瞬变电磁法救援井近距离相对姿态识别方法研究

发布时间：2020-10-31 12:45

　　 在大规模的油气井开采过程中,一旦油气井发生井喷事故,它所带来的影响是难以估算的,救援井是控制井喷事故的重要手段。论文以瞬变电磁法救援井探测技术为基础,重点研究瞬变电磁救援井近距离相对姿态识别方法、对称式线圈阵列信号处理以及救援井探测系统设计等问题。本文首先介绍了瞬变电磁法救援井探测方法的基本原理,针对救援井探测模型,分析了电磁探头对事故井的响应信号,推导了救援井与事故井相对距离与电磁探头响应感应电动势的公式,并利用仿真软件分析了影响救援井探测性能的因素,提出了优化系统参数提高探测精度的方法。在此基础上研究救援井近距离相对姿态识别方法,建立了阵列式救援井探测模型,分析了阵列线圈对事故井二次场响应信号处理方法,利用阵列加权方法提高系统信噪比,以井下瞬变电磁探测系统的阵列信号处理为基础,提出了Radon变换的救援井相对姿态判别方法,结合井下瞬变电磁响应的对称性特性,对被测范围内的一段事故井套管与救援井的相对姿态进行判断。在此基础上根据井下各个信号的响应特性设计了阵列式井下探测系统并调试优化电路参数,可有效提高系统探测性能。最后,针对救援井近距离精确探测方法问题,开展了大量的室内外实验以及现场实验。试验结果表明,本文提出救援井近距离相对姿态识别方法,可有效提高救援井近距离探测精度,改善救援井探测系统性能。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TE28
【部分图文】：

9接收线圈发射线圈仪器外护管井液套管水泥环地层r3r2r4r5r6r1Δz111εσμ222εσμ333εσμ444εσμ555εσμ666εσμJJJεσμ空气D发射线圈r事故井J图2-2救援井井下分层模型根据麦克斯韦方程组，引入磁矢量A，则有源区一次场非齐次的亥姆霍兹方程为：22TA+kA=Idl(2-1)其中2200k=μεωiμσω，0μ、σ、ω分别为介质初始磁导率、初始电导率、发射频率，IT为发射电流。而无源区一次场齐次的亥姆霍兹方程为：22AA02jjj+k=j≠(2-2)通过求解上式有源区和无源区一次场的亥姆霍兹方程可得接收线圈响应二次场为：1100()()cosjjjjjAgAIxrBKxrzdλλ∞=+(2-3)其中，0/TTg=NIrπ，1I()和1K()分别表示第一类和第二类1阶修正贝塞尔函数，jA和jB为反射因子和传导因子。再根据场量与矢量磁位的关系：zHAEiAωμ=×=(2-4)救援井探头介质响应二次场磁场强度为：111010()cosdzHgxAIxrλzλ∞=(2-5)根据两种介质边界r=rj处电场和磁场的连续性边界条件j(j1)EE+=，zjz(j1)HH+=，可得探头测得的频域感应电动势为：1()RRRzSdUNiNHdSdtωωμΦ==(2-6)根据瞬变电磁信号频谱变化，通过Gaver-Stehfest数值拉普拉斯逆变换将频域感应电

11度80mm；事故井套管坐标(350，550，0)，外径70mm，内径60mm，高度350mm，材料为钢；发射电流为5V，发射周期为2S(高低电平占空比为1:1)；铁氧体的相对磁导率为1000，合金的相对磁导率为4000。不同磁导率磁芯事故井仿真如图2-3所示。(a)铁氧体磁芯一次场分布(b)铁氧体磁芯二次场分布(c)合金磁芯一次场分布(d)合金磁芯二次场分布图2-3不同磁导率磁芯事故井仿真图上图(a)、(c)是两种不同磁导率在0.6S时刻事故井一次场磁场强度图，(b)、(d)是1.2S时刻事故井二次场磁场强度图。上图中事故井套上磁场强度最强的部分集中在中间段，(a)图中最大的磁场强度为1.5525e-4T，(c)图中最大的磁场强度为1.6259e-4T，(b)图中最大的磁场强度为7.2259e-5T，(d)图中最大的磁场强度为7.4720e-5T。虽然两者磁导率不同，同一时刻下磁场强度相差不大相同发射条件下，但磁导率高的磁性探头，事故井一次场和二次场的磁场强度相对较强。根据以上设立的模型通过选取磁导率较高的合金作为探头磁芯，其他条件不变，改变发射电压对比不同时刻事故井一次场和二次场磁场的变化。不同发射电压事故井磁场仿真如图2-4所示。(a)1V一次场分布(b)1V二次场分布

12(b)10V一次场分布(d)10V二次场分布图2-4不同发射电压事故井仿真图上图(a)、(c)是两种发射电压在0.6S时刻事故井一次场磁场强度图，(b)、(d)是1.2S时刻事故井二次场磁场强度图。(a)图中最大的磁场强度为3.2130e-5T，(c)图中最大的磁场强度为3.2130e-4T，(b)图中最大的磁场强度为1.4867e-5T，(d)图中最大的磁场强度为1.4946e-4T。10V的发射电压是1V的10倍，10V发射电压下的事故井套管上磁场强度也是1V的将近10倍，因此发射电压越大，事故井管套上的磁场强度越大。综上所述，磁导率较高的磁芯有助于瞬变电磁一次场和二次场的扩散，但效果不是很明显，实际设计探头时可以选取磁导率相对较高的磁芯；改变发射电压可以引起事故井套管上磁场较大的变化，实际设计首先考虑发射功率这一参数，尽可能提高发射功率。2.4.2磁芯对探测性能的影响瞬变电磁救援井探测系统中，磁芯作为探测系统的一部分起到重要作用。它利用自身的磁畴受外磁场作用有序排列具有高导磁性的特性来增强发射探头和接收探头中磁感应强度[43-44]。磁芯一般可分两大类分别为铁氧体、合金类，材料的不同导致两者的性能参数存在一定的差异，而救援井特殊作业的环境温度是最需要的关注的一个参数，磁性会随着温度变化而变化。磁芯温度特性如图2-5所示：图2-5磁芯温度特性图[45]一方面探测范围温度超过居里温度磁导率将会一直下降到零，磁芯将会失去增强磁
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 肖国清;冯明洋;肖仁杰;;油气田井喷事故致因的ISM模型分析[J];石油工业技术监督;2015年07期

2 刘书杰;李相方;何英明;耿亚楠;周建良;;海洋深水救援井钻井关键技术[J];石油钻采工艺;2015年03期

3 靳勇;孙腾飞;钱锋;童振;;深水救援井压井计算[J];电子制作;2015年04期

4 薛国强;闫述;底青云;李貅;王若;李海;钟华森;;多道瞬变电磁法(MTEM)技术分析[J];地球科学与环境学报;2015年01期

5 熊腊生;李振选;刘明峰;孙志和;张宇;;文23-6J平行救援井钻井技术[J];石油钻采工艺;2014年04期

6 吴瑶;毛剑琳;李峰飞;党瑞荣;;深水油气勘探救援井精确探测技术研究[J];石油钻采工艺;2014年04期

7 杨理践;王嘉;高松巍;;基于瞬变电磁法的金属管道外检测技术[J];无损探伤;2014年03期

8 李峰飞;蒋世全;李汉兴;许亮斌;;救援井电磁探测工具分析及应用研究[J];石油机械;2014年01期

9 段明星;杨清峡;张本伟;;基于美国墨西哥湾Macondo井喷事故分析的深水油气井完整性探讨[J];中国石油和化工标准与质量;2013年17期

10 朱红青;申健;张民波;徐纪元;雷博龙;;瞬变电磁法在巷道迎头赋水性探测中的应用[J];安全与环境学报;2013年04期

本文编号：2863966