抽油杆杆体缺陷的漏磁检测及其数据处理

发布时间：2020-11-06 16:34

　　 有杆泵采油方式以其结构简单、寿命长和适应性强等特点,成为了目前最主要的机械采油方法。抽油杆作为有杆泵采油系统中的“三抽”设备之一,其作用是将地面抽油机的动力传递给井下抽油泵。在工作过程中,抽油杆长期承受腐蚀和交变载荷,极易形成腐蚀坑、裂纹等缺陷,严重时将导致断脱杆事故的发生。对抽油杆表面存在的缺陷进行检测,提前采取针对性的措施,可以降低事故发生的概率,节省维修成本。漏磁无损检测技术是抽油杆缺陷检测的主要方法之一,本文基于该技术对抽油杆杆体表面横向和纵向缺陷的检测方法进行了研究。采用双线圈直流轴向磁化方式设计了一套抽油杆杆体缺陷漏磁检测方案,该方案可对两种不同类型的缺陷进行漏磁检测,解决了抽油杆杆体缺陷检测中磁化方向需与缺陷走向垂直的问题。论文首先分析了漏磁检测的基本原理和磁化方向,在磁偶极子模型基础上,提出了一种漏磁场梯度评估缺陷漏磁信号的方法。通过有限元方法对单、双线圈直流磁化效果的分析,表明了双线圈直流磁化方式下的磁化场更加均匀和稳定,更有利于缺陷漏磁场的形成。对多层密绕磁化线圈的参数进行了数值推导,确定了漏磁检测中所采用的磁化线圈参数。建立了抽油杆缺陷漏磁检测的有限元模型,研究了杆体缺陷的漏磁场分布及其影响因素。设计了双线圈直流磁化的漏磁检测方案,对抽油杆杆体的横向缺陷和纵向缺陷的进行了漏磁检测仿真,验证了方案的可行性;分析了漏磁场分布的影响因素,得到了漏磁场分布随缺陷深度、缺陷长度和磁化强度的变化趋势;采集了不同提离高度下的漏磁场峰值信息,利用数值拟合方法得到了漏磁场峰值与提离高度之间的关系曲线,为提离高度的选取提供了依据。绕制了用于直流磁化的多层密绕线圈,研制了基于Buck-Boost变换器的直流磁化恒流源,并验证了该恒流源在线圈直流磁化中的可用性。设计了双路霍尔输出的漏磁信号调理电路,基于LabVIEW编写了漏磁信号实时采集与处理系统,搭建了抽油杆缺陷漏磁检测的实验平台,通过实验验证了所设计方案的正确性。利用dbN、symN和coifN三种小波族对加噪后的仿真漏磁信号进行了去噪处理,对比分析了各小波族的去噪性能,获得了两组去噪效果最好的小波基sym6和sym8。在此基础上,提出了一种基于小波去噪和中值滤波的多级滤波算法,通过对实验漏磁信号进行去噪处理,结果表明了改进的去噪算法在信噪比和均方根误差等去噪性能方面优于常规小波去噪方法。基于检测到的缺陷漏磁信号研究了缺陷识别和二维轮廓重构方法。分析了不同尺寸的横向缺陷和纵向缺陷的漏磁场分布及其磁场梯度,得到了实验中漏磁场分布随提离高度的变化关系;建立了缺陷二维重构的状态空间模型,利用粒子滤波、扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波三种方法对缺陷进行了反演计算,比较了三种方法的重构性能及其优缺点。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE933.2
【部分图文】：

抽油杆存在缺陷时，如腐蚀坑、裂纹、磨损等，其拉伸强度、能会变差［９］，严重时将导致断杆、脱杆事故的发生。２０１３年，采油厂对杆泵井进行维护作业中，全厂累积维护作业井次数为因是杆断脱，约占４１％。同一年，根据大庆油田有限责任公司井数统计，在１１１５?口检栗井中，断杆井数为２０７?口，占检泵井数年，胜利油田检查了?１６１批次的抽油杆修复产品，发现了?１４批次该采油厂挽回了?１００．５万元人民币的经济损失［１１］。２０１５年，针

后经多次修订，２０１３年国家能源局颁布了?ＳＹ／Ｔ５０２９－２０１３《抽油杆》标准，??这是国内抽油杆的最新标准［１５］。??常规抽油杆的结构如图１－２所示。其中，抽油杆的两端是镦粗的杆头，杆体由??实心圆形断面的钢体组成。杆头的组成部分包括螺纹、卸荷槽、推承面、台肩、??扳手方、凸缘和过渡段。??１、螺纹２、卸荷槽３、推承面４、台肩５、扳手方??６、凸缘７、过渡段８、杆体??图１－２常规抽油杆的结构??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ?ｓｕｃｋｅｒ?ｒｏｄ??ＡＰＩ?Ｓｐｅｃ?１１Ｂ－２０１０《抽油杆规范》规定，常用抽油杆的杆体外径分别为１３ｍｍ、??１６ｍｍ、１９ｍｍ、２２ｍｍ、２５ｍｍ、２９ｍｍ?六种，抽油杆的长度为?７６２０ｍｍ、８０００ｍｍ??和９０００ｍｍ。但是，为了调节抽油杆的安装，还有其它长度的短抽油杆。该规定将??普通抽油杆的分为Ｃ、Ｄ和Ｋ三个等级，其中，Ｃ级抽油杆在轻或中负荷的油井??中使用，Ｄ级抽油杆用于中或重负荷的油井中，而Ｋ级抽油杆则用于轻或中负荷??３??

图１－４抽油杆的腐蚀图??Ｆｉｇ．?１－４?Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ?ｐｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｕｃｋｅｒ?ｒｏｄ??
【参考文献】

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本文编号：2873381