基于ACFM的隔水管表面裂纹链式阵列检测探头设计与试验研究

doi:10.3901/JME.2017.08.008

机械工程学报 ›› 2017, Vol. 53 ›› Issue (8): 8-15.doi: 10.3901/JME.2017.08.008

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基于ACFM的隔水管表面裂纹链式阵列检测探头设计与试验研究

李伟¹, 袁新安¹, 陈国明¹, 葛玖浩¹, 贾廷亮², 姜永胜³

1. 中国石油大学(华东)海洋油气装备与安全技术研究中心青岛 266580；
2. 中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司天津 300457；
3. 海洋石油工程股份有限公司天津 300401

出版日期:2017-04-15 发布日期:2017-04-15
作者简介:
李伟，男，1980年出生，博士，副教授。主要研究方向为海洋油气设备安全检测技术，传感器设计及其系统仿真。
袁新安(通信作者)，男，1990年出生，博士研究生。主要研究方向为电磁无损检测技术，系统仿真及信号处理技术。
E-mail：xinancom@163.com
陈国明，男，1962年出生，教授，博士研究生导师。主要研究方向为海洋油气开采安全保障技术、石油装备安全可靠性工程、计算机辅助机械工程。E-mail：offshore@126.com
基金资助:
* 国家自然科学基金(51574276)、中央高校基本科研业务费专项资金(15CX05024A)、山东省自然科学基金英才基金(ZR2015EM009)和国家重点研发计划(2016YFC0802300，2016YFC0303800)资助项目; 20160322收到初稿，20161219收到修改稿;

Research on the Detection of Surface Cracks on Drilling Riser Using the Chain Alternating Current Field Measurement Probe Array

LI Wei¹, YUAN Xinan¹, CHEN Guoming¹, GE Jiuhao¹, JIA Tingliang², JIANG Yongsheng³

1. Center for Offshore Equipment and Safety Technology， China University of Petroleum， Qingdao 266580;
2. Ener Tech-Safety & Environmental Protection Co.， CNOOC， Tianjin 300457;
3. Offshore Oil Engineering Co.， Ltd.， Tianjin 300401

Online:2017-04-15 Published:2017-04-15

摘要/Abstract

摘要：

隔水管是海洋钻井的关键设备，由于经受复杂交变应力和腐蚀环境，隔水管很容易产生应力腐蚀裂纹。针对海洋钻井隔水管应力腐蚀裂纹的特点，提出一种基于交流电磁场检测(Alternating current field measurement，ACFM)的链式阵列检测探头，建立针对隔水管表面裂纹的ACFM仿真模型，提取裂纹特征信号并分析U形载流磁心激励区域和裂纹区磁场影响范围，为阵列探头设计提供理论支持，在此基础上利用巨磁电阻(Giant magneto resistance，GMR)传感器设计基于ACFM的隔水管表面裂纹链式阵列探头检测系统，并开展隔水管裂纹检测试验。仿真和试验结果表明：单个U形磁心的激励区域为+/-40 mm，阵列激励磁心的设计间距应不大于80 mm;裂纹上方畸变磁场影响区域为+/-5 mm，传感器排布间距应不大于10 mm;利用GMR传感器设计的链式阵列ACFM探头可快速大面积定量、定位检测隔水管表面裂纹。

关键词: 隔水管, 巨磁电阻, 链式, 应力腐蚀裂纹, 交流电磁场检测

Abstract:

Drilling riser is a critical component in offshore oil & gas industry. Due to the complicated alternating stress and corrosive environment, stress corrosion cracking (SCC) is the common defect on drilling riser in service. A novel chain alternating current field measurement (ACFM) probe array is proposed to detect surface cracks on drilling riser. The finite element method (FEM) is presented for analyzing the characteristic signal of surface crack. The space between the U-shaped excitation yoke and detecting sensor is determined by simulation. Based on the results of simulation, the chain ACFM probe with giant magneto resistance (GMR) sensor array system is set up and the drilling riser surface crack detection experiment is carried out. The results show that the maximum spacing of U-shaped excitation yoke and sensor array is 80 mm and 10 mm respectively. Furthermore, the chain ACFM probe with GMR sensor array system can detect and locate the surface cracks on drilling riser rapidly and quantitatively with a single pass scanning.

Key words: chain, drilling riser, GMR, SCC, ACFM

李伟, 袁新安, 陈国明, 葛玖浩, 贾廷亮, 姜永胜. 基于ACFM的隔水管表面裂纹链式阵列检测探头设计与试验研究[J]. 机械工程学报, 2017, 53(8): 8-15.

LI Wei, YUAN Xinan, CHEN Guoming, GE Jiuhao, JIA Tingliang, JIANG Yongsheng. Research on the Detection of Surface Cracks on Drilling Riser Using the Chain Alternating Current Field Measurement Probe Array[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(8): 8-15.

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基于ACFM的隔水管表面裂纹链式阵列检测探头设计与试验研究

Research on the Detection of Surface Cracks on Drilling Riser Using the Chain Alternating Current Field Measurement Probe Array

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