抽油杆腐蚀缺陷漏磁场仿真技术的研究

论文摘要

随着能源问题的日益突出,油田开采设备的故障诊断越来越受到人们的重视。抽油杆是采油作业的主要部件,一旦发生断裂将会给油田造成很大的损失。抽油杆最常见的失效形式是杆体和丝扣的断裂。原因是其在使用过程中,作业环境比较复杂,抽油杆受到石油的腐蚀作用,使其在交变应力作用下产生多种缺陷进而引起抽油杆井下断裂。其中由于产生腐蚀坑而引起的断杆占到40%以上,而腐蚀坑的检测和寿命评估确因为腐蚀坑的形貌及其形成漏磁场的不确定性而遇到瓶颈。本课题将从这两个方面进行仿真技术的研究,这将对抽油杆腐蚀坑检测技术提供理论支持,也为后续的寿命评估奠定基础。本课题依据腐蚀坑的特点及其检测相关技术研究,总结并提炼检测腐蚀坑的方法。通过自行研制三维坐标测量仪,测量大量带有腐蚀坑缺陷的抽油杆三维缺陷坐标,对其进行三维重建,拟合出腐蚀坑的曲面轮廓,并将其等效成规律曲面,采用ANSYS有限元分析软件进行计算机仿真,对具有腐蚀缺陷的抽油杆应用漏磁检测原理进行三维有限元分析。总结出漏磁场场强大小与腐蚀坑曲面各种参数的对应关系,建立数学模型,为后续的剩余寿命评估做好准备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 抽油杆简介
• 1.2 抽油杆的缺陷形式
• 1.3 无损检测技术
• 1.3.1 超声波检测
• 1.3.2 涡流检测
• 1.3.3 磁粉检测
• 1.3.4 漏磁检测
• 1.4 课题来源及意义
• 1.5 本文研究的内容及目的
• 第2章 样本抽油杆腐蚀缺陷的三维重建
• 2.1 三坐标测量仪的设计及开发
• 2.1.1 三坐标测量仪的结构及工作原理
• 2.1.2 三坐标测量仪的误差分析
• 2.2 局部缺陷表面的三坐标测量
• 2.3 本章小结
• 第3章 腐蚀缺陷漏磁场的理论分析
• 3.1 漏磁场的形成
• 3.2 漏磁检测原理
• 3.3 缺陷漏磁理论基础
• 3.3.1 缺陷漏磁偶极子模型
• 3.4 漏磁场有限元理论分析
• 3.4.1 电磁场理论
• 3.4.2 有限元法思想
• 3.4.3 有限元软件
• 3.5 本章小结
• 第4章 抽油杆腐蚀缺陷有限元仿真
• 4.1 轴向磁化有限元分析
• 4.1.1 磁化方式
• 4.1.2 线圈磁场分布及计算
• 4.1.3 漏磁场三维有限元模型的建立
• 4.1.4 模型的单元类型和材料属性
• 4.1.5 网格划分
• 4.1.6 边界条件和载荷
• 4.1.7 求解及后处理
• 4.1.8 抽油杆腐蚀缺陷漏磁场模拟结果分析
• 4.2 径向磁化有限元分析
• 4.2.1 径向磁化原理
• 4.2.2 模型单元类型和材料属性
• 4.2.3 网格划分
• 4.2.4 边界条件与载荷
• 4.2.5 漏磁场模拟结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 缺陷特征参数与漏磁场关系分析
• 5.1 抽油杆腐蚀缺陷参数特征
• 5.2 线圈安匝数的确定
• 5.3 提离值的确定
• 5.4 缺陷深度与漏磁场的关系
• 5.4.1 缺陷深度与磁通量密度水平分量的关系
• 5.4.2 缺陷深度与磁通量密度垂直分量的关系
• 5.5 缺陷长度与漏磁场的关系
• 5.5.1 缺陷长度磁通量密度垂直分量的关系
• 5.6 缺陷长度、宽度对深度与漏磁场之间关系的影响
• 5.6.1 缺陷长度对深度与漏磁场水平分量关系的影响
• 5.6.2 缺陷宽度对深度与漏磁场水平分量关系的影响
• 5.6.3 缺陷长、宽对深度与漏磁场水平分量之间关系的影响
• 5.7 缺陷宽度与漏磁场的关系
• 5.7.1 缺陷宽度磁通量密度垂直分量的关系
• 5.8 几何参数流程图
• 5.9 本章小结
• 第6章 实验对比分析
• 6.1 实验平台的结构
• 6.2 传感器的选择
• 6.2.1 霍尔效应原理
• 6.3 实验及测量结果分析
• 6.3.1 线圈间距的确定
• 6.3.2 被测对象
• 6.3.3 测量结果
• 6.3.4 数据分析
• 6.3.5 结果对比
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢