一种磁测厚仪多频涡流参数优化仿真及设计验证

发布时间：2020-06-01 02:39

【摘要】：石油套管是支撑油井井壁的金属管道,在石油开采和勘探中承担着重要的角色,但由于服役年限、作业环境等因素的影响,套管易出现耗损,因管道损伤而造成的石油泄漏会直接影响油田产能,造成巨大的经济损失和生态环境问题。因此,对管道耗损状况的检测与评估的研究具有十分重要的现实意义。多频涡流检测技术是一种新兴的无损检测技术,具有检测灵敏度高,受环境因素影响小等优点。本文以涡流检测理论为基础,结合原有磁测厚仪的检测方案,对检测传感器进行了仿真研究和参数优化设计,并通过有限元仿真对井下测量时环境因素带来的影响进行分析,进一步完善检测方法以提高铁磁性管道物理参数的检测精度。本文首先介绍了利用涡流效应检测石油套管所具有的优势,再由涡流检测原理,建立并推导通过收发线圈间传输阻抗测量管道物理属性的数学模型,分析传输阻抗增量的影响因素并提出多频涡流检测的方案;其次,借助有限元软件建立管道物理属性检测的二维、三维仿真模型和反演数据库,并基于涡流效应分析仿真模型的合理性;然后,通过有限元仿真的方法,分析不同的传感线圈组及仪器支撑芯轴对检测效果的影响,选取钛合金作为磁测厚仪的芯轴材料,设计新传感器并对其测试效果进行检验;接着,在利用多频涡流检测管道物理属性方案的基础上,通过仿真分析井下实测中,装置偏离管道轴心、油田水渗入管道内、高温等环境因素对检测结果的影响,并研究相应的检测与校正方案。最后,介绍了信号检测平台与管道物理属性反演算法,根据仪器装置存在微弱偏心时管道内径及磁导率的反演效果,制定双线圈切换检测的方案。通过对不同内径的铁磁性管道进行测量,验证了磁测厚仪多频涡流检测方案设计优化的合理性,测试结果表明仪器对管道内径的检测精度较高,装置达到了设计要求。
【图文】：

示意图,涡流检测,示意图,闭合环路

电磁感应现象由迈克尔法拉第通过实验发现并总结，其揭示间的内在联系，为完整的电磁场理论奠定了坚实的理论基础。当通过闭的磁通量发生变化时，闭合环路中就会产生感应电动势[24]，，其关系如式（： BdstE 式（2-1）中，E 是闭合环路中产生的感应电动势，B 是穿过闭合环路的度，s 是闭合环路的面积，t 是时间。在发射线圈上施加交变电压时，线生交变电流信号，这使得线圈周围产生时变磁场，根据法拉第电磁感应，当金属导体处于时变磁场中时，其表层会形成环状的感生电流，也称。与此同时，该电涡流会产生一个与原磁场方向相反的电磁场，对原有碍作用[25]。若置于磁场中的金属导体有部分耗损，损耗区域处涡流的生较与无损耗的导体会发生变化，从而使涡流产生的磁场出现相应改变，上的感应电流也会随之变化，于是可以根据接收线圈上的电信号来判断耗损状况。

流程图,物理属性,管道,流程

第二章多频涡流检测的基本原理与数学模型。图 2-2 中，检测得到铁磁性管道物理属性后，再结合远场涡流检测测得的，可准确计算出管道壁厚，对管道耗损规模做出具体预测。一方面耗损算需要管道的电磁属性等信息；另一方面，管道内径的检测可以辅助判缺陷所处的具体位置。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE931.2;TH821.1

【参考文献】