一种CNG储气井壁多路超声测厚方法技术

本发明专利技术涉及储气井壁厚检测技术领域，尤其涉及一种CNG储气井壁多路超声测厚方法本发明专利技术的超声数据获取中，放入储气井的检测仪内同一高度均匀的布置多个超声探头(与换能器相连)进行多路超声信号的获取。CNG储气井壁多路超声波测厚模型中，由遗传算法优化超声回波峰值集合得到最优组合并计算储气井壁测厚值。首先根据超声波多回波中峰值之间的距离恒定的特性，通过归一化后得到超声回波的峰值的集合，并确定适应度函数，然后遗传算法通过适应度函数来优化寻找最佳的峰值组合，通过最优峰值组合计算储气井壁厚；解决了在超声波壁厚检测中出现的误判，精度不够，实时性差，只做分类，没有真正的厚度值或者难以处理混叠回波等问题。有真正的厚度值或者难以处理混叠回波等问题。有真正的厚度值或者难以处理混叠回波等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种CNG储气井壁多路超声测厚方法


[0001]本专利技术涉及储气井壁厚检测
，尤其涉及一种CNG储气井壁多路超声测厚方法。

技术介绍

[0002]随着我国能源结构的调整，天然气在能源消费结构中的比例不断增长，并占有非常重要的地位。储气井是建在地下的高压力容器，因其安全可靠、操作管理方便、受环境影响小、占地面积少等优点成为目前我国最主要的储气方式，得到非常普遍应用。压缩天然气(Compressed Natural Gas,简称CNG)储气井是根据天然气开采过程设计，储气井埋在地下，各套管用接箍连接的高压容器，设计压力为32MPa，,额定工作压力25MPa，储气井一般深度为80
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200米，最深达300米，使用寿命为25年，外部用水泥浇灌固定，储气井结构如图 1所示，主要建造过程为：1)在地下钻出与储气井长度匹配的井；2)利用管箍接头和螺纹，将套管连接并用密封脂、生胶带密封；3)将井底用封头密封，井口安装井口封头，形成一个长型、圆筒状的容器；4)向井内放入套管，进行强度、密封实验，之后用水泥固井。我国的储气井分为7
″
储气井(井筒直径177.8mm，壁厚10.36mm)及9
‑
5/8储气井(井筒直径244.5mm，壁厚11.05mm)系列产品(法兰式、旋塞式)两种规格。
[0003]2007年以来，全国储气井数量以约1000口/年的速率高速增长，据不完全统计，目前全国储气井数量大于15000口。由于压缩天然气中残留的水分和硫化物的排污不彻底，导致储气井钢管管壁出现“湖、锥型”的腐蚀凹坑，使套管壁变薄甚至破损及断裂而影响其安全运行。CNG储气井的受蚀缺陷主要表现为套管管壁的减薄，并且随着套管服役年限的增加，腐蚀区域进一步扩大，储气井壁厚进一步减小，当壁厚减小至一定程度，由于内部气体压强，腐蚀区域将发生破裂，造成CNG泄漏，甚至将井筒从地下顶出。
[0004]传统上企业多借助大型装载车辆和提升辅助装置进行现场探伤及测厚检测，其所需检测费用高、操作难度大、长距离电缆线信号传输数据量大、易引起信号衰减和电磁干扰，使检测精度和灵敏度低。目前，较先进的是采用便携、非接触的超声波检测仪，通过超声探头接收到信号后存储于检测设备，再通过离线处理算法来进行探伤及壁厚分析。通常通过计算超声波脉冲测得的距离，并重建管道的轮廓，识别内部损伤或确定壁厚值。然而，这些超声波信号由于低信噪比(SNR)和不同信号的混叠(如来自内壁的反射和来自水泥壁的反射混叠)，使信号处理困难，出现一定程度的错检或漏检，造成管道维修的不及时或不必要的管道更换。此外，对钢材管壁的厚度值检测精度低、可靠性差，达不到标准的管材被继续使用，以致于因管道壁变薄而引发的储气井故障和天然气泄漏。因此，实现CNG储气井壁损伤的自动检测和壁厚精确测量，具有相当重大的意义。
[0005]目前，从储气井超声波探头A扫描的数据中提取超声信息进行探伤及测厚的方法主要是单点处理检测法。包括：
[0006](1)快速傅里叶变换法对扫描信号做频谱分析。该方法通过在频域中去除直流分量，找出壁厚频率，计算出壁厚,是一种传统的算法,在原理上清晰易懂，实际操作中需要手
工读取壁厚频率，因而适合于对单个扫描点的壁厚进行分析,对一个区域扫描点,由于超声回波频谱中真实的壁厚频率点之前会出现多个极大值，因而容易出现误判，从而影响检测结果。
[0007](2)小波分析法对扫描信号去噪和非平稳信号处理测厚。该方法具有优良的时频局部化能力，但窗口时宽和频宽相互制约，在分析信号中的高频突变成分时，要牺牲频率精度来提高时间精度；在分析信号中的低频趋势时，要牺牲时间精度来提高频率精度。针对管道内腐多个扫描点时，无法用同一标准来同时分析高、低频信号，小波基的选择也比较复杂，因而，其在解决管道壁的超声波探伤问题方面存在一定的局限性。
[0008](3)支持向量机方法和神经网络方法用于损伤检测。该两种方法的成功率和训练样本集的选择有直接关系，如果样本集选取不合适就会造成分类错误、而且训练时间往往较长，在处理一个区域的扫描点时，无法预先得知此区域内所包含的腐蚀类型，造成训练样本集不易获取，从而影响检测结果。
[0009](4)互相关分析法进行壁厚检测。该方法能够有效消除噪声对回波信号的影响，但是一次相关运算需要进行N次乘法运算和N*(N
‑
1)次加法运算。当检测一段管道时，超声回波信号数据量较大时，运算量会非常大，从而检测的实时性得不到保障。
[0010](5)戴波和马明璐改进的二次FFT自动测厚算法。该方法在传统一次FFT自动测厚算法的基础上，结合二次FFT自动测厚算法，提出采用二次FFT给出壁厚频率估计范围来指导一次FFT自动测厚，在测量壁厚中减小了误差并提高了准确性。
[0011](6)基于模型的超声回波估计方法。该方法由Demirli和Saniie提出，其中回波被高斯包络调制的正弦波所模拟，然后通过解决最小二乘法问题来确定模型参数。但是当需要估计的值之一是信号中的回波数时，该方法的效率就会受到影响。
[0012]单点检测方法对处理单个扫描点的扫描数据或检测条件稳定的储气井壁自动检测时能够满足探伤或测厚需要。但是，当处理检测条件有一定变化的区域扫描数据时，难以处理混叠回波，往往容易出现误判，检测精度不高，实时性差，只能进行探伤，没有真正的管壁测厚值。

技术实现思路

[0013]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术拟提供了一种CNG储气井壁多路超声测厚方法，拟解决储气井现有单超声探头超声波测厚算法精度不高、计算成本高及实时性较差的缺点。
[0014]一种CNG储气井壁多路超声测厚方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1：采用具有多路超声波探头的超声波检测仪获取多路超声波探头所采集到的回波数据；
[0016]步骤2：对每一路超声波探头所采集到的回波数据进行归一化，形成多个单路回波数据集合，并单独提取每个单路回波集合中n个具有相同距离的最大峰值集合，计算最大峰值集合中的向量的标准差作为成本函数；
[0017]步骤3：基于遗传迭代算法以及成本函数搜索符合条件的峰值组合；
[0018]步骤4：基于步骤3中得到的峰值组合计算得到每路超声探头所检测到的储气井壁的厚度。
[0019]优选的，所述步骤1包括以下步骤：
[0020]步骤1.1：将储气井套管内的天然气排出并放满水，再将系有钢丝绳的超声波检测仪放入储气井的井底；
[0021]步骤1.2：利用钢丝绳将超过声波测厚仪从井底均速提升至井口，实现多路超声探头的回波数据的采集；
[0022]步骤1.3：通过模数转换以及数据采集模块将采集到的回波数据存储至储存介质中。
[0023]优选的，所述步骤2包括以下步骤：
[0024]步骤2.1：基于获取的所有向量B计算向量B的平均值，并找到所有向量B中绝对值最大的向量B，通过向量B减去向量B的平均值并除以向量B的最大绝对值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CNG储气井壁多路超声测厚方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用具有多路超声波探头的超声波检测仪获取多路超声波探头所采集到的回波数据；步骤2：对每一路超声波探头所采集到的回波数据进行归一化，形成多个单路回波数据集合，并单独提取每个单路回波集合中n个具有相同距离的最大峰值集合，计算最大峰值集合中的向量的标准差作为成本函数；步骤3：基于遗传迭代算法以及成本函数搜索符合条件的峰值组合；步骤4：基于步骤3中得到的峰值组合计算得到每路超声探头所检测到的储气井壁的厚度。2.根据权利要求1所述的一种CNG储气井壁多路超声测厚方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：步骤1.1：将储气井套管内的天然气排出并放满水，再将系有钢丝绳的超声波检测仪放入储气井的井底；步骤1.2：利用钢丝绳将超过声波测厚仪从井底均速提升至井口，实现多路超声探头的回波数据的采集；步骤1.3：通过模数转换以及数据采集模块将采集到的回波数据存储至储存介质中。3.根据权利要求1所述的一种CNG储气井壁多路超声测厚方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：步骤2.1：基于获取的所有向量B计算向量B的平均值，并找到所有向量B中绝对值最大的向量B，通过向量B减去向量B的平均值并除以向量B的最大绝对值，得到进行归一化后的向量B，所述向量B为超声波探头的采样点；步骤2.2：对归一化后的向量B按照采样先后顺序提取n个具有相同距离的最大峰值集合；定义变量i＝1、2、3
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【专利技术属性】
技术研发人员：李兆飞，王泽楠，陈钰枚，钟明杉，陶洪洁，魏旭东，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：