64889

ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ТЕХНІЧНОГО ДІАГНОСТУВАННЯ БУРИЛЬНИХ ТРУБ В ПРОЦЕСІ ЇХ ЕКСПЛУАТАЦІЇ

Автореферат

География, геология и геодезия

Технічне діагностування ТД труб нафтогазового сортаменту як один із ефективних засобів забезпечення їх експлуатаційної надійності є невід’ємною складовою частиною технології спорудження й експлуатації глибоких свердловин на нафту і газ.

Украинкский

2014-07-15

625.5 KB

2 чел.

PAGE  22

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара

Клименко Сергій Михайлович

УДК 519.25:620.179.1:622.053

ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ТЕХНІЧНОГО ДІАГНОСТУВАННЯ БУРИЛЬНИХ ТРУБ В ПРОЦЕСІ ЇХ ЕКСПЛУАТАЦІЇ

Спеціальність 05.13.06 Інформаційні технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2010


Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Дніпропетровському національному університеті ім. О. Гончара Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: 

доктор технічних наук, професор Малайчук Валентин Павлович, Дніпропетровський національний університет ім. О. Гончара, професор кафедри радіоелектронної автоматики.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Мороз Борис Іванович, Академія митної служби України, декан факультету інформаційних та транспортних систем і технологій;

кандидат технічних наук, доцент Гнатушенко Вікторія Володимирівна, Національна металургійна академія України, доцент кафедри інформаційних технологій і систем.

Захист відбудеться « 23 » вересня 2010 р. о 16 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К08.051.01 при Дніпропетровському національному університеті ім. О. Гончара за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 35, корп. 3.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Дніпропетровського національного університету ім. О. Гончара за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, вул. Козакова, 8.

Автореферат розісланий “ 20 серпня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради                                                                                     Т.Г. Ємел’яненко


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Технічне діагностування (ТД) труб нафтогазового сортаменту, як один із ефективних засобів забезпечення їх експлуатаційної надійності, є невід’ємною складовою частиною технології спорудження й експлуатації глибоких свердловин на нафту і газ. Особливо важливе значення має періодичне діагностування бурильних труб, відмови яких супроводжуються тривалими простоями, складними аваріями, а іноді і втратою свердловини. Тому актуальною науково-технічною задачею є удосконалення методів обробки вимірів в системах ТД бурильних труб і формування даних для підтримки прийняття рішень про їх стан.

Над вирішенням питань розробки інформаційних технологій для побудови систем ТД різних об’єктів працювали багато дослідників, серед яких найбільш відомими є праці таких вчених, як С.М. Маєвський, І.П. Білокур, В.П. Малайчук, О.М. Петренко, О.В. Мозговой, О.М. Карпаш, Я.М. Зінчак, В.О. Троїцький та інші. Але, разом з тим, створення сучасних автоматизованих систем ТД бурильних колон, в яких виміри отримують в динамічному режимі, ставить нові задачі перед дослідниками.

Проведений огляд стану інформаційного забезпечення автоматизованого ТД бурильних труб свідчить про те, що існуючі інформаційні технології не забезпечують ефективної обробки вимірів контролю, яка б гарантувала надійне виявлення дефектів. Труднощі створює вплив неконтрольованих факторів: суб’єктивний характер настройки дефектоскопа та оцінки інформативних ознак, випадкові зміни якості акустичного контакту. Достовірність рішень про стан труб обмежується недостатньою інформативністю даних для підтримки їх прийняття, залежністю від кваліфікації і досвіду операторів та відсутність реальних еталонних дефектних ділянок труб, що позначається на настройці дефектоскопів. Інформація про стан кожної із проконтрольованих труб міститься у вибірці вимірів прийнятих сигналів. Проте, з отриманого їх масиву витягується тільки частина інформації про стан об'єкту контролю, тому дефектометрія обмежується приблизними оцінками величини і координат дефектних ділянок. У задачах моніторингу при повторному ТД одного і того ж об'єкту практично не використовуються результати попереднього, оскільки виміри не запам’ятовуються.

Витрати часу на діагностування труб можуть бути зменшені, а інформативність значно підвищена, якщо використовувати двохетапну технологію ТД. При цьому на першому етапі застосовувати динамічний контроль і запам’ятовувати виміри двох луна-сигналів (від дефектів та донного), на другому – їх безеталонну обробку, використовуючи можливості сучасних комп’ютерних технологій, і порівнювати з результатами обробки попередніх вимірів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Результати дисертаційної роботи отримані автором в рамках науково-дослідних робіт, що здійснювались Полтавським відділенням Українського державного геологорозвідувального інституту, при виконанні держбюджетної теми 5ПВ ”Удосконалити технологію і технічні засоби спорудження геологорозвідувальних свердловин на нафту і газ з метою спрощення їх конструкції“, розділу ”Розробити технічний засіб цифрової обробки сигналів і реєстрації даних ультразвукового контролю труб нафтогазового сортаменту та елементів бурового обладнання“, держреєстраційний № 0102U002924 та держбюджетної теми за договором № 1-99/20 ”Розробити мікропроцесорний ультразвуковий дефектоскоп для контролю бурильних і обсадних труб на трубній базі“, держреєстраційний № 0198U001957, а також Дніпропетровським національним університетом ім. О. Гончара при виконанні держбюджетної теми № 6-174-08 ”Інформаційно-вимірювальні технології неруйнівного контролю та моніторингу відповідальних об’єктів машинобудування, енергетики та транспорту“, держреєстраційний № 0108U000639.

Мета і завдання дослідження

Метою роботи є удосконалення і впровадження в практику бурових робіт сучасних інформаційних технологій обробки вимірів ультразвукового технічного діагностування і формування даних для підтримки прийняття рішень в задачах моніторингу стану бурильних труб при їх експлуатації.

Завдання досліджень:

1) розробка математичних моделей вимірів ультразвукових сигналів на основі статистичних закономірностей, які описуються законами розподілу ймовірностей і кореляційними функціями вимірів;

2) оцінка потенційних можливостей інформаційної технології виявлення дефектних ділянок труб на основі оптимальних методів статистичної теорії розпізнавання образів;

3) розробка методу обробки вимірів в задачах безеталонного ультразвукового технічного діагностування бурильних труб на основі критеріїв Неймана-Пірсона і мінімуму умовного середнього ризику та оцінка його ефективності;

4) розробка методу формування даних для підтримки прийняття рішень в задачах моніторингу бурильних труб в процесі їх експлуатації;

5) статистичний аналіз і обробка експериментальних вимірів ультразвукових сигналів, оцінка працездатності і ефективності методів обробки вимірів шляхом проведення обчислювальних експериментів.

Об'єкт дослідження – двохетапна технологія ультразвукового технічного діагностування і моніторингу бурильних труб в процесі спуско-підіймальних операцій.

Предмет дослідження – інформаційні технології обробки вимірів і формування даних для підтримки прийняття рішень в задачах ультразвукового технічного діагностування і моніторингу бурильних труб в процесі їх експлуатації.

Методи дослідження. Основні науково-практичні результати отримані на основі положень статистичної теорії розпізнавання образів, статистичного багатовимірного аналізу, математичних методів статистики, теорії оптимальних статистичних висновків і комп’ютерних обчислювальних експериментів. 

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Вперше запропоновано, досліджено і реалізовано новий двоканальний метод вимірювання та комплексної цифрової обробки вимірів для зменшення впливу модулюючих (контактних) перешкод, що дозволило підвищити ефективність ультразвукового технічного діагностування лінійних довгомірних об'єктів в 1,5-2 рази.

2. Запропонований і реалізований новий двохетапний метод технічного ультразвукового діагностування бурильних труб в процесі спуско-підіймальних операцій із запам'ятовуванням вимірів відбитих сигналів по всій контрольованій довжині труби на першому етапі і їх обробкою на другому етапі, що дозволило підвищити інформативність результатів обробки і даних про стан труб.

3. Запропонований новий безеталонний метод обробки вимірів в задачах виявлення дефектів за критеріями Неймана-Пірсона та мінімуму умовної вартості прийняття помилкових рішень (умовного середнього ризику), що дозволило отримати оцінку дефектності труб в умовах апріорної невизначеності вхідних даних.

4. Розроблено та досліджено новий метод оцінки дефектності труб та виявлення змін статистичних закономірностей вимірів інформативних сигналів шляхом сумарно-різницевого вейвлет-перетворення вимірів, виділення, аналізу і порівняння низькочастотних та високочастотних складових в задачах моніторингу бурильних труб на основі багатопорогового метода виявлення дефектів та непараметричних рангових критеріїв Клотца і Буша-Вінда.

5. Досліджена чутливість непараметричних критеріїв до змін статистичних закономірностей вимірів, отримані градуювальні функції, які описують зв’язки між критеріями та змінами параметрів і законів розподілу ймовірностей вимірів. Запропоновано новий метод формування даних для підтримки прийняття рішень про стан проконтрольованих труб шляхом аналізу і узагальнення результатів їх моніторингу, які містять і визначають динаміку дефектності труб (координати дефектів, їх інтенсивність та розміри) та зміни їх фізико-механічних характеристик.

Практичне значення одержаних результатів. Наукові результати дисертаційної роботи направлені на удосконалення систем ультразвукового технічного діагностування бурильних труб в процесі їх експлуатації.

1. Використання двохетапної технології ультразвукового діагностування бурильних труб дозволяє зменшити витрати часу на вимірювання та підвищити кількість і якість отримуваної інформації для прийняття рішень щодо їх придатності до подальшої експлуатації.

2. Застосування нового методу безеталонної обробки вимірів за критеріями Неймана-Пірсона і умовного середнього ризику дозволяє формувати оптимальні вирішальні правила дефектоскопії труб в умовах нестачі апріорної інформації.

3. Нова двохетапна безеталонна інформаційна технологія обробки вимірів дозволяє здійснювати ультразвукове ТД великої кількості однотипних бурильних труб (бурильної колони) з різними паспортними даними або відсутнім маркуванням і уникнути труднощів у виборі еталонів для настройки дефектоскопів.

4. Застосування методу виявлення змін статистичних закономірностей вимірів ультразвукових сигналів від дефектів та структурного шуму шляхом їх сумарно-різницевого вейвлет-перетвореня, виділення, комп’ютерного аналізу і порівняння їх низькочастотних і високочастотних складових дозволяє сформувати базу даних про стан бурильних труб в процесі їх експлуатації.

Результати дисертаційної роботи впроваджені в НАК ”Надра України“  ДП ”Чернігівнафтогазгеологія“ , ТОВ “Флокс-Україна“ та в навчальний процес кафедри радіоелектронної автоматики Дніпропетровського національного університету. З їх застосуванням розроблено установки “УЗД-комплекс“ та “ПДУ-Комплекс“ для автоматизованого ультразвукового ТД і моніторингу технічного стану бурильних труб в процесі буріння свердловин на нафту та газ.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків, базується на використанні положень теоретичних основ інформаційних технологій обробки вимірів в задачах розпізнавання образів, математичних методів статистики. Теоретичні дослідження підтверджені результатами обчислювальних та лабораторних експериментів.

Наукове значення роботи полягає у привнесенні нового вкладу в розвиток теоретичних основ проектування інформаційних технологій ультразвукового ТД.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є закінченим, самостійно виконаним науковим дослідженням. У працях, виконаних у співавторстві, особистий внесок здобувача полягає в такому: сформульовано математичну постановку задачі оптимальної обробки вимірів, запропоновано метод їх адаптивної обробки в задачах ТД труб [4, 17]; розроблено метод формування статистичних портретів труб, що містять показники їх стану, отримані через обробку вимірів [5, 18]; запропоновано алгоритми обробки вимірів ультразвукових сигналів для оцінки герметичності різьбових з'єднань труб [6]; запропоновано комплексне використання критеріїв оцінки якості об’єктів контролю як за співвідношенням сигналів від дефекту і донного, так і за їх відхиленням від заданих рівнів порогів порівняння та алгоритм його реалізації [7]; запропоновано спосіб контролю якості акустичного контакту та схему його використання [8, 14]; запропоновано спосіб безеталонного виявлення місць розташування дефектів [9]; розроблено алгоритм статистичної обробки сигналів рішень за їх визначеною кількістю в заданій послідовності посилань зондувальних імпульсів [10, 11]; запропоновано метод обробки вибірок вимірів ультразвукових сигналів для виявлення і оцінки показників аномальних ділянок труб [12]; розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення системи моніторингу труб нафтогазового сортаменту в процесі їх експлуатації [15]; на статистичній моделі вимірів досліджено вплив модулюючої перешкоди на ефективність обробки вимірів одно і двоканального дефектоскопа [16]; запропоновано метод документування результатів ультразвукового ТД труб [19].

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати досліджень і положень дисертаційної роботи доповідались на наукових конференціях:

– Національній науково-технічній конференції і виставці ”Неруйнівний контроль та технічна діагностика”, (Київ, 2003, 2006, 2009)

– щорічній міжнародній конференції “Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики”, (Ялта, 2003–2009) 

Публікації. Результати дисертації відображені у 21 публікації: 6 статей у провідних фахових журналах (3 із них без співавторів), 1 стаття в збірнику наукових праць, 2 авторських свідоцтва на винахід, 1 патент України на винахід, 11 тез доповідей в матеріалах науково-технічних конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Вона містить 189 сторінок, із них 142 сторінки основного тексту, 15 рисунків і 4 таблиці на окремих 13 аркушах, список використаних джерел з 87 найменувань на 11 сторінках, 4 додатки на 23 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, зазначений зв'язок роботи з науковими програмами і темами, сформульовані мета та визначено задачі дослідження, висвітлено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, подано відомості про особистий внесок здобувача, апробацію та публікації.

В першому розділі розглянуто стан інформаційного забезпечення ТД бурильних труб. Дана оцінка його можливостей, показані недоліки та визначено шляхи удосконалення методів обробки вимірів дефектоскопа і формування даних для підтримки прийняття рішень в задачах ультразвукового діагностування труб.

Проведений аналіз показав, що існуючі інформаційні технології обробки вимірів ультразвукового діагностування мають обмежені можливості для підвищення інформативності і забезпечення необхідної достовірності прийняття рішень, яка залежить від неконтрольованих факторів, а саме: суб’єктивного характеру оцінки дефектності труб, впливу змін акустичного контакту, що спонукає модуляцію відбитих сигналів. Методи обробки вимірів і формування даних для підтримки прийняття рішень в задачах ультразвукового ТД і моніторингу бурильних труб потребують удосконалення.

Обґрунтовано математичну модель вимірів ультразвукових сигналів. Показано, що виміри являють собою послідовності дискретних випадкових величин , формуються корисними луна-сигналами , модулюючою перешкодою  та вимірювальним шумом  і визначаються за виразом

.

Визначено статистичні моделі трьох складових вимірів: гамма-розподіл для сигналів, відбитих від дефекту, бета-розподіл для модулюючої перешкоди та закон розподілу ймовірностей Релея для вимірювального шуму. На основі цих моделей і вирішального правила за критерієм Неймана-Пірсона досліджено вплив перешкод на ефективність обробки вимірів і виявлення сигналів від дефектів. Встановлено, що в порівнянні з модулюючою перешкодою, яка спонукає до зменшення ймовірності правильного виявлення дефекту в два і більше рази, вимірювальний шум на цю оцінку ефективності суттєво не впливає.

Для усунення впливу модулюючих перешкод вперше запропоновано нову інформаційну технологію – обробку відношення вимірів луна-сигналів від дефекту і донного . Досліджено її потенційні можливості виявлення дефектних ділянок труб. Встановлено, що обробка відношення вимірів дозволяє зменшити вплив модулюючої (контактної) перешкоди і підвищити ефективність виявлення дефектів в 1,5-2 рази. Як інформативний параметр контролю, відношення містить інформацію про величину дефекту, в певних межах не залежить від динамічних змін луна-сигналів, є ефективним параметром для обробки в автоматизованих систем ТД. Виходячи з актуальності задачі удосконалення інформаційних технологій ультразвукового ТД бурильних труб та визначених шляхів її вирішення сформульовано мету і задачі дослідження.

Другий розділ присвячено розробці, дослідженню ефективності і оцінці можливості реалізації оптимальної обробки вимірів в системі ТД труб. Математичну задачу розпізнавання стану об’єкту контролю сформульовано на основі критерію мінімуму умовної вартості прийняття помилкових рішень. Для оцінки її середнього значення одержана формула

,   (1)

де  і  – ймовірності находження труби в стані норми N, чи браку Б,

і   вартість втрат за помилкові рішення “норма-брак“ (), “брак-норма“ (),

,  і  – умовні ймовірності прийняття правильних (,) і помилкового () рішень на бездефектних (Н) та дефектних (D) ділянках,

 – постійна, яка залежить тільки від апріорних даних,

М – число ділянок контролю.

Із умови мінімуму виразу (1) отримана умова для оптимального вирішального правила: рішення про стан кожної ділянки труби повинні прийматися таким чином, щоб різниця

була максимальною і більшою за нуль. При використанні для опису статистичних закономірностей вимірів ділянок труби в стані D і стані Н багатовимірних умовних законів розподілу ймовірностей  і  оптимальне вирішальне правило має вигляд нерівності

,

де функція відношення правдоподібності,

– вибірка (вектор) вимірів,

– оптимальний поріг порівняння за критерієм мінімуму середньої вартості прийняття помилкових рішень кожної ділянки.

Потенційні можливості методу обробки вимірів і виявлення дефектних ділянок за цим правилом досліджено на моделях одномірних законів гамма-розподілів вимірів  дефектного і  донного каналів. Шляхом їх функціонального перетворення одержано вирази умовних законів розподілу  і  відношення вимірів  та визначено вираз функції відношення правдоподібності .

Розглянуто два способи формування оптимальних функцій рішень в задачах виявлення точкового дефекту від якого відбивається n луна-сигналів:

1) цифрове інтегрування числа перевищень відношення правдоподібності порогу ;

2) формування відношення правдоподібності для середніх значень n вимірів сигналів, відбитих від елементарної дефектної і бездефектної ділянок.

Досліджено ефективність вирішального правила виявлення одиночних вимірів луна-сигналів від дефекту, яке сформовано у вигляді нерівності , або , де  – поріг порівняння, що визначається з рівняння . Встановлено, що збільшення відношення сигнал-шум в 1,5-2 рази одному із каналів прийому сигналів призводить до збільшення ймовірності правильного виявлення дефекту близько на 10%. У той же час, таке збільшення відношення сигнал-шум  в дефектному каналі зменшує ймовірність помилкового виявлення на 25%.

Ефективність виявлення дефектної ділянки за другим способом обробки залежить від відношення сигнал-шум  в донному каналі дефектоскопа, значення порогу  і розміру вибірки . Досліджено вплив цих параметрів на ймовірність правильного і помилкового розпізнавання стану ділянки труби (рис. 1).

Рис. 1. Графіки залежності ймовірності правильного (а, б)

і помилкового (в, г) виявлення дефекту від відношення сигнал-шум :

1 – ;  2 – ;  3 – ;  4 – ;  5 – ;  6 –

Із аналізу графіків (рис. 1) виходить, що одну і ту ж ефективність виявлення дефекту за обробкою вибірок вимірів можна отримати при різних значеннях величини порогу порівняння та настройці каналів прийому сигналів від дефекту та донного. При зменшенні числа відбитих луна-сигналів необхідно збільшувати їх потужність в 1,2-1,6 рази. Для впевненого виявлення дефекту, якщо від нього відбивається 10-60 луна-сигналів, відношення сигнал-шум в дефектному каналі дефектоскопа повинно бути . Встановлено, що між умовними ймовірностями пропуску дефектних труб  та їх перебраковки  при оптимальних вирішальних правилах контролю має місце наступна залежність: чим менша ймовірність перебраковки труб, які знаходяться в стані норми, тим більша ймовірність пропуску бракованих труб.

За отриманими оцінками ефективності оптимальних вирішальних правил виявлення дефектів різної величини встановлено, що при одних і тих же очікуваних ймовірностях виявлення дефектів і при одних і тих же ймовірностях помилкових рішень двоканальний прийом та обробка двовимірних сигналів в 1,5-2 рази ефективніше одноканального. Цей результат пояснюється зменшенням впливу модулюючих перешкод на розпізнавання сигналів від дефектів.

Оптимальна обробка вимірів в задачах виявлення сигналів від дефекту за критерієм мінімуму середнього ризику може бути реалізована лише при відомих значеннях очікуваних параметрів законів розподілу ймовірностей  і , вартості прийняття помилкових рішень, показників якості технології виробництва труб. Ці знання можуть бути отримані за результатами експериментів тільки на відтворених еталонах дефектів труб, створення яких є проблематичним.

У третьому розділі проведено розробку і дослідження ефективності методу обробки вимірів контролю труб за критерієм Неймана-Пірсона в умовах апріорної невизначеності вихідних даних для формування оптимальних вирішальних правил.

Виходячи з критерію мінімуму середнього ризику, величини ймовірності прийняття помилкових рішень ( – ймовірність пропуску труби з дефектом та  – ймовірність перебраковки) повинні бути обмеженими і вирішальне правило можна отримати із умови:

1) при заданій ймовірності перебраковки труб  ймовірність правильного виявлення дефектних труб повинна бути максимальною (критерій Неймана-Пірсона);

2) при заданій ймовірності правильного виявлення дефектних труб ймовірність пропуску бракованих труб  повинна бути мінімальною (модифікований критерій Неймана-Пірсона).

Показано, що пороги порівняння для вирішальних правил виявлення дефектних елементарних ділянок труби визначаються за заданими значеннями ймовірностей  і . Обмеження ймовірності помилкових рішень про стан ділянки труби виходить з виразів

,      .

Встановлено залежність ймовірності перебраковки від порогового значення ймовірності пропуску дефектної труби

З наведеного виразу виходить, що збільшення порогу ймовірності пропуску браку приводить до збільшення ймовірності перебраковки.

Отримано аналітичні вирази для оцінки порогу порівняння та ймовірностей правильного виявлення дефектів в статичному  та динамічному  режимах контролю і проведено порівняльну оцінку характеристик ефективності обробки вимірів за критерієм Неймана-Пірсона (рис. 2).

Рис. 2. Графіки залежності ймовірності виявлення дефектів труб від відношення сигнал-шум

в статичному (а) і динамічному (б) режимах контролю при , :

1 – ;     2 – ;     3 – ;     4 –

Встановлено, що режим вимірювання має суттєвий вплив на ефективність обробки вимірів при одних і тих же значеннях параметрів контролю. Для впевненого виявлення дефекту () при статичному і динамічному контролі в останньому випадку необхідно збільшувати потужність луна-сигналу приблизно в 3-5 раз при  і в 1,5-2,5 рази при .

Порівняльний аналіз ефективності вирішальних правил, в яких функції рішень формуються за методом підрахунку числа вимірів, що перевищили поріг, та методом порівняння з порогом середніх значень вимірів при статичному і динамічному режимах контролю показав, що ефективність обробки за цими методами для кожного із режимів суттєво не відрізняється і її різниця становить близько 5-10%.

Досліджено потенційні можливості виявлення дефектів за модифікованим критерієм Неймана-Пірсона, в якому для формування вирішального правила використано вибірки вимірів, отримані з еталонної дефектної ділянки труби. Характеристики ефективності обробки вимірів в залежності від значень параметрів настройки дефектоскопа n, , ,  приведено на рис. 3.

Рис. 3. Імовірнісні характеристики правильного (а) і помилкового (б) виявлення дефектних ділянок труб за модифікованим критерієм Неймана-Пірсона для різних умов настройки дефектоскопа при , , :    1 – ;   2 – ; 3 – ;   4 –  

Порівняльний аналіз отриманих характеристик розпізнавання дозволив зробити такі висновки:

1) при настроюванні дефектоскопа на виявлення дефектів з сигналами малої інтенсивності () матиме місце значна перебраковка труб;

2) при настроюванні дефектоскопа на виявлення дефектів з сигналами середньої інтенсивності () істотно збільшується ймовірність пропуску малих дефектів;

3) ефективність контролю залежить від потужності донного сигналу;

4) реальний поріг порівняння є випадковою величиною, залежить від досвіду оператора і буде змінюватись при кожному настроюванні.

Для практичного застосування методу обробки вимірів за критерієм Неймана-Пірсона запропоновано нову двохетапну технологію ТД бурильних труб, що включає запам’ятовування вимірів відбитих сигналів по всій контрольованій довжині труби на першому етапі і їх обробку на другому етапі. Для обробки вимірів ультразвукового ТД комплекту однотипних бурильних труб (бурильної колони) розроблено нову безеталонну інформаційну технологію, до якої входить метод адаптивної обробки вимірів, що містить послідовність таких кроків.

1. Визначають першу оцінку порогу

.

де  – середнє значення вибірки.

2. Формують першу оцінку функції рішень і виділяють шумові складові з вибірки середніх .

3. Уточнюють оцінку параметрів  і  і визначають поріг

,       ,          .

4. Обчислення припиняють, якщо на j-му кроці буде виконана умова

,

і визначають поріг порівняння таким, що дорівнює .

5. Формують поточну функцію рішень і функцію виявлення дефектних ділянок

   і    .

Метод обробки вимірів за критерієм Неймана-Пірсона, в якому для визначення порогів порівняння і формування вирішальних правил використано еталонні вибірки вимірів об’єктів контролю в стані норми та браку реалізовано двома способами. За першим способом здійснюється обробка безпосередньо занесених в пам'ять комп’ютера цифрових послідовностей вимірів луна-сигналів від дефекту  і донного , за другим – їх усереднених значень в межах рухомого вікна. Для зменшення кількості помилкових рішень застосовано двопорогове вирішальне правило. На першому кроці функцію рішень формують за кожним виміром шляхом його порівняння з порогом, на другому кроці рішення про стан ділянки труби приймають за числом вимірів, що перевищили поріг в межах рухомого вікна.

Ефективність методу обробки вимірів досліджено за допомогою створеної комп’ютерної математичної моделі обробки, візуалізації та аналізу результатів контролю труб. Порівняльний аналіз результатів обчислювального експерименту показав, що для обох способів обробки вимірів їх ефективність в умовах дії модулюючих перешкод в 1,5-2 рази більша за обробкою вибірки відношення сигналів.

Запропоновано метод формування статистичних портретів контрольованих труб, що містять кількісні показники: середні значення вибірок вимірів та вибіркові дисперсії на дефектних і бездефектних ділянках, інтегральну відносну довжину дефектів, з визначенням координат кожного, і візуальну інформацію – графіки гістограм вимірів і функцій рішень, що характеризують технічний стан труби. Їх аналіз дозволяє оператору отримати необхідні дані для підтримки прийняття достовірного рішення про придатність або відбракування труби.

В четвертому розділі дисертації проведено розробку інформаційної технології моніторингу стану бурильних труб в процесі їх експлуатації. Запропоновано безеталонну інформаційну технологію рішення цієї задачі шляхом порівняння вимірів першого контролю нової бездефектної труби з вимірами цієї ж труби при кожному наступному контролі в процесі спуско-підіймальних операцій. Виміри сигналів  і  дефектного і донного каналів дефектоскопа нормуються і шляхом простого вейвлет-перетворення виділяються низькочастотні  та високочастотні  і  складові

,     ,     .

Такі перетворення дозволяють зменшити вплив контактних перешкод і збільшити відмінність між значеннями  на дефектних та бездефектних ділянках. Вибірки вимірів ,  і  нової труби є її еталонами і використовуються для порівняння з результатами періодичного контролю в процесі буріння свердловини. Шляхом обробки цих вимірів в процесі моніторингу вирішуються дві задачі: 1) оцінка дефектності труби; 2) оцінка змін її фізико-механічних характеристик.

Запропоновано багатопороговий метод оцінки дефектності кожної ділянки труби шляхом обробки низькочастотних складових вимірів на основі критерію мінімуму умовного середнього ризику та Неймана-Пірсона. Показано, що зменшення помилкових рішень ”норма-дефект“ і помилок в оцінці розмірів дефектних ділянок можна досягти, якщо обробляти оцінки середніх значень, отримані шляхом сумарного вейвлет-перетворення при його повторенні до одержання на кожній із М ділянок труби по два середні значення.

Розроблено метод формування порогів розпізнавання дефектних напівділянок. Пороги розпізнавання  дефектної напівділянки з очікуваними значеннями  і початковим значенням допустимої ймовірності помилки  визначаються за формулою

,

де  – поріг порівняння, визначений із рівняння , і –середні значення  на дефектних і бездефектних напівділянках труби,

– номер дискретного значення , =0,1,2,...,,

– дисперсія середніх значень ,

– поріг порівняння за критерієм Неймана-Пірсона, визначений за заданою ймовірністю перебраковки із рівняння

.

Функція рішення про стан m-ї напівділянки має такий вигляд

,     .

Рішення про наявність дефекту на і-й елементарній ділянці, , визначається як добуток функції рішень на двох сусідніх напівділянках у вигляді двійкової функції рішень, що містить кількісну інформацію про ступінь дефектності труби

.

Порівняльний аналіз ефективності розпізнавання потенційних дефектних напівділянок труби за критеріями мінімуму умовного середнього ризику і Неймана-Пірсона показав, що застосування першого критерію дозволяє зменшити ймовірність перебраковки труб в 5-10 рази при майже однакових ймовірностях правильного виявлення дефектів.

Стаціонарність властивостей металу по контрольованій довжині труби оцінюється шляхом перевірки гіпотез про наявність або відсутність тренду в середніх і дисперсіях вимірів періодичного контролю. Для виявлення і оцінки змін низькочастотних складових  і , що відображає структурний шум другого порядку, запропоновано метод порівняння вибірок вимірів і формування вирішальних правил на основі непараметричного критерію зсуву і масштабу Буша-Вінда, а для перевірки гіпотези про зміни властивостей структурних шумів за високочастотними складовими і  – критерію Клотца.

Послідовності значень критеріїв Буша-Вінда і Клотца містять інформацію про стан труби. Якщо вони не змінюються, то приймається рішення про подальшу її експлуатацію. Таке припущення запропоновано перевіряти використовуючи критерії виявлення тренду Фостера-Стюарда і Холіна, наявність якого свідчить про тенденцію погіршення якості труби.

Ефективність використання непараметричних критеріїв в задачах моніторингу перевірено шляхом проведення обчислювальних експериментів на розробленій і програмно реалізованій моделі формування двовимірних вибірок авто і взаємо корельованих випадкових величин. Досліджено чутливість критеріїв Буша-Вінда і Клотца до змін статистичних закономірностей структурного шуму. Встановлено, що критерій Буша-Вінда дозволяє виявляти не тільки зміни параметрів законів розподілу ймовірностей, але і їх види. При  має чутливість до виявлення видів законів Гауса, Лапласа, логістичного. Його потужність до виявлення змін, як середніх так і дисперсій вимірів, підвищується, якщо має місце зсув і зміна масштабу досліджуваних вимірів приблизно в 1,2-1,3 рази. Для вимірів з нормальним законом розподілу вищу чутливість до зміни дисперсій має критерій Клотца.

Для вирішення задачі підтримки прийняття рішення про стан контрольованих труб запропоновано метод формування даних ознак діагностування у вигляді двійкової функції (матриці) рішень та послідовностей показників критеріїв Буша-Вінда, Клотца і Холіна, що дозволяє отримати більш інформативну оцінку дефектності труби та оцінку змін її фізико-механічних характеристик і заздалегідь обґрунтовано визначати тенденцію погіршення її якості.

У п’ятому розділі викладено результати експериментальних досліджень статистичних характеристик вимірів в ультразвуковій системі ТД бурильних труб. Дослідження проведено на створеній експериментальній установці, яка являє собою спеціалізовану інформаційно-вимірювальну систему і реалізує двоканальний цифровий дефектоскоп з функцією контролю акустичного контакту, запам’ятовуванням масивів вимірів контролю, подальшою програмною їх обробкою, документуванням та візуалізацією результатів експерименту.

Шляхом перевірки гіпотез про вид закону розподілу ймовірностей за критерієм xi-квадрат, визначено закон гамма-розподілу для вимірів відбитих ультразвукових сигналів та закону бета-розподілу для модулюючої перешкоди. Вимірювання коефіцієнту акустичного контакту здійснювали за розробленим способом з застосуванням електромагнітного випромінювання інфрачервоного діапазону. За результатами дослідження впливу контактних перешкод на значення вимірів сигналів встановлено їх кореляційну залежність. Значення оцінок коефіцієнту кореляції знаходяться межах від 0,72 до 0,97.

Результати експериментальної оцінки ефективності методу обробки відношення вимірів сигналів підтвердили теоретичні висновки щодо зменшення впливу контактних перешкод на можливість виявлення дефектних ділянок труб і підвищення ефективності обробки в 1,5-2 рази.

У додатках наведено числові значення проміжних обчислень, отриманих залежностей, комп’ютерні моделі вимірів та акти впровадження результатів дисертаційної роботи.

ВИСНОВКИ

В результаті дисертаційних досліджень, виконаних автором, вирішена актуальна науково-технічна задача, яка полягає в розробці та впровадженні нової комп’ютерної інформаційної технології ультразвукового технічного діагностування і формування даних для підтримки прийняття рішень про стан бурильних труб в процесі їх експлуатації. Основні наукові та практичні результати роботи:

1. На основі проведеного аналізу встановлено, що існуючі інформаційні технології ультразвукового ТД бурильних труб не забезпечують ефективної обробки вимірів, яка б гарантувала надійне виявлення дефектів, достовірність рішень про стан труб залежить від неконтрольованих факторів, суб’єктивного характеру настройки дефектоскопа та оцінки результатів контролю, впливу стану акустичного контакту. Перспективним напрямком удосконалення систем діагностування труб є розробка на основі оптимальних вирішальних правил нових ефективних методів обробки вимірів і формування даних для підтримки прийняття рішень про стан труб.

2. На основі аналізу лабораторних експериментів розроблено математичні моделі вимірів ультразвукових сигналів, які описують статистичні закономірності трьох їх складових законом гамма-розподілу для корисного луна-сигналу, бета-розподілу для модулюючої перешкоди та законом розподілу ймовірностей Релея для вимірювального шуму.

3. Вперше запропоновано і досліджено двоканальний метод вимірювання та комп’ютерної цифрової обробки вибірок вимірів в задачах ультразвукового ТД бурильних труб, який дозволяє зменшити вплив модулюючої (контактної) перешкоди і підвищити ефективність виявлення дефектів в 1,5-2 рази.

4. Досліджено ефективність і можливість реалізації оптимальних вирішальних правил ультразвукового ТД на основі критерію мінімуму вартості помилкових рішень. Встановлено, що при одних і тих же очікуваних ймовірностях виявлення дефектів і ймовірностях помилкових рішень двоканальний прийом та обробка двовимірних сигналів за їх відношенням в 1,5-2 рази ефективніше одноканального. Оптимальна обробка вимірів в задачах виявлення сигналів від дефекту може бути реалізована лише при відомих значеннях очікуваних параметрів законів розподілу ймовірностей, вартості прийняття помилкових рішень, показників якості технології виробництва труб.

5. Досліджено потенційні можливості методу обробки вимірів за критерієм Неймана-Пірсона, встановлено залежності ймовірності правильного та помилкового виявлення дефектних ділянок труб від інтенсивності луна-сигналів, отримана формула для визначення порогу порівняння, що дозволило в умовах нестачі вихідних даних формувати близькі до оптимальних вирішальні правила, використовуючи еталонні вибірки вимірів об’єктів контролю в стані норми та браку.

6. Розроблено нову безеталонну інформаційну багатопорогову технологію оцінки дефектності труб за критеріями Неймана-Пірсона та мінімуму умовної вартості прийняття помилкових рішень (умовного середнього ризику), що дозволило формувати вирішальні правила без апріорних знань статистичних закономірностей і параметрів еталонних вимірів і здійснювати ТД великої кількості однотипних бурильних труб (бурильної колони), до складу яких можуть входити труби з різними паспортними даними, відсутнім маркуванням, що спричиняє труднощі у виборі еталону.

7. На основі непараметричних критеріїв зсуву і масштабу розроблено та досліджено новий метод виявлення змін статистичних закономірностей ультразвукових сигналів шляхом сумарно-різницевого вейвлет-перетворення, виділення, аналізу і порівняння низькочастотних і високочастотних вибірок вимірів в задачах моніторингу бурильних труб. Його ефективність підтверджено результатами обчислювальних експериментів на вибірках авто і взаємокорельованих випадкових величин із законами ймовірностей гамма і багатовимірного вектора.

8. Розроблено новий метод формування ознак діагностування для підтримки прийняття рішень про стан проконтрольованих труб, що дозволяє отримати оцінку дефектності труби і змін її фізико-механічних характеристик та заздалегідь обґрунтовано виявляти тенденцію погіршення якості труб.

9. Базуючись на результатах досліджень інформаційної технології ультразвукового технічного діагностування розроблено і впроваджено в ДП ”Чернігівнафтогазгеологія“ НАК ”Надра України“, ТОВ “Флокс-Україна“ портативні дефектоскопічні установки для автоматизованого ультразвукового ТД і моніторингу технічного стану бурильних труб. Ефективність розробок, втілених в діючу апаратуру, підтверджена досвідом її експлуатації в умовах виробництва.

СПИСОК ПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Клименко С.М. Обработка двумерных измерений при ультразвуковом контроле нефтегазовых труб / С.М. Клименко // Системні технології׃ регіон. міжвуз. зб. наук. праць. – Дніпропетровськ: Системні технології, – вип. 3(38) 2005. – С. 53-59.

2. Клименко С.М. Обработка вихретоковых измерений в задачах контроля нефтегазовых труб / С.М. Клименко // Системні технології׃ регіон. міжвуз. зб. наук. праць. – Дніпропетровськ: Системні технології, – вип. 1(36) 2005. – С. 106-112.

3. Клименко С.М. Безэталонная ультразвуковая дефектоскопия труб нефтегазового сортамента / С.М. Клименко // Системні технології׃ регіон. міжвуз. зб. наук. праць. – Дніпропетровськ: Системні технології, – вип. 5(40) 2005. – С. 105-111.

4. Малайчук В.П. Безэталонная обработка измерений в задачах ультразвукового динамического контроля труб / В.П. Малайчук, А.В.Мозговой, С.М. Клименко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. – 2007. № 3. С.33-39.

5. Клименко С.М. Формування бази для моніторингу технічного стану труб нафтогазового сортаменту за результатами вимірювань ультразвукового контролю / С.М. Клименко,                 А.Б. Сарафанюк // зб. наук. праць УкрДГРІ. – К.: Укр ДГРІ, 2007.– № 3. – С. 184-189.

6. Клименко С.М. Спосіб контролю герметичності різьбових з'єднань обсадних колон для нафтових і газових свердловин / С.М. Клименко, В.І.Михайленко, Б.М.Сарафанюк // зб. наук. праць УкрДГРІ. – К.: Укр ДГРІ, 2005.– № 2, – С.201-205.

7. А.С. 1566283 СССР, МКИ G 01 N 29/04. Ультразвуковой дефектоскоп / С.М. Клименко, Б.М. Сарафанюк, В.И. Михайленко (СССР), – № 4415689/25 – 28; заявл. 26.04.88; опубл. 23.05.90. Бюл.№ 19.

8. А.С. 1762222 СССР, МКИ G 01 N 29/00. Способ контроля качества акустического контакта при ультразвуковом контроле / В.И. Михайленко, С.М. Клименко (СССР), –                     № 4881592/28; заявл .03.09.90; опубл.15.09.92. Бюл.№ 34.

9. Пат. 85809 Україна, МПК(2009) G 01 N 29/04, G 01 N 29/00. Спосіб безеталонного виявлення місць розташування дефектів в металевих деталях, що містять дефекти / Клименко С.М., Мозговой О.В., Малайчук В.П.; заявник і патентовласник Клименко С.М., Мозговой О.В., Малайчук В.П. – № а200807837; Заявл. 09.06.08; Опубл. 25.02.09 // Промислова власність. – 2009. – Бюл. № 4, Т. Кн. 1. – С. 3.148.

10. Михайленко В.І. Статистична обробка інформації в процесі ультразвукового контролю / В.І. Михайленко, Б.М. Сарафанюк, С.М. Клименко // Технологія будівництва нафтових і газових свердловин та автоматизація виробничих процесів: зб. наук. праць. – К.: Наукова думка, – 1999. – Вип. 1. – С. 110-115.

11. Клименко С.М. Алгоритм мікропроцесорної обробки результатів ультразвукового контролю / С.М. Клименко, В.І. Михайленко, Б.М. Сарафанюк, А.Б. Сарафанюк // Неруйнівний контроль та технічна діагностика: нац. наук.-техн. конф., 19-23 трав. 2003 р., Київ.: зб. допов. – К.: УТ НКТД, 2003. – С. 273-276.

12. Клименко С.М. Програмна обробка вимірів в процесі вихрострумового контролю ліфтових колон / С.М. Клименко, Б.М. Сарафанюк, А.Б. Сарафанюк // Неруйнівний контроль та технічна діагностика: нац. наук.-техн. конф., 10-14 квіт. 2006 р., Київ.: зб. допов. – К.: УТ НКТД, 2006. – С. 198-202.

13. Клименко С.М. Експериментальна оцінка ефективності ультразвукового контролю труб нафтогазового сортаменту в умовах впливу контактних перешкод / С.М. Клименко / Неруйнівний контроль та технічна діагностика UkrNTD-2009: нац. наук.-техн. конф., 9-12 черв.. 2009 р., Київ.: тези допов. – К.: УТ НКТД, 2009. – С. 327-332.

14. Клименко С.М. Спосіб контролю якості акустичного контакту при ультразвуковому контролі / С.М. Клименко, В.І. Михайленко, Б.М. Сарафанюк // Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики: междунар. конф., 6-10 окт. 2003 г., Ялта. тезисы докл. – К.: УИЦ НТТ, 2003. – С. 121-123.

15. Клименко С.М. Сервісна програма “Моніторинг“ для обліку роботи та аналізу результатів неруйнівного контролю труб нафтогазового сортаменту в процесі їх експлуатації / С.М. Клименко, Б.М. Сарафанюк, А.Б.Сарафанюк // Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики: междунар. конф., 20-24 сен. 2004 г., Ялта. тезисы докл. – К.: УИЦ НТТ, 2004. – С. 34-37.

16. Клименко С.М. Оценка обработки измерений при ультразвуковом контроле труб нефтегазового сортамента / С.М. Клименко // Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики: междунар. конф., 3-7 окт. 2005 г., Ялта. тезисы докл. – К.: УИЦ НТТ, 2005. – С. 82-85.

17. Малайчук В.П. Безэталонная обработка измерений в задачах ультразвукового динамического контроля труб / В.П. Малайчук, А.В.Мозговой, С.М. Клименко // Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики: междунар. конф., 16-20 окт. 2006 г., Ялта. тезисы докл. – К.: УИЦ НТТ, 2006. – С. 169-177.

18. Клименко С.М. Використання результатів вимірювань ультразвукового контролю труб нафтогазового сортаменту для моніторингу їх технічного стану / С.М. Клименко, Б.М. Сарафанюк // Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики: междунар. конф., 1-5 окт. 2007 г., Ялта. тезисы докл. – К.: УИЦ НТТ, 2007. – С. 238-242.

19. Клименко С.М. Документування результатів ультразвукового контролю труб нафтогазового сортаменту / С.М, Клименко, Б.М. Сарафанюк, А.Б. Сарафанюк // Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики: междунар. конф., 3-7 окт. 2005 г., Ялта. тезисы докл. – К.: УИЦ НТТ, 2005. – С. 86-87.

20. Клименко С.М. Ультразвуковий контроль герметичності різьбових з'єднань обсадних колон для нафтових і газових свердловин / С.М. Клименко // Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики: междунар. конф., 1-5 окт. 2008 г., Ялта. тезисы докл. – К.: УИЦ НТТ, 2008. – С. 80-84.

21. Клименко С.М. Інформаційні технології моніторингу технічного стану бурильних труб в процесі їх експлуатації / С.М. Клименко // Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики: междунар. конф., 5-9 окт. 2009 г., Ялта. тезисы докл. – К.: УИЦ НТТ, 2009. – С. 210-212.

АННОТАЦІЯ

Клименко С.М. Інформаційна технологія ультразвукового технічного діагностування бурильних труб в процесі їх експлуатації. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – Інформаційні технології. – Дніпропетровський національний університет ім. О. Гончара МОН України, Дніпропетровськ, – 2010.

Дисертацію присвячено розробці та дослідженню інформаційних технологій обробки вимірів ультразвукового технічного діагностування бурильних труб і формування даних для підтримки прийняття рішень про їх стан в процесі спорудження свердловин.

Запропоновано, досліджено і реалізовано новий двоканальний метод вимірювання та комплексної обробки вимірів луна-сигналів для зменшення впливу модулюючих перешкод на ефективність ультразвукового технічного діагностування стану бурильних труб. На статистичних моделях вимірів досліджено ефективність оптимальних вирішальних правил виявлення дефектів за критерієм мінімуму умовного середнього ризику. Потенційні можливості методу обробки вимірів, виявлення дефектних ділянок труб і оцінки їх параметрів в умовах нестачі вхідних даних досліджено на основі критерію Неймана-Пірсона. Запропоновано двохетапний метод технічного діагностування бурильних труб та новий метод безеталонної обробки вимірів і формування даних для підтримки прийняття рішень про їх стан.

Розроблено нову інформаційну технологію комп’ютерного моніторингу технічного стану бурильних труб на основі сумарно-різницевого вейвлет-перетворення вимірів луна-сигналів і їх порівнянні при кожному черговому контролі. Вона включає безеталонний багатопороговий метод оцінки дефектності кожної ділянки труби за критеріями мінімуму умовного середнього ризику і Неймана-Пірсона шляхом обробки низькочастотних складових вейвлет-перетворення і високочастотних складових вимірів сигналів структурного шуму для виявлення мікроструктурних змін металу на основі непараметричної статистики зсуву і масштабу Клотца та Буша-Вінда.

Проведено експериментальні дослідження статистичних закономірностей вимірів інформативних параметрів ультразвукових сигналів, визначено їх статистичні моделі.

Результати досліджень використано при розробці систем автоматизованого ультразвукового технічного діагностування бурильних труб в процесі їх експлуатації.

 Ключові слова: технічне діагностування, бурильні труби, дефект, луна-сигнал, обробка вимірів, статистична модель, вирішальне правило, критерій, підтримка прийняття рішень.

АННОТАЦИЯ

 Клименко С.М. Информационная технология ультразвуковой технической диагностики бурильных труб в процессе их эксплуатации. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – Информационные технологии. – Днепропетровский национальный университет им. О. Гончара МОН Украины, Днепропетровск, – 2010.

Диссертация посвящена разработке и исследованию информационных технологий обработки измерений ультразвуковой технической диагностики бурильных труб и формирования данных для поддержки принятия решений об их состоянии в процессе бурения скважин.

На математических моделях измерений ультразвуковой технической диагностики бурильных труб исследовано влияние модулирующих (контактных) помех и измерительного шума на возможность обнаружения дефектных участков трубы. Для уменьшения их влияния предложен и реализован двухканальный метод измерения эхо-сигналов от дефекта и донного, формирование их отношения и его обработка при решении задач дефектоскопии. Установлено, что при обработке выборок этого нового информативного параметра достигается увеличение эффективности обнаружения дефектных участков трубы в 1,5-2 раза за счет уменьшения влияния контактных помех. На статистических моделях измерений отраженных сигналов исследована эффективность метода их обработки и обнаружения дефектов по критерию минимуму условной стоимости принятия ошибочных решений (условного среднего риска). В условиях неопределенности исходных данных задача оптимальной обработки измерений решена в соответствии с выводами статистической теории распознавания по критерию Неймана-Пирсона. Предложена новая двухэтапная безэталонная технология технической диагностики труб: измерение на первом этапе и адаптивная обработка измерений на втором. Проведены вычислительные эксперименты по исследованию эффективности метода обработки измерений. Предложен новый метод формирования данных для поддержки принятия решений о состоянии проконтролированных труб.

Предложена новая информационная технология компьютерного мониторинга технического состояния находящихся в эксплуатации бурильных труб на основе суммарно-разностного вейвлет-преобразования измерений интенсивности шумовых и дефектных сигналов и сравнения их при каждом последующем контроле в процессе спуско-подъемных операций. Разработаный и исследованый новый безэталонный многопороговый метод обнаружения и оценки дефектности каждого участка трубы путем обработки низкочастотных составляющих измерений по критериям минимума условного среднего риска и Неймана-Пирсона и высокочастотных составляющих, содержащих информацию об изменениях структуры металла труб, на основе непараметрических критериев сдвига и масштаба Клотца и Буша-Винда. Эффективность метода исследована на моделях выборок авто и взаимно коррелированных случайных величин.

Проведены экспериментальные исследования статистических закономерностей измерений информативных параметров ультразвуковых сигналов, определены их статистические модели.

Результаты исследований использованы при разработке автоматизированных систем ультразвуковой технической диагностики находящихся в эксплуатации бурильных труб.

 Ключевые слова: техническая диагностика, бурильне трубы, дефект, эхо-сигнал, обработка измерений, статистическая модель, критерий, решающее правило, поддержка принятия решений.

SUMMARY

Klymenko S.M. Information technology of ultrasound technical diagnostic of drilling pipes in process of their exploitation. – Manuscript.

Dissertation for receiving a science degree of Candidate of Technical Sciences with specialization 05.13.06 – Information Technology. – Dniepropetrovsk National University named after O. Honchar of Ukraine, Dniepropetrovsk, – 2010.

Dissertation is dedicated to research and development of information technologies in processing the measurements of ultrasound control of drilling pipes during their use and in process of constructing the drilling sight and formulation of results for decision making about their state.

Researched, developed and realized the new double channel method of measuring and complex analysis of measurement of echo-signals for minimizing influence of modulating interferences for the effective ultrasound control of drilling pipes. Using statistical models and average risk criteria, the effectiveness of optimal deciding rule for finding defects is researched.  Potential possibility of detecting the defective pipe areas and evaluating their parameters without having sufficient data is researched using Neyman-Pearson criteria. Proposed is two step method of control of drilling pipes and a new method of nonstandard evaluation of measurements and forming of data for support of decision.

Proposed is the new information technology of monitoring the technical status of drilling pipes by using waivelet measurements of echo-signals and their comparison for each control. This includes nonstandard method of evaluation of defects of each pipe area using minimum average risk criteria and Neyman-Pearson method by analyzing low frequency part of waivelet conversion and high frequency from measurements of structural noise for determining micro structural changes in metal by no parametrical statistics by Klotz criteria of movement and scale and Bush-Wind criteria.

Completed experimental research of statistical rules for measurement of ultrasound signals, statistical models are determined.

Results of research are used in development of automated systems of ultrasound technical diagnostic of drilling pipes in the process of exploitation.

Key words: technological diagnostic, drilling pipes, defect, echo-signal, processing data, statistical model, deciding rule, criteria, deciding rule support.


Підписано до друку 13.08.2010р. Формат 6096/16.

Папір офсетний. Друк розинрафія. Умов. друк. арк. 0,9.

Гарнітура Times New Roman. Наклад 100 прим. Замовлення № 2354

Надруковано у СПДФО Гаража М.Ф.

Свідотство № 1949605 від04.12.2006р.

36029, м. Полтава, вул Шведська, 20-Б


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44330. Изучение ассортимента и оценка качества кисломолочных продуктов, производимых молочным заводом ЗАО «Ясень» 466.5 KB
  Классификация ассортимента кисломолочных продуктов. Пищевая ценность кисломолочных продуктов. Формирование качества кисломолочных продуктов в процессе производства. Упаковка маркировка хранение и транспортирование кисломолочных продуктов.
44331. Разработка женского комплекта состоящего из куртки-ветровки и брюк 1.67 MB
  Конструкторско-технологические требования характеризуют свойства материалов, оказывающие существования влияния на конструкцию изделия и параметры технологического процесса его изготовления. К ним следует отнести длину материалов в куске, их ширину и толщину, усадку, драпируемость, несминаемость, жесткость, раздвигаемость, осыпаемость
44332. Повышение эффективности разработки месторождений высоковязких нефтей с применением поверхностно-активных веществ 1.77 MB
  Краткие сведения о ПАВ Современные представления о механизме вытеснения нефти из пористой среды с применением ПАВ Исследования по оценке потерь разрушения и распределения ПАВ при вытеснении нефти из терригенных и карбонатных пород Сталагмометрическое определение поверхностного и межфазного натяжений водных растворов поверхностно-активных веществ ПАВ Определения поверхностного натяжения растворов ПАВ методом счета капель
44333. Разработка налогового бюджета на предприятии 676.5 KB
  Налоговый бюджет организации представляет собой оптимизированный результирующий свод налоговых доходов (экономии на налогах) и налоговых расходов организации (затрат, связанных с организацией налогового менеджмента, налоговым планированием, оптимизацией и самоконтролем), нацеленный на получение налоговой прибыли и эффективное ее использование. В налоговом бюджете организации фиксируются результаты налоговой оптимизации
44334. Впровадження заходів щодо зменшення викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря 1.2 MB
  Забруднення атмосферного повітря є однією із самих серйозних екологічних проблем багатьох промислових міст. Вплив забруднення повітря на здоров'я людини виявляється через скорочення середньої тривалості життя, збільшення кількості передчасних смертей, ріст захворюваності і негативний вплив на розвиток дітей
44335. НАПРЯМИ ПОКРАЩЕННЯ ТОВАРНОЇ ПОЛІТИКИ ДП ВОЮТИЦЬКИЙ СПИРТОВИЙ ЗАВОД 570 KB
  На основі опрацювання даних про діяльність ДП Воютицький спиртовий завод проведений аналіз виробничогосподарської організаційної та фінансової характеристики ДП Воютицький спиртовий завод В роботі рекомендації щодо вдосконалення товарного асортименту розроблення торгової марки та обґрунтування стратегічного розвитку підприємства. Удосконалення управління маркетинговою діяльністю підприємства.В сучасних умовах жодне успішне підприємство не може існувати без раціонального проведення маркетингової товарної політики комплексу...
44336. Аналіз впливу діяльності мартенівського цеху ЗАТ “Донецьксталь - МЗ” на стан навколишнього природного середовища 1.44 MB
  Приналежність Донецького регіону до західної частини континентальної степової області робить його клімат помірковано континентальним. Зима в регіоні порівняно холодна і малосніжна, літо звичайне жарке і посушливе.
44337. Розробка технологічного процесу виготовлення літнього польового камуфльованого костюму в умовах ВП “Весна” УТОГ 2.02 MB
  Мода визначається соціальними й економічними умовами життя. Прагнення людини до нового і оригінального спонукає її купувати нові модні вироби, що помітно відрізняється від старих, тобто психологічні причини роблять періодичні зміни моди у формі одягу, тому що настає психологічне стомлення споживачів від одноманітності панівної моди і виникає бажання обновити устояні форми
44338. Исследование основного комплекса вопросов, касающихся теоретико-правового осмысления основных характеристик политического режима Российской Федерации 490 KB
  Под политическим режимом понимается совокупность элементов идеологического институционального и социологического порядка способствующих формированию политической власти данной страны на определенный период. Политический режим – характеристика не только государства но и всей политической системы: отношения между людьми по поводу государственной власти и отношения людей с государственной властью образующие содержание политического режима разворачиваются именно в сфере политической системы....