式,并利用仿真軟件分析了影響救援井探測性能的因素,提出了優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)提高探測精度的方法。在此基礎上研究救援井近距離相對姿態(tài)識別方法,建立了陣列式救援井探測模型,分析了陣列線圈對事故井二次場響應信號處理方法,利用陣列加權方法提高系統(tǒng)信噪比,以井下瞬變電磁探測系統(tǒng)的陣列信號處理為基礎,提出了Radon變換的救援井相對姿態(tài)判別方法,結合井下瞬變電磁響應的對稱性特性,對被測范圍內的一段事故井套管與救援井的相對姿態(tài)進行判斷。在此基礎上根據井下各個信號的響應特性設計了陣列式井下探測系統(tǒng)并調試優(yōu)化電路參數(shù),可有效提高系統(tǒng)探測性能。最后,針對救援井近距離精確探測方法問題,開展了大量的室內外實驗以及現(xiàn)場實驗。試驗結果表明,本文提出救援井近距離相對姿態(tài)識別方法,可有效提高救援井近距離探測精度,改善救援井探測系統(tǒng)性能。
【學位單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TE28
【部分圖文】：

9接收線圈發(fā)射線圈儀器外護管井液套管水泥環(huán)地層r3r2r4r5r6r1Δz111εσμ222εσμ333εσμ444εσμ555εσμ666εσμJJJεσμ空氣D發(fā)射線圈r事故井J圖2-2救援井井下分層模型根據麥克斯韋方程組，引入磁矢量A，則有源區(qū)一次場非齊次的亥姆霍茲方程為：22TA+kA=Idl(2-1)其中2200k=μεωiμσω，0μ、σ、ω分別為介質初始磁導率、初始電導率、發(fā)射頻率，IT為發(fā)射電流。而無源區(qū)一次場齊次的亥姆霍茲方程為：22AA02jjj+k=j≠(2-2)通過求解上式有源區(qū)和無源區(qū)一次場的亥姆霍茲方程可得接收線圈響應二次場為：1100()()cosjjjjjAgAIxrBKxrzdλλ∞=+(2-3)其中，0/TTg=NIrπ，1I()和1K()分別表示第一類和第二類1階修正貝塞爾函數(shù)，jA和jB為反射因子和傳導因子。再根據場量與矢量磁位的關系：zHAEiAωμ=×=(2-4)救援井探頭介質響應二次場磁場強度為：111010()cosdzHgxAIxrλzλ∞=(2-5)根據兩種介質邊界r=rj處電場和磁場的連續(xù)性邊界條件j(j1)EE+=，zjz(j1)HH+=，可得探頭測得的頻域感應電動勢為：1()RRRzSdUNiNHdSdtωωμΦ==(2-6)根據瞬變電磁信號頻譜變化，通過Gaver-Stehfest數(shù)值拉普拉斯逆變換將頻域感應電

11度80mm；事故井套管坐標(350，550，0)，外徑70mm，內徑60mm，高度350mm，材料為鋼；發(fā)射電流為5V，發(fā)射周期為2S(高低電平占空比為1:1)；鐵氧體的相對磁導率為1000，合金的相對磁導率為4000。不同磁導率磁芯事故井仿真如圖2-3所示。(a)鐵氧體磁芯一次場分布(b)鐵氧體磁芯二次場分布(c)合金磁芯一次場分布(d)合金磁芯二次場分布圖2-3不同磁導率磁芯事故井仿真圖上圖(a)、(c)是兩種不同磁導率在0.6S時刻事故井一次場磁場強度圖，(b)、(d)是1.2S時刻事故井二次場磁場強度圖。上圖中事故井套上磁場強度最強的部分集中在中間段，(a)圖中最大的磁場強度為1.5525e-4T，(c)圖中最大的磁場強度為1.6259e-4T，(b)圖中最大的磁場強度為7.2259e-5T，(d)圖中最大的磁場強度為7.4720e-5T。雖然兩者磁導率不同，同一時刻下磁場強度相差不大相同發(fā)射條件下，但磁導率高的磁性探頭，事故井一次場和二次場的磁場強度相對較強。根據以上設立的模型通過選取磁導率較高的合金作為探頭磁芯，其他條件不變，改變發(fā)射電壓對比不同時刻事故井一次場和二次場磁場的變化。不同發(fā)射電壓事故井磁場仿真如圖2-4所示。(a)1V一次場分布(b)1V二次場分布

12(b)10V一次場分布(d)10V二次場分布圖2-4不同發(fā)射電壓事故井仿真圖上圖(a)、(c)是兩種發(fā)射電壓在0.6S時刻事故井一次場磁場強度圖，(b)、(d)是1.2S時刻事故井二次場磁場強度圖。(a)圖中最大的磁場強度為3.2130e-5T，(c)圖中最大的磁場強度為3.2130e-4T，(b)圖中最大的磁場強度為1.4867e-5T，(d)圖中最大的磁場強度為1.4946e-4T。10V的發(fā)射電壓是1V的10倍，10V發(fā)射電壓下的事故井套管上磁場強度也是1V的將近10倍，因此發(fā)射電壓越大，事故井管套上的磁場強度越大。綜上所述，磁導率較高的磁芯有助于瞬變電磁一次場和二次場的擴散，但效果不是很明顯，實際設計探頭時可以選取磁導率相對較高的磁芯；改變發(fā)射電壓可以引起事故井套管上磁場較大的變化，實際設計首先考慮發(fā)射功率這一參數(shù)，盡可能提高發(fā)射功率。2.4.2磁芯對探測性能的影響瞬變電磁救援井探測系統(tǒng)中，磁芯作為探測系統(tǒng)的一部分起到重要作用。它利用自身的磁疇受外磁場作用有序排列具有高導磁性的特性來增強發(fā)射探頭和接收探頭中磁感應強度[43-44]。磁芯一般可分兩大類分別為鐵氧體、合金類，材料的不同導致兩者的性能參數(shù)存在一定的差異，而救援井特殊作業(yè)的環(huán)境溫度是最需要的關注的一個參數(shù)，磁性會隨著溫度變化而變化。磁芯溫度特性如圖2-5所示：圖2-5磁芯溫度特性圖[45]一方面探測范圍溫度超過居里溫度磁導率將會一直下降到零，磁芯將會失去增強磁
【參考文獻】

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本文編號：2863966