高压管汇冲蚀缺陷脉冲涡流检测数值分析

压裂作业中长周期运行的高压管汇在恶劣工况下极易产生冲蚀损伤，高压管汇的在线检测对保障安全生产尤为重要。为此，针对高压管汇冲蚀缺陷，基于脉冲涡流检测技术，采用Maxwell软件对高压管汇下表面缺陷检测模型进行数值模拟，分析磁感应强度矢量法向和切向分量，探究冲蚀缺陷脉冲涡流检测规律。研究结果表明：一定条件下，脉冲涡流检测高压管汇冲蚀缺陷时，激励电流为1.5 A,激励频率为500 Hz,线圈内径为10 mm时具有较高灵敏度；对于不同角度冲蚀缺陷，可根据差分信号梯度云图中的亮斑形状获得缺陷形状信息；法向检测信号差值与缺陷半径和缺陷深度呈三次多项式关系；线圈中设置铁芯可增加检测信号幅值，一定范围内，铁芯半径对检测效果影响较小。所得结论可为高压管汇冲蚀缺陷脉冲涡流检测装置的研制提供参考。     

涡流检测信号参量估计及物理实现

涡流检测的实质就是检测线圈上的阻抗变化，从信号参量估计理论出发，确定出以正弦波为载体的线圈阻抗变化的测量原理、物理实现及应用实例。利用互相关器实现的智能涡流检测系统能有效抑制干扰信号，具有很高的缺陷的检出能力和检测可靠性。     

基于直流磁化的井口钻杆漏磁检测方法

为实现井口钻杆的质量无损检测,在分析钻杆磁化特性和起钻工艺的基础上,提出基于直流磁化的井口钻杆漏磁检测方法,获得了井口钻杆漏磁检测的难点,包括磁化条件苛刻、钻杆摆动剧烈以及高灵敏度检测等。为此,提出了井口钻杆漏磁检测的关键技术:以直流磁化器产生强激励场,采用随动跟踪方法实现传感器对钻杆的恒定提离值跟踪,开发大提离漏磁场拾取技术来提高检测灵敏度。进一步对磁化器结构、探头跟踪系统以及传感拾取方法进行了详细设计。最后结合井口钻杆实际检测要求,开发出井口钻杆直流漏磁检测仪器。经现场测试,钻杆漏磁检测仪器灵敏度较高,在提离值为5.0 mm的情况下,1.6 mm的通孔以及0.5 mm深的标准刻槽均可以产生信噪比较好的缺陷信号,仪器的灵敏度和一致性均能满足钻杆漏磁检测标准。研究结果对井口钻杆的质量无损检测具有重大意义。     

用于镀锌铁皮保护层下检测的脉冲涡流技术研究

在实际应用中,脉冲涡流检测技术会受到保温层外的保护层的影响,其中镀锌铁皮保护层对脉冲涡流信号影响较大。研究了不同保护层对脉冲涡流信号的影响,重点分析了镀锌铁皮厚度、提离高度和镀锌铁皮振动对脉冲涡流信号的影响,并提出了解决方案：当提离高度相同时,带镀锌铁皮保护层的脉冲涡流信号幅值较不带保护层时的信号幅值大幅减小,此时需选择穿透能力更强的检测探头并提高发射电流强度;当以晚期信号斜率作为表征壁厚的特征值时,提离高度对计算壁厚的影响较小;考虑到磁致伸缩引起的探头振动,检测过程中应避免检测探头与镀锌铁皮直接接触。     

铁磁性管道远场涡流检测技术三维仿真研究与实验验证

本文基于远场涡流检测技术的优势,对铁磁性管道远场涡流检测技术开展仿真分析与实验研究。结果表明,铁磁性管道缺陷远侧涡流检测仿真模型所得磁场分布规律与真实管道裂纹缺陷检测实验结果一致,满足远场涡流检测原理。远场涡流检测技术能够较好地判定和识别铁磁性管道缺陷,具有良好的学术价值和经济应用前景。     

远场涡流套管检测的仿真研究

国内的远场涡流技术(RFEC)研究还处在理论分析阶段,对套损形式的远场涡流电磁仿真还不完善。为此,以二维轴对称远场涡流模型为例进行分析,在利用数学模型推导出电磁场分布规律的基础上,应用有限元仿真得到信号与管壁厚度变化的关系曲线。分析了磁感应强度幅值对数和相位滞后角沿轴向距离的变化曲线、感应电压幅值对数和相位滞后角沿轴向距离的变化曲线以及管壁厚度与感应电压相位滞后角的关系曲线。结果表明,远场区检测线圈感应电压相位滞后角与管壁厚度成线性关系,为远场涡流无损检测信号分析提供了理论依据。     

远场涡流技术在翅片管束检测中的应用

利用远场涡流检测技术可发现空冷器管束中翅片管基管上的缺陷。介绍了带翅片钢管的远场涡流检测工艺,利用内窥镜和解剖的方法对检测出的基管缺陷进行了验证。     

油管缺陷导波检测最佳激励参数的试验研究

采用超声导波无损检测技术对油管进行无损检测时,用于激励导波的脉冲正弦波信号具有激励电压、激励频率、偏置磁场强度及脉冲周期数等重要参数,为了找出最佳激励参数,提出了确定最佳激励参数的试验方法,并在油管中使用该方法开展了试验研究。通过试验得出了适用于J55材质油管的最佳激励参数:激励频率50kHz,激励电压4V,脉冲包含的周期数6,偏置磁场强度0.023T。采用最佳激励参数对油管中的穿孔缺陷进行了检测,结果表明,检测系统可以清晰地分辨出缺陷信号,证明了最佳激励参数的可靠性。     

远场涡流技术在锅炉水冷壁管检测中的应用

锅炉水冷壁管由于各种原因会造成腐蚀穿孔,最终产生管体爆裂泄漏等严重事故。利用远场涡流检测技术可发现在水冷壁管上的缺陷,重点阐述了远场涡流检测的基本原理和工作程序,并对锅炉水冷壁进行检测时的工艺要点进行了总结。     

基于阵列涡流技术的管道变形检测数值分析

及时发现管道变形缺陷并排除安全隐患,对保证油气资源正常运输有重大意义。鉴于此,针对阵列涡流管道变形检测技术进行了电磁理论分析,从磁畴的微观水平上解释了涡流信号的变化机理,提出管道内检测器上阵列探头的3种布置方案,利用Maxwell有限元分析软件对阵列涡流管道变形缺陷检测的三维模型进行数值模拟,以磁感应强度峰值为特征量对管道变形缺陷进行分析。分析结果表明：基于电涡流传感技术的管道变形缺陷检测中,管道磁畴磁化产生的磁场强度大于感应涡流产生的磁场强度;阵列涡流传感器输出信号变化量随管道变形量呈四次多项式递增的变化规律;对比单独布置的传感器,阵列涡流传感器对管道变形缺陷检测的灵敏度至多下降10%。所得结论可为油气管道涡流变形内检测探头的研制提供技术支撑。     

瞬变电磁井间涡流激发响应的实验研究

瞬变电磁井间涡流激发的二次场响应可以用于井间剩余油的检测,为提高剩余油采收率,提出基于全空间几何因子的井间勘探方法。利用铝板与全空间放置的发射和接收线圈进行瞬变电磁井间勘探实验,首先将有铝板存在和无铝板存在时接收线圈测量的瞬变电磁总响应相减去掉直接耦合信号,得到只与空间导电介质有关的涡流激发响应(该响应即为井间勘探的有用信号,与地层电导率成正比,可以用来反演地层电导率),然后用涡流激发响应的极性间接地对全空间几何因子极性特征进行定性实验验证,即全空间几何因子在发射或接收线圈两侧极性相反。利用全空间几何因子理论以及井间涡流激发响应解析解进行正演模拟,并与空气以及地层中实测得到的涡流激发响应波形进行对比,从而定量地验证了全空间几何因子在计算井间涡流激发响应时的可行性。通过改变发射与接收线圈的源距,发现了瞬变电磁全波响应以及与铝板有关的井间涡流激发响应幅度随源距的增大而逐渐变小的客观规律,即源距改变,接收线圈对涡流激发响应的灵敏度随之改变。     

油气管道周向励磁漏磁检测技术优势与发展前景

为了研究周向励磁漏磁检测技术的适用性,基于漏磁检测原理分析了该技术对于检测轴向导向缺陷的潜在优势,以及存在的技术局限性。周向励磁在管壁产生的磁场是非均匀磁场,临近磁极的磁场强度大,远离磁极的磁场强度小,缺陷漏磁通与缺陷距磁极的距离相关,两磁极间仅存在一段有效检测区域,要求传感器探头必须具有很小的间距和较高的测量精度;周向励磁产生的磁力线垂直于管道轴线,信号采集对检测装置的运行速度提出了更高的要求。从励磁方式、磁场分布状态、检测适用性和技术成熟度四个方面对比分析了周向励磁与轴向励磁漏磁检测技术,得出结论:两种检测技术的本质区别在于励磁方式和磁场分布状态的不同,且分别对轴向导向缺陷和环向导向缺陷敏感;轴向励磁漏磁检测技术更成熟且应用更广泛。最后,阐述了周向励磁漏磁检测技术的国内外技术发展与应用现状。     

钛合金缺陷相控阵超声衍射波定量方法

针对传统衍射波设置法受散射杂波干扰难以进行钛合金缺陷定量的问题,分析了体积型缺陷和面积型缺陷的超声衍射波信号特点,并通过试验测试了钛合金材料的衍射波信号特征,提出了基于相控阵超声的高信噪比衍射波定量方案。制备了不同尺寸的长横孔试块和通槽试块,分别模拟体积型缺陷和面积型缺陷,测试试验定量。结果表明,采用相控阵超声衍射波定量方法对两种类型缺陷的定量精度均达到了1 mm以内。相控阵超声衍射波定量法操作简单,可为钛合金缺陷定量提供新的思路。     

基于微磁的连续油管在线检测技术

连续油管作业技术已经在钻井、完井、防砂、试油、采油、修井、测井等井下作业领域得到了广泛应用,在线缺陷检测对于保证连续油管安全运行意义重大。为此,将微磁检测技术引入到连续油管管体的缺陷检测,采用电涡流检测技术来测量油管椭圆度,并建立了油管缺陷的微磁检测等效磁导率计算模型、推导了5个参数计算油管椭圆度的方法。在此基础上研制了连续油管电磁检测系统样机,通过微磁检测装置上均匀安装的6个磁通门测磁传感器和用于椭圆度测量的6个电涡流传感器,获得6个所测量油管在圆周上的距离数据,把第6个涡流传感器用于对椭圆度测量结果进行校验。实验结果表明,该检测仪器的检测速度可达1 m/s,缺陷分辨率为0.1 mm,椭圆度检测精度高达1%;可对连续油管使用过程中常见的腐蚀、裂纹缺陷和椭圆度缺陷同时进行检测,检测速度快、效率高、稳定可靠。该项成果为连续油管的快速检测应用提供了技术保障。     

TOFD缺陷图谱分析

为了能准确检测锅炉、压力容器和压力管道焊缝的缺陷,并对缺陷进行定位、定量和定型评价,采用了超声波衍射时差法TOFD(time of flight diffraction),该方法是一种基于衍射回波信号进行缺陷判别的非常有效的超声无损检测方法,具有检测速度快、精度高、缺陷检出率高、定位准确、可获得缺陷尺寸、经济方便等优势。TOFD法首先通过观察缺陷衍射波的相位和直通波的相位关系,确定缺陷是哪类缺陷(上表面开口型、下表面开口型、埋藏型)。不同类型的缺陷图谱具有不同的测量方式,然后通过坐标的移动来确定缺陷的深度、宽度和长度。     

基于EMAT检测系统的阻抗匹配研究与分析

为了提高电磁超声(EMAT) 检测技术在焊管无损探伤中的检测效率,针对EMAT换能效率、回波信号幅值和信噪比较低的问题,对EMAT检测系统电路的阻抗匹配效果进行了研究。研究采用了从激励线圈和涡流场的耦合作用来推导涡流场与线圈阻抗关系的方法,建立了由完全相同的单层细线圈组成的堆积线圈模型。理论计算表明,减小涡流场和处于非活跃状态线圈的电阻值,会显著提高换能的效率。     

埋地钢管交流电流检测技术

为了确保管道的安全运行,及时准确地检测和了解管道的运行状况,一种基于管内交流电流法的管道检测方法被广泛应用。阐述了埋地钢质管道管中交流电流的线传输理论模型及发展状况,指出了影响管中电流衰减的相关因素;分析了地表电流信号的采集模型以及常用的2种检测方法;详细探讨了影响地表信号变化的几个重要因素:地下金属构筑物、相邻高压输电线以及杂散电流。应用情况表明,PCM仪器能够有效地对并行管线(间距2m)进行检测,但接收机抗干扰能力不强,有时无法正常读数。     

螺绕环激励式随钻侧向测井仪测量强度影响因素及响应特性

与传统的随钻电极型电阻率测井仪相比,螺绕环激励式随钻侧向测井仪具有不易磨损,工艺难度小的优点,但国内对于该仪器的理论研究很少。基于三维有限元法,研究了螺绕环激励式随钻侧向测井仪的测井响应特征,分析了仪器结构参数对测量信号强度的影响。模拟结果表明:测量信号强度与接收线圈距呈正相关关系,仪器源距和钻头短节越长,仪器测量信号的强度越弱。根据模拟结果优选了模拟参数,研究了不同地层电阻率对比度下仪器的探测特性,分析了仪器在不同井斜角和围岩环境下斜井中的测井响应特征。螺绕环激励式随钻侧向测井仪探测深度较电缆式侧向测井仪浅,但可以满足随钻测井需求。研究结果对螺绕环激励式随钻侧向测井仪结构参数设计及测井解释方法研究均具有一定的指导意义。      

涡流检测缺陷模糊认识的新方法

针对无损检测中缺陷特征及危害程度具有某种模糊性的现象，提出用模糊逻辑来完成缺陷识别的思想。为满足在线识别自然缺陷的要求，提出了一种新的模糊聚类方法，并给出了在涡流检测中的应用结果。