Page 98 - 无损检测2023年第十期

魏 军:
基于超声波反射法的油田注水井管柱腐蚀识别

势, 实现了管柱腐蚀识别, 但该方法存在识别性能差
的问题。骆正山等 [ 4 ] 通过分析造成油田注水井管柱
腐蚀的原因, 建立管柱腐蚀指标体系, 并将其与
IGWO-ELM 模型结合, 共同组建针对管柱的腐蚀
速率预测模型, 实现了油田注水井管柱腐蚀识别。
唐启智等 [ 5 ] 通过分析管壁锈蚀与管柱刚度退化之间
的映射关系, 建立了考虑两者间关系的有限元模型;
通过加速度数据时序分析采集不同损伤工况下的管
图2 超声波在油田注水井管柱中的传播过程示意
柱腐蚀数据, 并将其输入有限元模型中, 实现了油田
P 0+P r= P t r
注水井管柱腐蚀识别, 但识别率较低。 ·

为了解决上述方法中存在的问题, 提出基于超 t ( 1 )
P 0-P r
=
声波反射法的油田注水井管柱腐蚀的识别方法并进 Z 1 Z 2

式中: t 为声压透射率; r 为声压反射率。
行检测试验, 试验结果表明, 所提方法识别性能强、
对式( 1 ) 中超声波的声压透射率t 和反射率 r
识别准确率高。
展开计算, 得到
1 基于超声波反射法的信号采集 / ( )
r= P r P 0= Z 2-Z 1 )/( Z 2+Z 1 ( 2 )
/ /( )
基于超声波反射法的油田注水井管柱腐蚀识别 t= P t P 0= 2 Z 2 Z 2+Z 1
方法, 采用超声波脉冲反射法 [ 6-7 ] 采集信号。激励信 将上述超声波信号r , t 转变为电信号, 完成油
号由探头发射到油田注水井管柱表面, 在反射过程 田注水井管柱信号的采集。
中信号发生压电效应, 进而生成超声波、 机械波信 2 油田注水井管柱腐蚀识别
号, 通过将其转变为可以被探头接收的电信号, 完成
信号采集。油田注水井管柱超声检测回波信号示例 2.1 腐蚀区域信号特征提取
信号特征提取是在基础通信信号上, 选取反映
如图1所示。
信号全程波动特点的局部频段。为了提高识别结果
的可信度, 在特征提取前, 需要对信号进行预处理,
如降噪 [ 10 ] 、 降维、 去均值等。小波分析 [ 11 ] 是针对失
真信号的一种消噪手段, 广泛应用于多种领域。超
声波探头获取反馈回波信号时, 无法完全避开其他
干扰信号的影响, 使得反馈回波信号的整个频带上
携带噪声, 导致信号质量降低。采用小波分析消除
反馈回波信号噪声, 不仅可以很好地解决信号频谱
图1 油田注水井管柱超声检测回波信号 混叠的现象, 还可以优化信号时域波形和频域波形,
图1中的一次回波与二次回波指的是超声波 达到准确提取信号特征的目的。
传播到油田注水井管柱底部反射的回波 [ 8-9 ] 。调 小波分析首先分解受噪声污染的反馈回波信
查发现, 管柱厚度与回波时间间隔成正比, 故可利 号, 分解公式为
用相邻回波间隔与回波数量分析油田注水井管柱 R = r · t / v a- v b ( 3 )
φ

的腐蚀情况。 式中: 为小波变换平移量; v a 为信号分量; v b 为
φ
检测油田注水井管柱腐蚀缺陷时, 信号垂直入 小波分解层数。
射到管柱表面。入射波、 反射波和透射波此时的声 反馈回波信号分解后, 噪点直接暴露在每层信
, , , 超声波在管柱中的传播过程 号分析频带上, 利用小波基抑制噪点的表达, 即可实
压分别为P 0 P r P t
如图2所示。 现原始信号的优化, 其表达式为
为 R
图 2 中, Z 1 为透射介质对应的声阻抗; Z 2 F= q / ∂ ( 4 )
入射介质对应的声阻抗, 两种介质中声压存在以 式中: 为噪点; ∂为噪声强度。
q
下关系 在成功优化反馈回波信号的基础上, 从频域和
0
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2023年 第45卷 第10期
无损检测