石油管具螺纹漏磁检测方法研究

论文摘要

石油管具螺纹在使用的过程中,由于恶劣的工作环境和复杂的受力状态,会造成各种各样的失效形式,由管具螺纹区的损伤所造成的生产事故也时有发生。针对目前管具螺纹区缺乏有效检测手段和评价方法的现实,本学位论文提出了一种磁化部分和检测部分分开安装、独立工作的漏磁检测新方法——分立式漏磁检测方法,可以实现对管具端部螺纹区这类特殊构件进行全面、快速、可靠地检测。分立式漏磁检测方法是一种基于磁粉检测方法思想和传统漏磁检测理论的新的漏磁检测方法,该检测方法综合了磁粉检测与传统漏磁检测方法的优点、避免了各自的缺点,可以代替磁粉检测方法实现各种特殊的、异型的铁磁性构件的全面无盲区检测。论文根据不同管具螺纹区的结构特点,设计了各自不同的分立式漏磁检测模型,通过有限元分析方法分析了它们的磁场分布规律和特点,对每个检测模型中的各项参数进行计算和优化设计,从而初步确定各种不同类型管具螺纹区的磁化结构和漏磁场检测方法。在上述理论分析的基础上,通过实验的方法,对比分析了几种不同的分立式漏磁检测方式对油管螺纹区检测信号的影响,提出了一种最适合于油管螺纹区的分立式漏磁检测方式,即线圈内部磁轭磁化,磁检测探头沿着油管螺纹区表面轴向扫描检测,并介绍了油管螺纹检测传感器中元件的布置方式、检测信号的处理方法以及传感器的整体结构设计,并对油管螺纹区检测传感器样机的性能进行了综合测试。根据钻具螺纹区的结构特点,论文从磁化和检测两个方面出发,设计了四种基于分立式漏磁场检测原理的钻具内外螺纹检测实验,分析了不同的检测组合方式对检测信号的影响,并结合钻具内外螺纹检测现场使用的实际情况,提出一种最佳的通用性钻具内外螺纹检测方案,即线圈外部开放式磁化,检测元件沿周向螺纹方向进行扫描的远场磁场检测方法。通过提取钻具螺纹检测信号中表征钻具螺纹根部裂纹几何参数的特征量,研究了各特征量与裂纹几何参数之间的关系,得出了钻具螺纹区检测信号的定量识别方法。并根据现场的实际情况和要求,设计了几种适用于不同场合、满足不同检测要求的钻具螺纹区检测传感器,通过实验及现场测试表明,该检测传感器基本上能够满足现场检测的要求,具有较高的检测灵敏度、稳定性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.2 管杆螺纹现有无损检测方法
• 1.3 课题相关理论与技术的发展状况
• 1.4 论文框架及主要研究工作
• 2 基于有限元分析的螺纹区漏磁检测方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 分立式漏磁检测原理
• 2.3 管具螺纹区漏磁检测分析模型
• 2.4 计算分析结果
• 2.5 管具螺纹区磁化的几个共同结论
• 2.6 本章小结
• 3 油套管螺纹检测实验及传感器设计
• 3.1 引言
• 3.2 油套管螺纹漏磁检测实验
• 3.3 螺纹漏磁检测的信号处理方法
• 3.4 油套管螺纹检测传感器的结构设计
• 3.5 油套管螺纹检测仪器的总体结构
• 3.6 油套管螺纹检测仪器的主要特点及技术指标
• 3.7 油套管螺纹检测仪的性能测试
• 3.8 本章小结
• 4 钻具螺纹漏磁检测实验及传感器设计
• 4.1 引言
• 4.2 钻具螺纹漏磁检测实验
• 4.3 钻具内外螺纹检测传感器的结构设计
• 4.4 螺纹根部裂纹检测信号的定量识别
• 4.5 钻具螺纹检测系统的主要特点和技术指标
• 4.6 钻具螺纹现场检测方案设计
• 4.7 钻具螺纹检测系统的性能测试
• 4.8 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 在攻读博士期间发表学术论文目录
• 附录 2 油管螺纹检测传感器发明专利