在大規(guī)模的油氣井開采過(guò)程中,一旦油氣井發(fā)生井噴事故,它所帶來(lái)的影響是難以估算的,救援井是控制井噴事故的重要手段。論文以瞬變電磁法救援井探測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ),重點(diǎn)研究瞬變電磁救援井近距離相對(duì)姿態(tài)識(shí)別方法、對(duì)稱式線圈陣列信號(hào)處理以及救援井探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等問(wèn)題。本文首先介紹了瞬變電磁法救援井探測(cè)方法的基本原理,針對(duì)救援井探測(cè)模型,分析了電磁探頭對(duì)事故井的響應(yīng)信號(hào),推導(dǎo)了救援井與事故井相對(duì)距離與電磁探頭響應(yīng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的公式,并利用仿真軟件分析了影響救援井探測(cè)性能的因素,提出了優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)提高探測(cè)精度的方法。在此基礎(chǔ)上研究救援井近距離相對(duì)姿態(tài)識(shí)別方法,建立了陣列式救援井探測(cè)模型,分析了陣列線圈對(duì)事故井二次場(chǎng)響應(yīng)信號(hào)處理方法,利用陣列加權(quán)方法提高系統(tǒng)信噪比,以井下瞬變電磁探測(cè)系統(tǒng)的陣列信號(hào)處理為基礎(chǔ),提出了Radon變換的救援井相對(duì)姿態(tài)判別方法,結(jié)合井下瞬變電磁響應(yīng)的對(duì)稱性特性,對(duì)被測(cè)范圍內(nèi)的一段事故井套管與救援井的相對(duì)姿態(tài)進(jìn)行判斷。在此基礎(chǔ)上根據(jù)井下各個(gè)信號(hào)的響應(yīng)特性設(shè)計(jì)了陣列式井下探測(cè)系統(tǒng)并調(diào)試優(yōu)化電路參數(shù),可有效提高系統(tǒng)探測(cè)性能。最后,針對(duì)救援井近距離精確探測(cè)方法問(wèn)題,開展了大量的室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出救援井近距離相對(duì)姿態(tài)識(shí)別方法,可有效提高救援井近距離探測(cè)精度,改善救援井探測(cè)系統(tǒng)性能。
【學(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TE28
【部分圖文】：

9接收線圈發(fā)射線圈儀器外護(hù)管井液套管水泥環(huán)地層r3r2r4r5r6r1Δz111εσμ222εσμ333εσμ444εσμ555εσμ666εσμJJJεσμ空氣D發(fā)射線圈r事故井J圖2-2救援井井下分層模型根據(jù)麥克斯韋方程組，引入磁矢量A，則有源區(qū)一次場(chǎng)非齊次的亥姆霍茲方程為：22TA+kA=Idl(2-1)其中2200k=μεωiμσω，0μ、σ、ω分別為介質(zhì)初始磁導(dǎo)率、初始電導(dǎo)率、發(fā)射頻率，IT為發(fā)射電流。而無(wú)源區(qū)一次場(chǎng)齊次的亥姆霍茲方程為：22AA02jjj+k=j≠(2-2)通過(guò)求解上式有源區(qū)和無(wú)源區(qū)一次場(chǎng)的亥姆霍茲方程可得接收線圈響應(yīng)二次場(chǎng)為：1100()()cosjjjjjAgAIxrBKxrzdλλ∞=+(2-3)其中，0/TTg=NIrπ，1I()和1K()分別表示第一類和第二類1階修正貝塞爾函數(shù)，jA和jB為反射因子和傳導(dǎo)因子。再根據(jù)場(chǎng)量與矢量磁位的關(guān)系：zHAEiAωμ=×=(2-4)救援井探頭介質(zhì)響應(yīng)二次場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為：111010()cosdzHgxAIxrλzλ∞=(2-5)根據(jù)兩種介質(zhì)邊界r=rj處電場(chǎng)和磁場(chǎng)的連續(xù)性邊界條件j(j1)EE+=，zjz(j1)HH+=，可得探頭測(cè)得的頻域感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：1()RRRzSdUNiNHdSdtωωμΦ==(2-6)根據(jù)瞬變電磁信號(hào)頻譜變化，通過(guò)Gaver-Stehfest數(shù)值拉普拉斯逆變換將頻域感應(yīng)電

11度80mm；事故井套管坐標(biāo)(350，550，0)，外徑70mm，內(nèi)徑60mm，高度350mm，材料為鋼；發(fā)射電流為5V，發(fā)射周期為2S(高低電平占空比為1:1)；鐵氧體的相對(duì)磁導(dǎo)率為1000，合金的相對(duì)磁導(dǎo)率為4000。不同磁導(dǎo)率磁芯事故井仿真如圖2-3所示。(a)鐵氧體磁芯一次場(chǎng)分布(b)鐵氧體磁芯二次場(chǎng)分布(c)合金磁芯一次場(chǎng)分布(d)合金磁芯二次場(chǎng)分布圖2-3不同磁導(dǎo)率磁芯事故井仿真圖上圖(a)、(c)是兩種不同磁導(dǎo)率在0.6S時(shí)刻事故井一次場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度圖，(b)、(d)是1.2S時(shí)刻事故井二次場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度圖。上圖中事故井套上磁場(chǎng)強(qiáng)度最強(qiáng)的部分集中在中間段，(a)圖中最大的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.5525e-4T，(c)圖中最大的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.6259e-4T，(b)圖中最大的磁場(chǎng)強(qiáng)度為7.2259e-5T，(d)圖中最大的磁場(chǎng)強(qiáng)度為7.4720e-5T。雖然兩者磁導(dǎo)率不同，同一時(shí)刻下磁場(chǎng)強(qiáng)度相差不大相同發(fā)射條件下，但磁導(dǎo)率高的磁性探頭，事故井一次場(chǎng)和二次場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)。根據(jù)以上設(shè)立的模型通過(guò)選取磁導(dǎo)率較高的合金作為探頭磁芯，其他條件不變，改變發(fā)射電壓對(duì)比不同時(shí)刻事故井一次場(chǎng)和二次場(chǎng)磁場(chǎng)的變化。不同發(fā)射電壓事故井磁場(chǎng)仿真如圖2-4所示。(a)1V一次場(chǎng)分布(b)1V二次場(chǎng)分布

12(b)10V一次場(chǎng)分布(d)10V二次場(chǎng)分布圖2-4不同發(fā)射電壓事故井仿真圖上圖(a)、(c)是兩種發(fā)射電壓在0.6S時(shí)刻事故井一次場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度圖，(b)、(d)是1.2S時(shí)刻事故井二次場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度圖。(a)圖中最大的磁場(chǎng)強(qiáng)度為3.2130e-5T，(c)圖中最大的磁場(chǎng)強(qiáng)度為3.2130e-4T，(b)圖中最大的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.4867e-5T，(d)圖中最大的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.4946e-4T。10V的發(fā)射電壓是1V的10倍，10V發(fā)射電壓下的事故井套管上磁場(chǎng)強(qiáng)度也是1V的將近10倍，因此發(fā)射電壓越大，事故井管套上的磁場(chǎng)強(qiáng)度越大。綜上所述，磁導(dǎo)率較高的磁芯有助于瞬變電磁一次場(chǎng)和二次場(chǎng)的擴(kuò)散，但效果不是很明顯，實(shí)際設(shè)計(jì)探頭時(shí)可以選取磁導(dǎo)率相對(duì)較高的磁芯；改變發(fā)射電壓可以引起事故井套管上磁場(chǎng)較大的變化，實(shí)際設(shè)計(jì)首先考慮發(fā)射功率這一參數(shù)，盡可能提高發(fā)射功率。2.4.2磁芯對(duì)探測(cè)性能的影響瞬變電磁救援井探測(cè)系統(tǒng)中，磁芯作為探測(cè)系統(tǒng)的一部分起到重要作用。它利用自身的磁疇受外磁場(chǎng)作用有序排列具有高導(dǎo)磁性的特性來(lái)增強(qiáng)發(fā)射探頭和接收探頭中磁感應(yīng)強(qiáng)度[43-44]。磁芯一般可分兩大類分別為鐵氧體、合金類，材料的不同導(dǎo)致兩者的性能參數(shù)存在一定的差異，而救援井特殊作業(yè)的環(huán)境溫度是最需要的關(guān)注的一個(gè)參數(shù)，磁性會(huì)隨著溫度變化而變化。磁芯溫度特性如圖2-5所示：圖2-5磁芯溫度特性圖[45]一方面探測(cè)范圍溫度超過(guò)居里溫度磁導(dǎo)率將會(huì)一直下降到零，磁芯將會(huì)失去增強(qiáng)磁
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2863966