基于CO2腐蚀形貌特征的腐蚀预测方法研究.pdf

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1、第39卷第3期化工机械347基于C02腐蚀形貌特征的腐蚀预测方法研究+张旭昀”1贾蕊1孙丽丽1王勇’毕风琴1梁辉2(1．东北石油大学机械科学与工程学院；2．大庆油田装备制造集团)擒要采用灰度数据矩阵统计、小泣变换及二值化等方法对不同油管钢经CO：腐蚀后的表面形貌图像进行特征提取。采用二值特征提取算法计算出以像素点个数表示的孔蚀面积，采用像素点集合求得蚀孔数日，并用能量灰度教据矩阵统计特征值，反映孔蚀表面腐蚀形貌凹凸起伏变化的复杂特征。结合多层前馈式反向传播BP神经网络，以腐蚀形貌图像的各向异性能量参敷和小波变换后子图像的能量参敷作为腐蚀类型判掘，

2、建立了基于BP神经网络的孔蚀速串诊断模型，诊断结果与实验结果基本吻合。关麓词庸蚀形貌特征提取BP神经网络预测方法中圈分类号TQ050．9+6文献标识码^文章缩号0254-6094(2012)03-0347-05C0：是一种高效驱油溶剂，将CO：驱油技术应用于油气开采过程，既能提高采收率还可解决伴生CO：出路的问题，达到环保开发、有效减排的目的。大庆油田和吉林油田分别于2003和2007年先后进行了CO：驱油先导性实验，取得了非常好的经济效益并形成CO：驱油配套技术。但当大量CO：注入地层后，地面管线、井口、管柱、套管以及井下工具等都会发生严重的C

3、O：腐蚀。CO：腐蚀是世界石油工业中一种常见的腐蚀类型，也是限制各国油气工业发展的一个极为突出的问题。国内外学者在CO：腐蚀机理、腐蚀规律等方面进行了大量的研究，但目前还未建立出有效地腐蚀监测、预测方法和评价标准‘1·引。在腐蚀工程中，腐蚀数据与图像是判断腐蚀类型、评价腐蚀程度、研究腐蚀规律与特征的重要依据。CO：腐蚀是一种错综复杂的化学或电化学过程，影响CO：腐蚀的因素多达十几种，如此复杂的影响因素，使得人们难以有针对性地制定腐蚀的防护对策。因此，从腐蚀图像中提取腐蚀信息，做定量描述，并将其转化为计算机可自动识别的信息，可以避免人工识别腐蚀图片

4、时的巨大工作量和受主管因素影响的弊端，达到能客观、准确地预测的目的，为腐蚀预测提供了新的方法。是腐蚀科学与工程技术研究的前沿课题之一。1实验实验材料选取10‘钢、20’钢和1Crl8Ni9不锈钢，尺寸规格为50mmX25mm×2mm，实验介质为含饱和CO：的大庆油田采出液。实验时往油田采出液中匀速通入CO：，并放入1000。打磨试样(试样经去离子水冲洗净、脱脂、干燥后用电子天平称重，精确至0．1mg)，7天后取出试样，清洗并去除腐蚀产物，称重并用失重法计算腐蚀速率。最后用扫描电镜(SEM)提取腐蚀后的表面形貌。2腐蚀图像的处理2．1腐蚀图像的数据

5、矩阵腐蚀图像的数字化，目的是把真实的腐蚀图像转变成计算机能够接受和识别的处理格式，即特定的数据矩阵(由像素点和灰度值两要素构成)。腐蚀图像的数字化包括取样和量化。每幅腐蚀图像数字化后像素点的多少和灰度值的二进制数位与数字化的质量相关，若每幅腐蚀图像用八位二进制数表示，则有28(即256)个量级，量级越大腐蚀图像的质量就越高。笔者所指的腐蚀图像量级均取为256级，在该量级下进行腐蚀图·国家科技重大专项“十二五”规划课题(2011ZX05016-003)。··张旭昀，男，1973年12月生，副教授。黑龙江省大庆市。163318。348化工机械2012

6、正像的处理便可达到图像的质量要求。2．2腐蚀灰度图像灰度图像是包含灰度级(亮度)的图像。在灰度图像的数据矩阵中，每一个像素点所对应的灰度值通常在0～255之间，即共有256个灰度级。其中，0代表黑色，255代表白色，1—254分别代表黑色到白色之间的各级过渡色(灰色)。2∞400伽0∞2．3图像的小波变换处理小波变换不仅可以实现腐蚀图像的腐蚀区域分割，而且还起到了压缩图像的作用，简化了以数据矩阵表示的腐蚀图像的运算过程，节省了图像的处理时间。小波变换时产生的各种数据构成了图像的特征‘31。图2以lO。钢试样腐蚀图像为例，说明了进行灰度和小波变换后

7、子图像的情况。a．一级小波分解图210+钢试样腐蚀图像分解由图2可以看出，在一级小波分解腐蚀图像中，腐蚀区域的划分已经明显，但仍有局部模糊的现象；二级小波分解时趋于理想，不仅消除了噪声，而且腐蚀特征突出，由于三级小波分解结果模糊不清，腐蚀区域特征不明显，此处不列出。这与文献[4]中所提到的小波分解级数以二、三级为最佳的理论相一致。二级小波变换近似系数、水平细节系数、垂直细节系数和对角细节系数构成了腐蚀图像的特征向量。同时，又可对这4个矩阵进行能量值等统计特征的计算。计算结果作为下一步神经网络的输人参数，判断腐蚀类型。2．4腐蚀图像的二值化目前常用

8、阈值确定法进行灰度图像的二值化，根据前景灰度和背景灰度来确定检测目标的灰度阈值。腐蚀图像二值化后，根据像素点的值便可对腐蚀区域和未腐蚀区