基于ANSYS的多层管柱电磁探伤方法研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2008年第36卷第8期●检测诊断基于ANSYS的多层管柱电磁探伤方法研究赵宏敏，胡海川郭海敏戴家才宋红伟(1．中国地质大学(武汉)资源学院2．长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室)摘要根据电磁探伤技术的基本原理，利用有限元分析软件ANSYS作为仿真分析工具，对不同缺陷所产生的漏磁信号进行分析，实现了常见缺陷漏磁场的模拟。基本思想是把待分析问题模型进行单元剖分，通过建立一个与电磁场矢量偏微分方程等价的能量泛函，并

2、在一近似的函数空间内求此泛函的极小值，转化为求解以离散区域内各网络节点的未知矢量磁位为变量的代数方程组来解决。结果表明，该方法适用于多层金属管柱的损伤检测，不同缺陷所产生的漏磁信号不同，缺陷参数与其所产生的漏磁信号参数之间有一定的对应关系。关键词多层管柱电磁检验缺陷磁场探伤有限元分析而为油管、套管缺陷的鉴别及定量分析提供依据。引言有限元法建立漏磁目前，大多数油田已进入中后期开发阶段，油场分布模型的理由管套管损坏井呈逐年增多趋势，直接影响油井、水井、气井的使用寿命以及油田注水开发效果和油气多层管柱电磁探伤采用了无损检测中

3、的电磁检产量。多层管柱电磁探伤技术通过漏磁检测，可在测技术，使用的是典型的漏磁检测法。缺陷状态的油管内探测油管、套管因腐蚀、变形等引起的厚度定量分析就是通过对检测信号的分析与处理，确定变化，准确指示井下管柱结构和工具位置，并能探缺陷的状态。其中首先要确定的是缺陷漏磁场与缺测套管以外的铁磁性物质(如套管扶正器、表层陷几何参数的对应关系，这是进行定量分析的前提套管等)-2]。该技术既可为油管、套管损坏井修条件。在漏磁分布这一领域，主要有2种方法用来井作业和修井质量检查提供依据，又可为油管、套建立漏磁场的分布模型，一种是磁偶

4、极子法，另一管严重损坏井报废作业提供依据，在油管、套管损种是有限元法。坏预防和预测中发挥重要作H{。对完好油管、套管磁偶极子模型是漏磁场简单的解析方程。该方和缺陷油管、套管的电磁场分布进行模拟分析对法通常对工件表面孔洞、凹坑、点状缺陷利用等效比，可为油井、水井、气井多层管柱检测仪器的研点偶极子模型来模拟，对材料表面划道、刻痕等缺制改进以及测量结果解释分析提供理论依据。陷用等效线偶极子模型来模拟，对裂纹类缺陷等效ANSYS是一种大型通用有限元分析软件，为无限长的矩形槽后利用等效面偶极子模型来模在解决结构、热、流体、电磁、

5、声学等工程问题中拟。应用磁偶极子模型计算的结果，只适用于简单得到广泛应用。笔者根据电磁探伤技术基本原理，规则形状的缺陷；而对于几何形状复杂或表面以下利用有限元分析软件ANSYS作为仿真分析工具，的缺陷，采用磁偶极子模型则较难算出。对不同缺陷所产生的漏磁信号进行仿真分析，实现面对磁偶极子模型不能解决的一些问题，利用了常见缺陷漏磁场的模拟。通过大量模拟仿真数有限元方法则可以容易地解决。通过几何造型可以据，可找出各种缺陷与电磁场分布的对应关系，从模拟任意宽度的缺陷和不同的磁路结构，而且通过$基金项目：中国石油天然气集团公司石

6、油科技中青年创新基金项目(07E1027)维普资讯http://www.cqvip.com2008年第36卷第8期赵宏敏等：基于ANSYS的多层管柱电磁探伤方法研究软件可以容易地对缺陷漏磁场进行测量。有限元分从不同角度对无限长油管、套管的建模。正如图1析(FiniteElementAnalysis，FEA)的基本思想是所示，多层管柱电磁探伤中的漏磁场检测问题属于把待分析的问题模型进行单元剖分，通过建立一个三维瞬态电磁场问题，但用三维瞬态来分析时所要与电磁场矢量偏微分方程等价的能量泛函，并在一求的计算机资源和计算工作量十

7、分巨大，其中还有近似的函数空间内求此泛函的极小值，转化为求解不少问题尚待研究和解决。因此，笔者把多层管柱以离散区域内各网络节点的未知矢量磁位为变量的结构漏磁场检测正向问题简化为二维轴对称问题，代数方程组来解决。对于磁场在缺陷处的分布特点用ANSYS来建模并进行模拟分析。不再依靠磁荷分布假定，而是通过整个场的计算获在多层管柱结构井中，考虑到问题的对称性及得。对于几何形状复杂的缺陷，则是通过各种不同发射线圈沿着对称轴，所以沿轴方向切开管柱得到形状和大小的单元来逼近。有限元分析还可给出不一个二维图形，如图2所示。从左至右依次

8、为套同缺陷在一定磁场作用下，在空间产生的漏磁场的管、油管、发射线圈。大小，这比磁偶极子模型的解析法前进了一大步。将有限元法引入漏磁场的计算中，使漏磁检测理论获得了重大进展。ANSYS是一种功能强大、使用方便的有限元分析软件。采用该软件中相关的电磁计算方法，可对被检测的工件建立有限元分析模型J，从计算图2对油管、套管双层结构建立二维