油田油管無損檢測技術(shù)研究

楊延泉（勝利油田物資供應(yīng)處物資檢驗所 山東東營 257000）

油管是原油生產(chǎn)過程中油氣、注水、筑起等采油采氣作業(yè)的井下通道，并且能夠被起出和下入、多次使用的鋼柱管。在實際采油作業(yè)中，抽油管會承受拉伸、內(nèi)壓、壓裂、酸化等嚴(yán)苛的作業(yè)工作環(huán)境。同時，受高溫高壓的影響，特別是膨脹效應(yīng)、溫度效應(yīng)、螺旋效應(yīng)和活塞效應(yīng)的作用下，油管經(jīng)常會產(chǎn)生各種彎曲，而抽油管的彎曲將會導(dǎo)致抽油桿彎曲，繼而導(dǎo)致油管壁和抽油桿的自身磨損。抽油管的磨損和斷裂將會導(dǎo)致生產(chǎn)井不出油，造成生產(chǎn)油井停工停產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失巨大。油管的磨損和破裂的嚴(yán)重后果要求我們必須定期對油管進(jìn)行檢測。目前使用最頻繁的檢測技術(shù)主要是無損檢測技術(shù)。無損檢測技術(shù)就是指在不損傷材料和成品的條件下，根據(jù)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常引起的對光、熱、電等反應(yīng)的不同，研究其表面和內(nèi)部是否存在缺陷的一種技術(shù)手段。通過無損檢測，能夠掌握缺陷與強(qiáng)度的關(guān)系，從而評價構(gòu)件的允許負(fù)荷和剩余壽命，及時對油管進(jìn)行修理。目前應(yīng)用于油管無損檢測的方法很多，主要有磁粉探傷法、滲透檢測法、微波檢測法、渦流檢測法和漏磁檢測法，本文主要采用渦流檢測法和漏磁檢測法兩種方法來研究油管無損檢測技術(shù)的應(yīng)用。通過無損檢測得到的信號難免帶有噪聲，尤其在探頭結(jié)構(gòu)相對于缺陷形狀不合理的情況下。因此，需要利用信號處理方法對信息進(jìn)行處理。油管的無損檢測和現(xiàn)代信號處理技術(shù)相互結(jié)合應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確的檢測出油管是否受損以及損傷的情況。

一、油管檢測的原理

對油管進(jìn)行檢測的過程主要是先將油管洗凈、放入檢測臺，然后將油管螺旋式前進(jìn)穿過漏磁傳感器，進(jìn)行漏磁檢測，最后在經(jīng)過渦流傳感器，進(jìn)行渦流檢測。油管在經(jīng)過漏磁傳感器后，油管就進(jìn)行了磁化，有利于磁導(dǎo)率變小，這樣能降低對渦流檢測的影響。經(jīng)過兩種傳感器采集到的信號，并將信號做相應(yīng)的處理，輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，從而確定缺陷的損傷程度。渦流檢測原理主要是利用金屬處于變化的磁場中會產(chǎn)生渦狀流動的電流的原理進(jìn)行檢測。當(dāng)金屬管道處于電磁感應(yīng)的下，會產(chǎn)生渦流，而渦流的大小、分布與金屬管道的狀況有關(guān)。這樣，根據(jù)渦流的大小和分布，就能反映出金屬管道的狀態(tài)，進(jìn)而判斷金屬管道是否存在缺陷。漏磁檢測原理則是針對高磁導(dǎo)率的鐵磁性材料被磁化后，有缺陷的地方磁力線就會發(fā)生彎曲變形，并且有部分磁力線會泄漏出來，經(jīng)過磁敏傳感器檢測該泄漏磁場，從而判斷缺陷是否存在。在油管無損檢測過程中，首先要對油管進(jìn)行磁化，這是檢測的第一步，決定著被測對象能否產(chǎn)生出可被測量和可被分辨的磁場信號。因此，針對不同的測量目標(biāo)，磁化方式和磁化強(qiáng)度的選擇就會不同。磁化的方式主要有直流勵磁、交流勵磁、復(fù)合磁化和綜合磁化。磁化強(qiáng)度的選擇應(yīng)以管道的缺陷和結(jié)構(gòu)特征產(chǎn)生的磁場能否被檢測到為前提，并需要綜合考慮檢測信號的信噪比和檢測裝置的經(jīng)濟(jì)性，選擇最優(yōu)的磁化強(qiáng)度。

二、油管缺陷檢測系統(tǒng)的信號采集及信號處理方法

油管缺陷檢測系統(tǒng)是由信號發(fā)生器、傳感器、預(yù)處理器、數(shù)字信號處理器和油管支撐裝置構(gòu)成的。在實際檢測過程中，探傷傳感器在油管中運行，從而探測獲得缺陷信息。而信號預(yù)處理裝置則是將傳感器獲得的檢測信號進(jìn)行放大、疊加、濾波等處理，處理后的信息數(shù)據(jù)傳送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)行相關(guān)的信號處理，最后進(jìn)入計算機(jī)進(jìn)行缺陷分析。在油管檢測過程中，無論是油管運動還是檢測傳感器運動，都必須讓探頭掃描到被檢測油管的所有表面，沒有掃到的，則會被漏檢。因此在檢測的時候主要靠檢測探頭的周向旋轉(zhuǎn)，掃描區(qū)域在油管上呈螺旋線軌跡，探測器的位置和速度則需要精準(zhǔn)的控制機(jī)來進(jìn)行控制。信號的預(yù)處理是對信號的放大、除噪、誤差補償?shù)?，是檢測系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)。系統(tǒng)在獲取信號后，應(yīng)該先對信號進(jìn)行平滑處理，剔除數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)的短促干擾信號和孤立點。同時，在油管檢測時會受到工頻電壓等因素的干擾，會產(chǎn)生離散的異常信號點，這就需要進(jìn)行粗大誤差的處理，剔除異常信號點。當(dāng)前對于數(shù)字信號的處理的方法主要是短時傅立葉變換和小波變化法。小波變換是當(dāng)前最先進(jìn)的處理方法，能夠在指定頻帶和時間段內(nèi)的信號成分進(jìn)行分析，可以聚焦到信號的任何細(xì)節(jié)，特別是對油管缺陷引起的突變性信號比較敏感。

三、數(shù)據(jù)融合理論及在油管檢測中的應(yīng)用

在油管缺陷的無損檢測系統(tǒng)中，我們主要應(yīng)用的是渦流傳感器和漏磁傳感器，主要是為了提高對缺陷檢測的精度和準(zhǔn)確的定位缺陷的位置。因此，我們需要將兩種傳感器采集的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的處理，從而得出更為準(zhǔn)確、可靠的結(jié)論。多傳感器的信息融合能夠充分利用多個傳感器的資源，將各個傳感器的空間和時間上的互補進(jìn)行優(yōu)化組合，產(chǎn)生對環(huán)境的一致性解釋和描述。經(jīng)過多傳感器的信息融合，提高了整個傳感器系統(tǒng)的有效性。按照信息抽象的融合的層次可將融合層次分為檢測級融合、目標(biāo)識別級融合和位置級融合。在油管檢測系統(tǒng)中主要應(yīng)目標(biāo)識別級融合，主要包括數(shù)據(jù)級融合、特征級融合和決策級融合。數(shù)據(jù)融合就是將各種傳感器的原始數(shù)據(jù)預(yù)處理之前就進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合和分析，保留了原有的數(shù)據(jù)；特征級融合是對預(yù)處理和特征提取后獲得的環(huán)境特征信息進(jìn)行綜合分析和處理；決策級融合是最高級進(jìn)行的融合，具有良好的實時性和容錯性。信息融合模型主要是通過功能、結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型等方面進(jìn)行研究和表示。

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