Вихретоковый контроль толщины стенки легкосплавных бурильных труб

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ …………………………………..…………….. 4
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………….…… 5
ГЛАВА 1. МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЛЕГКОСПЛАВНЫХ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ ….. 14
1.1 Легкосплавные бурильные трубы. Условия работы и требования
к контролю ..………………………………………..………………………….. 14
1.2 Методы и средства контроля легкосплавных бурильных труб …………. 20
1.3 Вихретоковый метод измерения толщины стенки немагнитных
объектов …………..…………………………………..……………………….. 26
Выводы по главе 1………………..……………………………………………. 35
ГЛАВА 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
ВИХРЕТОКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С НЕМАГНИТНОЙ
ТРУБОЙ ………………………………………………………………………… 37
2.1 Накладные вихретоковые преобразователи ..…………………..……….. 37
2.2 Описание задачи для построения модели ..………………………………. 40
2.3 Численные методы решения задач вихретокового контроля …………… 46
2.4 Построение модели взаимодействия ВТП с немагнитной трубой и
исследование влияющих факторов ………………………….……………….. 57
Выводы по главе 2 ………………………..……………………………………. 66
ГЛАВА 3. АЛГОРИТМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛА ВТП
ВИХРЕТОКОВОГО ТОЛЩИНОМЕРА ..……..………………………….. 67
3.1 Алгоритм преобразования сигнала ВТП ………………………..………… 67
3.2 Программная отстройка от влияния электропроводности материала
объекта контроля ..……………..……………………………………………… 70
Выводы по главе 3 ……………………..………………………………………. 72
ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ПРОГРАММНОЙ И АППАРАТНОЙ
РЕАЛИЗАЦИИ ВИХРЕТОКОВОГО ТОЛЩИНОМЕРА .…..………….. 74
4.1 Структурная схема вихретокового толщиномера ..………..……………. 75
4.2 Интерфейс вихретокового толщиномера ..……………………………….. 77
Выводы по главе 4 ………………………..……………………………………. 80
ГЛАВА 5. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ВИХРЕТОКОВОГО ТОЛЩИНОМЕРА ………………………………….. 81
5.1 Первичная настройка ………………………………………..……………. 81
5.2 Рабочая настройка …………………………………..………..…………… 85
5.3 Калибровка ……………………..…………………………………………… 86
Выводы по главе 5 ………………………………………………………..……. 89
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ………………………..…………. 90
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ …………..…………………………………………. 92
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………..…………..…………….. 96
ПРИЛОЖЕНИЯ …………………………………..………..………………… 105
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
БК – бурильная колонна
ВК – вихретоковый контроль
ВТП – вихретоковый преобразователь
ЛБТ – легкосплавная бурильная труба
ЛБТ ПН – легкосплавная бурильная труба повышенной надежности
МГЭ – метод граничных элементов
МИУ – метод интегральных уравнений
МКР – метод конечных разностей
МКЭ – метод конечных элементов
МЭЗ – метод эквивалентных зарядов
НК – неразрушающий контроль
ОК – объект контроля
ЭДС – электродвижущая сила

1.Акватик – Бурильные трубы [Электронный ресурс]. – Режим
доступа: akvatik-dp.ru. Дата обращения 15.04.2018.
2.Алтес [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.scaruch.ultes.info.
Дата обращения 25.04.2018.
3.Алхимов Ю. В., Лобанов Ф. П., Алхимов В. Ю. Анализ напряженно-
деформированного состояния легкосплавной бурильной трубы // Вестник науки
Сибири. – 2013. – №3(9). – С. 49–54.
4.Басович В. А.,Буяновский И. Н.,Сапунжи В. В.Применение
трубных изделий из алюминиевых сплавов в нефтегазодобывающей отрасли //
Oil &Gas Eurasia. – 2013. – №6. – С. 7.
5.Бахвалов Н. С., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы. –
М.: Бином. Лаборатория знаний, 2003. – 640 с.
6.Беда П.И. Исследование сигнала накладного датчика в зависимости
от изменения размеров и расположения дефектов типа трещин // Дефектоскопия.
– 1970. – №1. – С. 62–67.
7.Бровин Б. З., Парфёнов А. И., Гуфранов М. Г. Некоторые результаты
исследования технического состояния скважин в объединении «Сургутнефтегаз»
// БашНИПИнефть. – 1983. – №13. – С. 115–122.
8.Булатов А. И.,Проселков Ю. М.,Шаманов С. А.Техникаи
технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учеб. для вузов. – М.: ООО
«Недра-Бизнесцентр», 2003. – 1007 с.
9.Булгаков В. Ф., Толмачев И. И. Вихретоковые толщиномеры для
автоматического контроля легкосплавных бурильных труб // Дефектоскопия. –
1993. – №5. – C. 72–74.
10.Вихретоковоеустройстводлянеразрушающегоконтроля
электропроводных изделий: патент 1569527 СССР: МПК G01B 7/06, G01N 27/90 /
Булгаков В. Ф., Толмачев И. И. – Опубл. 07.06.1990.
11.Власов В. В., Комаров В. А. Магнитное поле вихревых токов над
поверхностной трещиной в металле при возбуждении их накладным индуктором
// Дефектоскопия. – 1971. – №6 – С. 63–75.
12.Герасимов В. Г.,Покровский А. Д.,Сухоруков В. В.Решение
некоторых задач вихретоковой дефектоскопии посредством математического
моделирования. – В кн.: Электромагнитные методы неразрушающего контроля. –
Минск: Наука и техника, 1971. – С. 110–120.
13.Гольдштейн А. Е.,Булгаков В. Ф.,Крёнинг Х.-М. В. А.Метод
вихретоковой дефектоскопии прутков и труб на основе использования
комбинированноговихретоковогопреобразователясвозбуждением
разночастотных пространственных компонент магнитного поля // Дефектоскопия.
– 2011. – №11. – С. 39–47.
14.ГОСТ 18482-79. Трубы прессованные из алюминия и алюминиевых
сплавов. Технические условия. – М.: Стандартинформ, 2005. – 27 с.
15.ГОСТ 23786-79 (ИСО 5226-85). Трубы бурильные из алюминиевых
сплавов. Технические условия (с Изменениями № 1, 2, 3, 4). – Введ. 01.01.1981. –
М.: Изд-во стандартов, 1992. – 22 с.
16.ГОСТ 24289-80. Контроль неразрушающий вихретоковый, термины
и определения. Введ. 01.07.1988. М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов,
2004. – 9 с.
17.ГОСТ 8.009-84. Государственная система обеспечения единства
измерений. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.
– Введ. 1986.01.01. – М.: Стандартинформ, 2006. – 76 с.
18.ГОСТ 8.315-97.Государственнаясистемаобеспеченияединства
измерений. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов.
Основные положения. – Введ. 1998.07.01. – Минск: Изд-во стандартов, 1997. – 45 с.
19.ГОСТ Р 51288-99. Средства измерений электрических и магнитных
величин. Эксплуатационные документы. – Введ. 2000.07.01. – М.: Стандартинформ,
2014. – 60 с.
20.ГОСТ Р 53697-2009. Контроль неразрушающий, основные термины и
определения. – Введ. 2011.01.01. – М.: Стандартинформ, 2010. – 19 с.
21.ГОСТ Р 8.820-2013. Государственная система обеспечения единства
измерений (ГСИ). Метрологическое обеспечение. Основные положения. – Введ.
2015.01.01. – М.: Стандартинформ, 2014. –12 с.
22.ГОСТ Р ИСО 12718-2009.Контрольнеразрушающий.Контроль
вихретоковый.Терминыиопределения.–Введ.01.12.2010.–М.:
Стандартинформ, 2011. – 35 с.
23.ГОСТ Р ИСО 15549-2009.Контрольнеразрушающий.Контроль
вихретоковый. Основные положения. – Введ. 01.01.2011. – М.: Стандартинформ,
2011. – 7 с.
24.Гутников В. С. Методы реализации специальных весовых функций в
измерительных устройствах // Измерение, контроль, автоматизация. – 1983. –
№2. – С. 3–15.
25.Демирчян К. С. Моделирование магнитных полей. – Л.: Энергия,
1974. – 288 с.
26.Дорофеев А. Л.Электроиндуктивнаядефектоскопия.–М.:
Машиностроение, 1967. – 231 с.
27.Дорофеев А. Л.,Никитин А. И.,Рубин А. Л.Индуктивная
толщинометрия. – М.: Энергия, 1978. – 186 с.
28.Дякин В. В.,Сандовский В. А.Теорияирасчетнакладных
вихретоковых преобразователей. – М.: Наука, 1981. – 135 с.
29.Ивченко Алексей Валерьевич. Разработка адаптивных вихретоковых
средств контроля коррозионных поражений обшивки планера летательных
аппаратов. – Дис. … канд. техн. наук. – М., 2006. – 177 с.
30.Инспекция бурильных колонн. Стандарт DS-1. 3-е изд., Т. 3. – Т. Н.
Hill Associates Inc., 2004. – 253 c.
31.Клюев Владимир Владимирович. Исследование электромагнитных
методов и разработка комплекса приборов для неразрушающего контроля
дефектов, толщины и смещений изделий в процессе производства и
технологических испытаний. – Дис. … д-ра техн. наук. – М., 1972.
32.Клюев В. В.,Мужицкий В. Ф.,Безлюдько Г. Я.,Надымов Н. П.,
Рогов А. Б. Бесконтактный ультразвуковой толщиномер для измерения толщины
стенки насосно-компрессорных труб (КРМ-Ц-Дельта) // Контроль. Диагностика.
– 2002. – №4. – С. 43–44.
33.Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников
иинженеров.–М.:Наука.Главнаяредакцияфизико-математической
литературы, 1977. – 832 с.
34.Косых В. В.,Юткин Г. Г.,Булгаков В. Ф.,Жуков В. К.,
Толмачев И. И. Толщиномер ВТ-01 для бесконтактного измерения толщины
стенок бурильных труб // Нефтяное хозяйство. – 1990. – №11. – C. 64–66.
35.КуликовСтаниславСергеевич.Комплексныйнеразрушающий
контроль легкосплавных бурильных труб повышенной надежности в процессе их
эксплуатации. – Дис. … канд. техн. наук. – М.: МГУПИ, 2010. – 110 с.
36.Локшина Н. Н., Шкарлет Ю. М. Приближенная методика расчета
накладных вихретоковых датчиков // Дефектоскопия. – 1970. – №1. – С. 41–45.
37.Миллер A. A.,Миллер A. B.,Епископосов К. С.,Мурзаков Г. Е.,
Епископосов Д. К. Прямые измерения проводимости обсадных труб и НКТ,
используемых в качестве моделей толщины // НТВ «Каротажник». – 2002. –
№101. – С. 68–74.
38.Неразрушающий контроль / Справочник. Под ред. В. В. Клюева: в 7
томах. Т. 2: в 2-х кн.: Кн. 1: Контроль герметичности. Кн. 2: Вихретоковый
контроль. – М.: Машиностроение, 2003. – 688 с.
39.НИИИН МНПО «Спектр» [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
www.niiin.ru. Дата обращения 12.03.2018.
40.Никитин А. И.Бесконтактныйконтрольтолщиныстенки
сферических изделий и труб в потоке. – Дис. … канд. техн. наук. – М.: ВИАМ,
1967. – 280 с.
41.Поздеев Ж. А.,Куц Ю. А.,Игнатов А. Ю.,Кокшаров В. З.
Возможные причины повреждения обсадных колонн // НТВ «Каротажник». –
1998. – №48. – С. 56-63.
42.РД 41-01-25-89. Неразрушающий контроль бурового инструмента и
оборудования при эксплуатации. Организация и порядок проведения работ. –
Введ. 1989.12.12. – Львов, 1990. – 121 с.
43.РМГ 29-2013.Государственнаясистемаобеспеченияединства
измерений. Метрология. Основные термины и определения. – Введ. 2015.01.01. –
М.: Стандартинформ, 2004. – 28 с.
44.Сандовский В. А. Измерение толщины и удельной электрической
проводимости немагнитных пластин вихретоковым методом // Измерительная
техника. – 2012. – №10. – C. 55–60.
45.Сапожников А. Б.Теоретическиеосновыэлектромагнитной
дефектоскопии металлических тел. – Томск: Изд-во ТГУ, 1980. – 308 с.
46.Соболев B. C., Шкарлет Ю. М. Накладные и экранные датчики (для
контроля методом вихревых токов). – Новосибирск: Наука, 1967. – 144 с.
средств контроля коррозионных поражений обшивки планера летательных
аппаратов. – Дис. канд. … техн. наук. – М., 2006.
47.Теплухин В. К.,Миллер A. B.,Казакова О. М.,Миллер A. A.
Вопросыскважиннойэлектромагнитнойтолщинометрииприконтроле
технического состояния нефтегазовых скважин // Геофизические исследования
в нефтегазовых скважинах. – Сб. статей. – Уфа: Изд-во Башкир. ун-та, 1998. –
С. 187–209.
48.Теплухин В. К.,Шараев А. П.,Миллер A. B.,Еникеев В. Н.,
Ташбулатов В. Д.Миннуллин P. M.,Мусаев Г. Л.,Нуретдинов Я. К.
Совершенствованиетехнологииобследованиятехническогосостояния
нефтегазовых скважин // II Технология ТЭК: Специальное приложение к
журналу «Нефть и капитал». – 2002. – №7. – С. 49–53.
49.Тетерко А. Я. Исследование электромагнитного поля поверхностных
дефектов и разработка средств электромагнитной дефектоскопии. – Дис. … канд.
техн. наук. – Львов, 1976.
50.Ткаченко А. К., Калташев С. А. Электромагнитная дефектоскопия-
толщинометрия – составная часть геофизических исследований технического
состояния нефтегазовых скважин // НТВ «Каротажник». – Тверь: Изд-во «АИС»,
2002. – Вып. 93. – С. 36–37.
51.Тозони О. В. Расчет электромагнитных полей на вычислительных
машинах. – Киев: Техника, 1967. – 252 с.
52.Трехпараметровый способ вихретокового контроля металлических
немагнитныхобъектов:Патент1176231СССР:МПК4G01N27/90/
Федосенко Ю. К. – Опубл. 30.08.1985. – Бюл. №32.
53.Устройстводлявихретоковогоконтроляметаллических
немагнитных объектов: Патент 2629711 РФ: МПК G01B 7/06, G01N 27/90 /
Гольдштейн А. Е. Белянков В. Ю. – Опубл. 31.08.2017. – Бюл. №25.
54.Федосенко Ю. К. Вопросы теории вихретоковой дефектоскопии
накладными преобразователями. Строгое математическое решение двумерных
задач // Дефектоскопия. – 1982. – №2. – С. 1–10.
55.Федосенко Ю. К.Электромагнитнаятолщинометриястенок
металлических изделий // Контроль. Диагностика. – 2009. – №4. – C. 26–29.
56.Формалев В. Ф.,Ревизников Д. Л.Численныеметоды.М.:
Физматлит, 2004. – 400 с.
57.Шатерников В. Е. Вихретоковый контроль металлических изделий
сложной формы // Дефектоскопия. – 1979. – №9. – С. 5–11.
58.Шкатов П. Н.,Куликов С. С.Оценкатехническогосостояния
легкосплавных бурильных труб повышенной надежности в процессе их
эксплуатации // Приборы. – 2010. – №5. – С. 26–30.
59.Шубочкин А. Е. Развитие и современное состояние вихретокового
метода неразрушающего контроля: монография. – М.: Изд. дом «Спектр», 2014. –
288 с.
60.Anderson E. R. Aluminum alloy drill pipe in geothermal drilling.
Technical and economical opportunities / Iceland: The school for renewable energy
science, 2009. – 126 p.
61.ANSYS [электронный ресурс]. – Режим доступа: www.ansys.com.
Дата обращения 10.10.2017.
62.Assous F., Degond P., Heitze E., Raviart P.A., Segre J. On a finite-
element method for solving the three-dimensional Maxwell equations // J. Comp. Phys.
– 1993. – N 109. – P. 222–237.
63.Assous F., Degond P., Segre J. Numerical approximation of the Maxwell
equations in inhomogeneous media by P1 conforming finite element method // J.
Comp. Phys. – 1996. – N 128. – P. 363–380.
64.BakerHughes[Электронныйресурс].–Режимдоступа:
www.bakerhughes.com. Дата обращения 20.03.2018.
65.Benoit de Halleux, Bruno de Limburg Stirum, Andrei I’tchelintsev. Eddy
current measurement of the wall thickness and conductivity of circular non-magnetic
conductive tubes // NDT & E International. – 1996. – N 29(2). – P. 103–109.
66.CIVAEXTENDE[электронныйресурс].–Режимдоступа:
www.extende.com. Дата обращения 15.10.2017.
67.Cobham Technical Services (Opera) [электронный ресурс]. – Режим
доступа: www.cobham.com. Дата обращения 10.10.2017.
68.Comsol Multiphysics [Электронный ресурс]. – Режим доступа: comsol.com.
Дата обращения 14.03.2018.
69.Egorov A. V. et al. Inspection of aluminum alloys by a multi-frequency
eddy current method // Defence Technology. – 2015. – N 11. – P. 99–103.
70.ELCUT [электронный ресурс]. – Режим доступа: www.elcut.ru. Дата
обращения 22.10.2017.
71.Gelfgat M., Basovich V., Adelman A. Aluminum may be key to long,
deepwater wells // Offshore. – 2007. – N 67(9). – P. 131–137.
72.George W. Collins II. Fundamental Numerical methods and Data
Analysis. – 2003. – 259 p.
73.Halliburton[Электронныйресурс].–Режимдоступа:
www.halliburton.com. Дата обращения 20.04.2018.
74.Hermeline F. Two coupled particle-finite volume methods using
delaunay-voronoi meshes for the approximation of Vlasov-Poisson and Vlasov-
Maxwell equations // J. Comp. Phys. – 1993. – Т 106. – P. 1–18.
75.INTEGRATED Engineering Software [электронный ресурс]. – Режим
доступа: www.integratedsoft.com. Дата обращения 16.10.2017.
76.ISO 15546-2011. Petroleum and natural gas industries – Aluminium alloy
drill pipe. – Введ. 15.09.2011. – М.: Стандартинформ, 2011. – 52 с.
77.Livermore Software Technology Corporation (LS-DYNA) [электронный
ресурс]. – Режим доступа: www.lstc.com. Дата обращения 15.10.2017.
78.MSC Software Corporation (MSC Nastran) [электронный ресурс]. –
Режим доступа: www.mscsoftware.com. Дата обращения 15.10.2017.
79.Munz C.-D., Schneider R., Vos U. A finite-volume method for the
Maxwell equations in the time domain. – Karlsruhe: Forschungszentrum Karlsruhe
«Technik und Umwelt». – 1996.
80.NondestructiveTestingHandbook./ed.Moore P. O.Vol. 5.
Electromagnetic Testing (ET). 3rd ed. – Columbus: American Society for
Nondestructive Testing, 2004. – 524 p.
81.Olympus NDT instruments [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
www.olympus-ims.com. Дата обращения 20.09.2017.
82.Rosado L. S., Santos T. G, Ramos P. M., Vilaça P., Piedade M. A
differential planar eddy currents probe: Fundamentals, modeling and experimental
evaluation // NDT & E International. – 2012. – N 51. – P. 85–93.
83.Sandovskii V.A.Measurementsofthethicknessandelectrical
conductivity of nonmagnetic plates by an eddy-current method // Measurement
Techniques. – 2013. – 55(10). – P. 1201–1208.
84.Schlumberger [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.slb.com.
Дата обращения 20.09.2017.
85.Songling H., Shen W. New Technologies in Electromagnetic Non-
destructive Testing. – Springer, Singapore, 2016. – 221 p.
86.SU 1226024 Α1, МПК4 G01B 7/06, опубл. 23.04.1986, бюл. №15.
87.SU 375468 Α1, МПК6 G01B 7/06, опубл. 23.03.1973, бюл. №16.
88.TesTex [Электронный ресурс]. – Режим доступа: testex-ndt.com. Дата
обращения 17.04.2018.
89.Wong L. F., Hanneman R. E. Deep drilling with aluminum drill pipe //
Drilling. – 1983. – IX, vol. 44. – P. 53–55, 59.
90.Xuefei M., Yinzhao L. Analytical solutions to eddy current field excited
by a probe coil near a conductive pipe // NDT & E International. – 2013. – N 54. –
P. 69–74.
91.Yating Y, Pingan D, Lichuan X. Coil impedance calculation of an eddy
current sensor by the finite element method. // Russian Journal of Nondestructive
Testing. – 2008. – 44(4). – P. 296–302.