[發明專利]一種基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法

有效

• 申請號: 201410564429.3
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104297336A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 胡祥云;王懷江;彭英杰
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N27/85
• 分類號: G01N27/85;G06F19/00;F17D5/00
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 劉榮;周宗貴

1.一種基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法，其特征在于具體包括以下步驟：

(1)利用磁力計測量管道沿軸向方向的磁感應強度，得到三分量水平梯度B_xx、B_yx和B_zx沿管道軸向分布的變化規律曲線；

(2)剔除B_yx以減弱外界干擾異常，并依據去除干擾異常后的實測模量值和平均模量值計算危險指數F；

(3)結合危險指數F對磁異常管段的異常等級進行分類；

(4)對于步驟(1)得到的三分量水平梯度B_xx、B_yx和B_zx沿管道軸向分布的變化規律曲線，提取其中管體磁異常管段，初步判定該管體磁異常段的缺陷類型，建立該缺陷類型的模型，并對該模型進行正演，得到管道磁感應強度三分量水平梯度B_xx、B_yx和B_zx沿管道軸向的分布規律曲線；

(5)將相同異常等級下的磁異常管道測點劃分為一組，結合危險指數F的大小、步驟(1)得到的三分量水平梯度沿管道軸向B_xx、B_yx和B_zx的變化規律曲線、以及經步驟(4)正演得到的管道磁感應強度三分量水平梯度B_xx、B_yx和B_zx沿管道軸向的分布規律曲線，通過反演判定磁異常管段的危險性缺陷位置；

(6)標定危險性缺陷位置坐標并定期觀測，依據危險指數大小及經步驟(1)測量得到的管道磁感應強度三分量水平梯度沿管道軸向分布的變化規律，對缺陷發展過程進行預測，以及時采取補救措施。

2.根據權利要求1所述的基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法，其特征在于：步驟(1)中利用磁力計測量管道磁場的磁感應強度時，采用非接觸式管道磁檢測技術檢測。

3.根據權利要求1所述的基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法，其特征在于：步驟(2)中，利用以下公式計算危險指數F：

F=e(1-QaQ‾)......(1)]]>

其中，Q_a是任意一點的實測梯度模量值，通過以下公式計算得到：

Qa=Bxx2+Bzx2......(2)]]>

是測量位置的實測梯度模量值的平均值。

4.根據權利要求1所述的基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法，其特征在于：步驟(4)中，具體通過以下公式對管體磁異常段缺陷類型模型正演：

以磁力計的中點所在位置與地面的垂線作為Z軸、以管道軸線作為Y軸、以Y軸和Z軸的交點作為原點O、以經過原點O且與YZ面的垂線作為X軸，建立空間坐標系；根據空間磁偶極子磁場表達式得到等效磁矩P在X、Y、Z軸方向的的三個分量P_x、P_y和P_z在位置M(x,y,z)處所產生的磁感應強度為：

Bx=2μr2μr+1μ04πr5[(3x2-r2)|px|+3xy|py|-3xz|pz|]By=2μr2μr+1μ04πr5[-3xy|px|+(r2-3y2)|py|+3yz|pz|]Bz=2μr2μr+1μ04πr5[3xz|px|+3yz|py|+(r2-3z2)|pz|]......(3)]]>

其中，B_x、B_y和B_z分別表示等效磁矩P的三個分量P_x、P_y和P_z在位置M(x,y,z)處所產生的磁感應強度，r表示原點O到位置M(x,y,z)的距離，根據M(x,y,z)和原點O的坐標計算得到，μ₀表示真空中的磁導率，μ_r表示鐵磁性物質的相對磁導率，μ₀和μ_r為常數；

假設應力集中區的范圍為以Y軸的y₁、y₂處橫截面為兩個底面的圓柱體，由多晶體鐵磁性材料應力與磁化率變化量的關系得到應力集中區內的橫截面由于應力集中而產生的沿3個坐標軸方向的附加磁矩P_x、P_y和P_z根據以下公式獲得：

|Px|=50x02Is2λ100(10Is2+2x0K1)2σθ·|Hx|·dv2|Py|=50x02Is2λ100(10Is2+2x0K1)2στ·|Hy|·dv|Pz|=50x02Is2λ100(10Is2+2x0K1)2σθ·|Hz|·dv2......(4)]]>

其中，x₀表示鐵磁性材料的初始磁化率，I_s表示單晶鐵磁體高斯系數，λ₁₀₀表示單晶鐵磁體磁致伸縮系數，K₁表示磁晶各向異性常數，σ_θ、σ_t分別表示管道的徑向和軸向應力，x₀、I_s、λ₁₀₀、K₁均為常數；σ_θ和σ_t根據管道壓力的變化改變，分別根據以下公式計算：

σ_t＝P·D/2·S₀……(5)

σ_θ＝P·D/4·S₀……(6)

其中，P為內壓力，單位為MPa，D＝(D₀+D₁)/2，D為管道的平均直徑，D₀為管道外徑，D₁為管道內徑，S為壁厚，單位為mm；P、D₀、D₁和S₀均為已知量，由分輸站的管道參數技術表提供；

dv表示應力集中區內的橫截面的體積，根據管道直徑計算得到，H_x、H_y和H_z分別表示X軸、Y軸、Z軸方向上的磁場強度，由以下公式計算：

Hx=|H|·cosθ·cosIHy=|H|·sinθ·cosIHz=|H|·sinI...(7)]]>

其中，H表示磁力計測量到的磁感應強度，θ表示管道走向與磁北的夾角，由地域決定，I表示地磁傾角，θ和I均實測得到；

將地磁要素代入磁偶極子空間磁場表達式得到應力集中區內的橫截面在XOZ平面中的測點M₀(x,0,z)處所產生的附加磁場磁感應強度分量表達式；其中，所述附磁偶極子空間表達式為公式(3)；

將公式(7)代入公式(3)，并令y＝0，得到所述附加磁場磁感應強度分量表達式為：

Bx=μr2μr+1·50x02Is2λ100(10Is2+2x0K1)2·μ0|H|4πr5·σθ·[(3x2-r2)·cosI·sinθ-3xz·sinI]·dvBy=2μr2μr+1·50x02Is2λ100(10Is2+2x0K1)2·μ0|H|4πr3·στ·cosI·cosθ·dvBz=μr2μr+1·50x02Is2λ100(10Is2+2x0K1)2·μ0|H|4πr5·σθ·[3xz·cosI·sinθ+(r2-3z2)·sinI]·dv...(8)]]>

將公式(8)中的各附加磁場磁感應強度分量B_x、B_y、B_z分別對x求導，得到X軸、Y軸和Z軸方向的三分量水平梯度B_xx、B_yx和B_zx：

Bxx=μr2μr+1·50x02Is2λ100(10Is2+2x0K1)2·μ0|H|4π·σθ·[(9xr2-15x3)cosI·sinθ+(15x2z-3zr2)sinIr7]·dvByx=-2μr2μr+1·50x02Is2λ100(10Is2+2x0K1)2·μ0|H|4πr5·στ·cisI·cosθ·3x·dvBzx=μr2μr+1·50x02Is2λ100(10Iss+2x0K1)2·μ0|H|4π·σθ·[(3zr2-15x2z)cosI·sinθ+(15xz2-3xr2)sinIr7]·dv...(9)]]>

利用公式(9)繪制出三分量水平梯度沿管道軸向的變化規律曲線。