非接触井径超声波测量方法研究

论文摘要

超声无损检测技术是国内外应用最广泛的一种无损检测技术。井径测量属工程测井中的一类,目的是测量套管或油管的内径。课题主要针对注入剖面井内聚合物等复杂流体环境下,研究利用超声波非接触方式测量管壁沾污下实际流道通径及沾污厚度的方法。首先,分析了测量井径的目的和意义,并介绍了超声波测量井径的原理及超声波的传播特性。第二,针对影响超声测量方法的各种因素,分别对超声波发射探头的原理和性能、硬件电路的设计等进行了深入的研究,并介绍了高精度超声波时差测量方法和如何利用MATLAB工具实现时差法测量。最后,基于所有基础性的研究对非接触式超声波测量井径方法进行了实验。实验分别对水和不同浓度的聚合物溶液进行了室内的声速测定,并在这两种介质中对管壁缺陷和模拟沾污进行了测量,分析结果得出了各种实验介质的声阻抗特性。实验结果表明:超声波在短距离情况下可有效检测出管壁缺损凹陷的深度,并且对一定厚度的沾污也可有效检测。接收到的回波幅度与理论声压值基本一致,表明实验结果可信。课题研究的意义在于研制一种通过非接触方式测量井径的方法。利用超声波测量方式的微能量、非接触式、可连续测量等优点,测量在注产剖面中,由于因射孔、腐蚀、结蜡及沾污等因素造成的管道内通径变化。形成一套适用于井内流体通道超声检测的理论,为研制相关的测井仪提供理论和实验依据。目前的机械式、磁法、光学等井径仪无法有效地检测沾污造成的流道通径的变化,而超声测井径方法能够有效的克服其它测量井径方法的不足,实现井径的准确测量,进而实现流量的准确测量,应用前景广阔。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 井径测量的目的和意义
• 1.2 传统的井径测量方法
• 1.2.1 机械式井径仪
• 1.2.2 磁法井径测量方法
• 1.2.3 光学方法
• 1.3 国内外相关技术发展现状
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第二章 超声波测量井径原理
• 2.1 超声波
• 2.2 超声波的基本特性
• 2.2.1 超声波的分类
• 2.2.2 超声波在介质中的传播特性
• 2.3 多层介质中的超声波的反射和折射
• 2.3.1 反射和透射
• 2.3.2 往返透射比
• 2.3.3 多层界面时的反射和透射
• 2.4 井孔声场的定解条件
• 2.5 超声波测量原理
• 2.5.1 时差测量方法原理
• 2.5.2 声压与声波反射面积和反射介质声阻抗的关系
• 2.6 基于MATLAB 实现数字滤波和时间差准确计算
• 2.6.1 数字滤波器的基本概念
• 2.6.2 基于MATLAB 的滤波器设计
• 2.6.3 利用数字滤波器进行时间差计算
• 2.7 本章小结
• 第三章 硬件及电路设计与实现
• 3.1 超声波换能器
• 3.2 超声换能器温度压力特性分析
• 3.2.1 超声波换能器的传递函数
• 3.2.2 超声波换能器温度特性分析
• 3.2.3 超声换能器耐压性能检测
• 3.3 超声波换能器机械结构与发射特性间的关系
• 3.3.1 超声波换能器的结构
• 3.3.2 超声波换能器的材料
• 3.4 超声波发射接收电路设计
• 3.4.1 超声波发射驱动电路
• 3.4.2 超声波接收电路
• 3.5 利用可编程逻辑器件实现数字电路
• 3.5.1 脉宽延展电路的实现
• 3.5.2 七位二进制计数器的实现
• 3.6 本章小结
• 第四章 实验及结果分析
• 4.1 实验装置的设计
• 4.2 介质声速测量
• 4.2.1 清水下实验及结果
• 4.2.2 聚合物溶液下实验及结果
• 4.3 高浓度聚合物溶液的声学参数测量
• 4.3.1 密度
• 4.3.2 声速
• 4.3.3 误差分析
• 4.4 测量管壁缺陷实验
• 4.4.1 清水下实验及结果分析
• 4.4.2 1000ppm 聚合物溶液下实验及结果
• 4.4.3 1500ppm 聚合物溶液下实验及结果
• 4.4.4 实验结果分析
• 4.5 模拟沾污实验
• 4.5.1 清水下实验及结果
• 4.5.2 1000ppm 聚合物溶液下实验及结果
• 4.5.3 1500ppm 聚合物溶液下实验及结果
• 4.5.4 实验结果分析
• 4.6 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要