基于磁异常信号的油田地下管线探测方法.pdf

《基于磁异常信号的油田地下管线探测方法.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、大庆石油学院学报第35卷第6期2011年12月JOURNALOFDAQINGPETROLEUMINSTITUTEVo1．35No．6Dec．2011基于磁异常信号的油田地下管线探测方法龚大利1,2，张嵩，李辉，刘得军(1．中国石油大学(北京)地球物理与信息工程学院，j￡京102249；2．中国石油昆仑合燃压缩气有限公司，安徽合肥230075)摘要：在油田开发过程中，为准确检测输油、输气、输水管线及光缆、电缆的分布、走向及埋藏深度，提出基于磁异常信号的地下管线探测系统：首先，根据磁异常信号探测原理，建立地球磁场模型，进行管线探测系统的软、硬件设计；其次，通过改

2、变扫描时间间隔和探测方向，利用管线探测系统探测地下管线并分析探测结果；最后，分析地球磁场探测数据成像结果，验证管线探测系统对地下可疑物探测的有效性．现场结果表明，管线探测系统对地下管线的探测精度可达94．5以上，具有探测精度高以及实时可视化探测等特点．关键词：磁异常信号；油田地下管线；管线探测系统；可视化探测；地球磁场模型中图分类号：TE862；TP391文献标识码：A文章编号：1000—1891(2011)06—0102—050引言随着我国经济的不断发展和城市化进程的不断加快，密布于城市各个角落的地下管线错综复杂，在施工过程中经常出现打漏管线现象，进而造成

3、漏水、漏气、停电等事故．因此，开展地下管线的相关探测理论研究具有重要的现实意义．人们对地表天然磁场的理论和应用研究不断深入．自20世纪6O年代起，LabsonVF等进行关于音频范围内天然地磁场理论研究；随后RomashetsE，MontelliR等发表有关研究成果和应用专利．近年来，我国高校和科研院所也相继开展相关理论及实际应用研究，其中基于地磁异常的埋地管线探测方法就是在这种背景下提出的．传统的埋地管线探测包括磁力法、电磁感应法、磁共振法、超导效应法、磁通门法、磁光效应法、磁阻效应法等_4．这些方法在特定环境下具有一定的探测效果，但存在探测深度有限，容易受

4、到现场其他电磁信号干扰，探测信号处理困难等问题，也不便于对探测结果进行可视化成像显示，进而直观反映管线的位置及其走向．通常情况下，在均匀土壤介质中地磁场强度是一定的．当土壤中存在金属管线和其他磁性物质时，将改变地磁场的均匀分布，产生磁异常信号．通过扫描、采集、处理、分析地下管线磁异常信号，可以得到反映地下管线性质的数据．笔者提出基于磁异常信号的地下管线探测系统．该系统通过采集天然磁场信号，经过处理得到反映磁异常的数据，由显示系统进行三维数据成像显示，具有操作简便、精度高、抗干扰能力强等特点．1磁异常信号探测原理地球在空间产生的磁场即地磁场．地磁场强度很弱，平

5、均约为0．5Gs，可以分为内源场和外源场部分．内源场起源于地表以下的磁性物质和电流，可以分为地核场和地壳场．地核场又被称为主磁场，是由地核磁流体发电过程产生的[1；地壳场又被称为局部异常磁场，是由地壳磁性岩石产生的．除此之外，内源场还包括外部变化磁场在地球内部的感应场．外源场起源于地表以上的空间电流体系，它们主要分布在电离层、磁层和行星际空间，随时间变化较快，所以外源磁场通常被称为变化磁场．收稿日期：2011一O7—28；审稿人：张颖；编辑：任志平基金项目：国家自然科学基金项目(41074099)作者简介：龚大利(1970-)，男，在站博士后，高级工程师，主

6、要从事油田地下管线探测技术和油气储运工程方面的研究·102·第6期龚大利等：基于磁异常信号的油田地下管线探测方法地核主磁场部分占总磁场的95以上，局部异常场占4，外源变化磁场占1．地磁探测需要的是地球磁场的变化分量，即局部异常场E．1．1地球磁场模型人们提出多种地球磁场模型，其中高斯球谐模型最被认可．假设存在1个标量【，，使得AT—Hxcos(x，to)+Hycos(y，t0)+ZCOS(Z，to)．(1)根据地球磁场的属性，标量己，定义为磁势，满足拉普拉斯方程：U一0．(2)假设地球是半径为a的球体，在以球心0为原点的球坐标系中，极轴取为地球自转轴并指向北

7、极，r为球心0至测点P的距离，为余纬度，为经度，则式(2)的球坐标形式为13(r)+志删au)+1-o．㈤式(3)的通鹪为u(，-，，)一∑∑『者(acosma+b7sinma)+(c~cos+sinma)]P(cos)，(4)式中：n，，c，为待定系数；(COS)为缔合勒让德函数．施密特定义为c刚)一f．2·]即)(c。s(5)=O；其中，一／m．1l，、U·式(5)可以改写为u(r，0，)一∑∑『者(Acos+B~sinrna)+(ccOSrna+D：sinrna)]P(cos)，(6)式中~AT=a：／r_2·]；B，，D和6，c，dr：的对应关系与A

8、：：l和口的关系相同．在习惯／l上，需要把系数A，B