高压管汇冲蚀磨损磁记忆检测试验研究

鉴于现有高压管汇检测手段在评价管汇损伤程度方面的局限性,提出了基于金属磁记忆方法的高压管汇损伤检测评价方法。利用实验室自主研发的高压管汇冲蚀磨损试验机及磁记忆在线检测装置,开展了高压管汇材料30CrMo的冲蚀磨损磁记忆在线检测试验研究。采集信号经滤波处理后,二维重构冲蚀扫描区域的磁场梯度信号云图,观测云图可清晰地发现,在云图中心位置出现亮斑,并随着冲蚀时间的延长,亮斑面积逐渐增大,这与试样表面冲蚀坑大小的变化相符,说明磁记忆检测技术能够较好地识别高压管汇材料的冲蚀磨损状态,为进一步评价高压管汇的冲蚀损伤程度提供依据。     

页岩气开发用高压管汇损伤机理及检测技术

对高压管汇在复杂工况下的损伤机理进行深入认识是开发高压管汇以及评估其使用安全性的重要基础。结合理论分析与试验研究探讨了高压管汇损伤机理,指出现有冲蚀理论在揭示高压管汇冲蚀行为方面存在的不足;通过检测试验,分析了磁记忆检测方法对于检测评价高压管汇安全性的意义;面向页岩气开发生产需要,提出了高压管汇损伤机理及检测评价技术的研究方向,即开发可在线、定量与定性评价的高压管汇损伤状况检测评价系统。     

腐蚀缺陷对高压管汇剩余强度的影响分析

对含缺陷的高压管汇进行剩余强度分析很有必要。借助ANSYS有限元分析软件,针对高压管汇常见的内腐蚀缺陷类型,建立矩形均匀腐蚀和球形凹坑腐蚀模型,分析缺陷类型以及形状参数对高压管汇剩余强度的影响。建模时在腐蚀高压直管模型的轴向及环向对称面上加对称约束,为了防止模型产生刚体位移,在纵向对称面外侧加径向方向约束。分析结果认为,缺陷长度和深度对高压直管所受应力的影响较大,宽度对应力的影响较小;凹坑群沿轴向分布时,随缺陷中心距离的增大,缺陷处应力集中程度有减小的趋势。     

高压管汇检测方法分析

本文在对高压管汇存在问题及检测难点分析的基础上对检测方法进行了研究。主要得出以下结论:1高压管汇缺陷主要包括疲劳开裂、管壁腐蚀、密封圈老化等;2目前高压管汇的检测主要外观检测、超声笔检测、磁记忆检测、磁粉检测以及声发射检测。     

油管损伤磁记忆检测信号定量研究

鉴于磁记忆方法在油管损伤检测中缺乏有效的损伤评判依据,难以实现缺陷量化分析,定量研究了磁记忆信号与油管缺陷尺寸之间的关系。通过设计检测系统,开展了对预制刻伤J55油管试样室内磁记忆定量检测试验。对检测信号进行降噪和求取梯度处理,发现磁记忆信号能够很好地表征油管损伤尺寸及位置信息。提取刻伤处信号梯度峰峰值V_(KK)及峰宽值VW,发现峰峰值V_(KK)随着孔深h增加呈二次曲线增大,峰宽值及峰峰值则与孔径存在较好的线性关系,结合曲线拟合结果可以进一步确定缺陷尺寸。该结果有助于磁记忆检测技术的定量化研究以及进一步建立完善的油管损伤磁记忆检测评价体系。     

高压弯管损伤在线检测新方法

页岩气压裂过程中高压弯管处于高压、长周期工况,无法掌握压裂管汇的损伤状态,给压裂作业带来了安全隐患。为此,研究了一种新的高压弯管在线检测方法,对大壁厚弯管进行内表面孔刻伤试验,并结合有限元方法对刻伤弯管进行了安全抗内压强度分析,建立了安全抗内压强度与磁记忆信号梯度峰峰值之间的关系,并拟合了关系公式。磁记忆具有大壁厚穿透能力,能够准确检测出管汇内壁缺陷,其穿透能力大于25 mm。相同孔径下,磁记忆检测信号梯度峰峰值随孔深的增加呈现递增的趋势,管汇的安全抗内压强度呈递减趋势。该检测方法为避免不合格的弯管进入生产作业提供了手段,为页岩气压裂作业安全提供了有力的技术支撑。     

基于BP神经网络管道磁记忆检测模式识别

为区分管道母材及焊缝处不同损伤形式磁记忆信号,运用BP神经网络对管道缺陷检测信号的模式进行识别。以X80管线钢作为试样材质,分别从X80管道母材及焊缝部位取样,加工无缺陷及含裂纹等两种形式的试样并对其进行磁记忆检测。采用有限元分析软件获得其磁场分布,对磁记忆检测信号进行特征参数提取并采用BP神经网络对特征参数进行聚类,建立了管道磁记忆检测模式识别方法。研究结果表明:不同损伤部位及形式的试样,其磁记忆检测信号分布有较大差异;磁记忆检测信号分布与试样表面形貌及损伤形式密切相关;运用BP神经网络能够有效识别管道不同位置及损伤形式的磁记忆检测信号。研究结果为磁记忆检测技术应用于管道内检测并进行管道典型缺陷信号识别提供了新的思路和方法。     

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。     

外表面体积型缺陷对高压管件剩余强度的影响

应用ANSYS软件研究了高压管件在105 MPa内压作用下外表面体积型缺陷的类型、缺陷深度、轴向长度和缺陷宽度等形状参数对高压管件Mises应力的影响规律。研究结果表明,对于矩形缺陷,轴向长度对管件强度的影响较大,轴向长度与最大应力呈二次函数关系;Mises应力随着缺陷宽度的增加逐渐减小,当宽度达到一定值后应力趋于一稳定值,在缺陷深度小于2 mm时,缺陷宽度对缺陷处应力的影响很小,深度大于2 mm时,缺陷宽度对缺陷处应力的影响逐渐增大。缺陷深度是影响管件剩余强度的最重要因素,随着深度的增加,缺陷处Mises应力均明显增加;孔径对缺陷处最大应力的影响规律与孔的深度有关。通过计算给出了缺陷尺寸参数的临界值,为高压管件安全评价提供了参考依据。     

高压管汇动载冲蚀过程磁记忆检测定量研究

针对页岩气开采压裂作业中恶劣工况下极易产生冲蚀损伤的高压管汇在线检测问题，采用自主研发的可施加动载拉伸应力的冲蚀磨损试验机进行了室内固液两相流冲蚀试验，并基于磁记忆检测技术，对常用高压管汇材料35CrMo冲蚀过程进行了在线检测。研究结果表明：在颗粒冲蚀磨损和脉动拉伸疲劳的耦合作用下，试样冲蚀区域出现静载作用下未观察到的宏观裂纹；试样受动载作用时的冲蚀破坏比静载作用时的冲蚀破坏更为严重，冲蚀过程中冲蚀坑深度和磨损量都显著大于静载作用时相应数值；对冲蚀过程中的磁记忆信号进行降噪和梯度处理，信号梯度峰值与冲蚀坑深度呈正线性相关，信号梯度积分值与冲蚀磨损量也呈正线性相关。所得结论可为压裂现场恶劣工况下的高压管汇在线检测提供参考。     

磁记忆检测技术在射孔套管安全评价中的应用

在分析套管损坏机理的基础上,采用合理的检测手段对油层套管的损坏情况进行检测,对油田企业采取有效的预防措施,延长套管使用寿命具有重要意义。对磁记忆信号和套管炮眼形状的定量关系进行了探索,并将磁记忆检测方法用于井下套管的检测中,提出了基于磁记忆检测技术的套管安全评价流程,得到了不同孔径炮眼与磁记忆检测信号的对应关系。运用米泽斯屈服条件对射孔段套管的强度进行了分析评价,在模拟套管内部全掏空的情况下,测试段套管最大等效应力值小于其屈服强度,依然满足生产要求,但由于孔边存在应力集中现象,套管的安全状态受到了很大影响。     

天然气管道漏磁检测中的信号处理

采用漏磁法对天然气管道进行检测时，关键问题是对漏磁信号的处理。为此，介绍了去除奇异值的算法，用相邻两点的平均值代替奇异值，可去除脉冲干扰而对信号没有影响。对于漏磁信号中的高斯噪声，采用小波变换去噪方法，选取二阶样条小波为小波函数，选用软阈值函数和固定阈值的方法处理小波系数。提出了提取缺陷信号特征的梯度算法，用信号幅度和梯度值的变化作为缺陷估计标准。研究结果表明，漏磁信号被处理后，很好地去除了各种信号噪声，有助于提取出缺陷信号的特征，可实现对天然气管道的无损检测。     

套管损伤磁记忆检测信号的量化识别方法

基于所开展的套管损伤磁记忆损伤判据试验研究成果,对套管损伤的量化识别方法进行了研究。在介绍套管损伤磁记忆信号三维图像重构机理的基础上,借助层间匹配和插值处理,并引入权重,修正插值数据,提高了缺陷重构的精度,同时用HSV彩色空间实现了缺陷图像的显示。通过对局部缺陷处信号的二次重构和对缺陷区域二维断层轮廓信号的分析,确定了缺陷长度、宽度和深度,获得了套管缺陷的表面轮廓,达到了对缺陷可视化识别的目的。应用研制的套管损伤磁记忆检测装置对射孔套管进行三维图像重构和缺陷识别,验证了装置的可靠性。     

基于改进型小波阈值的输油管道磁记忆信号降噪方法

利用金属磁记忆检测方法对输油管道进行早期诊断时,磁记忆检测信号常常被各种噪声源污染,极大地降低缺陷信号可检测性。在传统软、硬阈值降噪方法基础上,根据磁记忆检测信号的特点,提出了一种改进小波阈值函数与自适应阈值相结合的方法,选用Daubechies小波作为小波函数,分解级数为4层,采用自适应方法计算阈值。用新型漏磁/磁记忆检测仪进行了算法验证,将改进降噪方法应用于磁记忆检测信号的降噪处理。与传统软、硬阈值降噪算法相比,新算法克服了软阈值信号失真和硬阈值不连续、振荡等缺点,提高了重建信号的信噪比,降低了均方根误差值,有效地消除了信号噪声,为正确判断输油管道的应力集中位置及早期诊断提供了理论依据。     

隔水管焊缝疲劳损伤检测试验研究

为有效获得隔水管焊缝疲劳损伤过程中裂纹长度以判定其疲劳损伤状态,开展了隔水管用X80管线钢焊缝疲劳损伤磁记忆检测试验研究。疲劳试验过程中使用磁记忆检测传感器采集试样表面磁场切向信号Hx,用光学显微镜测量裂纹长度,用有限元仿真软件得到不同疲劳裂纹长度下试样磁场分布。通过采集试样表面切向磁场信号并提取特征参数,建立了基于磁记忆检测的焊缝疲劳损伤评价方法。试验结果表明:焊缝疲劳失效过程可分为裂纹萌生、裂纹缓慢扩展和裂纹快速扩展至断裂3个阶段;焊缝疲劳裂纹萌生阶段磁场信号主要受试样剩磁场影响;焊缝疲劳裂纹扩展至断裂阶段主要受裂纹缺陷漏磁场影响;切向磁场特征信号与疲劳裂纹长度呈线性增长关系;可通过检测疲劳裂纹周围空气域磁场来判定其疲劳裂纹长度及损伤状态。研究结果可为隔水管焊缝疲劳损伤状态检测及判定提供参考。     

基于模糊核支持向量机的管道磁记忆检测缺陷识别

针对金属磁记忆检测管道缺陷判定准则的局限性,通过构造基于梯形模糊数的最大、最小贴近度的模糊核函数,提出了一种基于模糊核支持向量机的缺陷识别方法。通过构建识别函数,将管道状态划分为应力集中、微观缺陷和宏观缺陷3个等级。通过比较未形成缺陷的应力集中区域与微裂纹缺陷的特征,构造了五维支持向量机输入特征向量：小波包频带能量增量、修正傅里叶系数、区域信号的峰峰值、信号的检测切向梯度和检测法向梯度。通过实验设计,对采集的磁记忆信号进行特征提取和缺陷识别。与传统线性核与多项式核识别结果进行比较,分析表明该方法能够有效识别管道缺陷,为金属磁记忆技术精确测定管道缺陷提供了一种新方法。     

钻具接头应力磁记忆检测试验研究

钻具螺纹疲劳应力集中区域容易发生突然断裂。通过钻具接头试样拉伸磁记忆检测试验,分析试样在不同拉应力条件下的磁记忆信号变化规律及原因,采用区域积分面积-应力关系曲线方法分析试样拉伸过程磁记忆信号特征规律。研究结果表明:磁记忆检测方法可以有效地判定钻具接头疲劳应力状态。为磁记忆检测技术在钻具接头应力状态评价的应用提供依据。     

海底管道典型缺陷磁记忆检测试验研究

针对海底管道在生产运行中受到腐蚀性介质及外力作用,易产生缺陷导致失效的问题,以磁记忆检测技术为基础,研制开发了海底管道内检测器,基于海底管道损伤典型缺陷形式设计并搭建了管道损伤检测试验台,对研制的海底管道内检测器进行了管道损伤检测试验研究。试验结果表明,研制的海底管道内检测器能够有效检出管道已有缺陷;对不同缺陷类型、尺寸磁记忆检测信号的特征参数进行对比分析,证实了磁记忆检测技术在缺陷量化中的应用潜力。研究成果为磁记忆检测技术应用于海底管道缺陷损伤检测提供了技术支撑。     

基于磁记忆方法的防喷器检测试验研究

金属磁记忆方法通过记录地磁场作用下金属构件表面的漏磁场信息,可对构件微观缺陷和应力与变形集中区进行辨识。应用自主研发的防喷器磁记忆检测装置开展了现场检测试验研究,测试了该检测装置的可行性与可靠性,并对防喷器各类缺陷与损伤检测信号进行了辨别分析。分析结果表明,采用磁记忆方法进行防喷器壳体、内腔及密封部件检测在技术上是可行的;磁记忆信号特征可反映防喷器不同部位的各类缺陷与损伤情况,可以用磁记忆信号来确定防喷器不同部位的缺陷与损伤状况。     

磁记忆信号用于高压金属密封的密封性检测

为了实现金属密封圈密封状态的在线检测和早期诊断,采用金属磁记忆检测技术监测法兰螺栓所受应力。法兰受内压作用时,金属密封圈弹性变形量发生改变,从而使螺栓所受应力发生改变,因此可由螺栓所受应力判断金属密封的密封状态。磁记忆检测结果分析表明,金属密封环的密封性与螺栓应力状态相关联,可通过检测螺栓应力状态反映金属密封环的密封性;便携式磁记忆监测装置可以很好地同时监测法兰盘上多个螺栓的应力状态,进而实现对密封圈密封状态的快速在线检测。通过对磁记忆检测结果的分析,结合螺栓应力状态与金属密封性之间的关系,得到了高压金属密封密封性失效的磁记忆判定准则。