[发明专利]一种CNG储气井壁多路超声测厚方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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80-200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。

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。

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。

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：

(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。