基于CO2腐蝕形貌特征的腐蝕預(yù)測(cè)方法研究.pdf

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1、第39卷第3期化工機(jī)械347基于C02腐蝕形貌特征的腐蝕預(yù)測(cè)方法研究+張旭昀”1賈蕊1孫麗麗1王勇’畢風(fēng)琴1梁輝2(1．東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院；2．大慶油田裝備制造集團(tuán))擒要采用灰度數(shù)據(jù)矩陣統(tǒng)計(jì)、小泣變換及二值化等方法對(duì)不同油管鋼經(jīng)CO：腐蝕后的表面形貌圖像進(jìn)行特征提取。采用二值特征提取算法計(jì)算出以像素點(diǎn)個(gè)數(shù)表示的孔蝕面積，采用像素點(diǎn)集合求得蝕孔數(shù)日，并用能量灰度教據(jù)矩陣統(tǒng)計(jì)特征值，反映孔蝕表面腐蝕形貌凹凸起伏變化的復(fù)雜特征。結(jié)合多層前饋式反向傳播BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以腐蝕形貌圖像的各向異性能量參敷和小波變換后子圖像的能量參敷作為腐蝕類型判掘，

2、建立了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的孔蝕速串診斷模型，診斷結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。關(guān)麓詞庸蝕形貌特征提取BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法中圈分類號(hào)TQ050．9+6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼^文章縮號(hào)0254-6094(2012)03-0347-05C0：是一種高效驅(qū)油溶劑，將CO：驅(qū)油技術(shù)應(yīng)用于油氣開采過程，既能提高采收率還可解決伴生CO：出路的問題，達(dá)到環(huán)保開發(fā)、有效減排的目的。大慶油田和吉林油田分別于2003和2007年先后進(jìn)行了CO：驅(qū)油先導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)，取得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益并形成CO：驅(qū)油配套技術(shù)。但當(dāng)大量CO：注入地層后，地面管線、井口、管柱、套管以及井下工具等都會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的C

3、O：腐蝕。CO：腐蝕是世界石油工業(yè)中一種常見的腐蝕類型，也是限制各國(guó)油氣工業(yè)發(fā)展的一個(gè)極為突出的問題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在CO：腐蝕機(jī)理、腐蝕規(guī)律等方面進(jìn)行了大量的研究，但目前還未建立出有效地腐蝕監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)‘1·引。在腐蝕工程中，腐蝕數(shù)據(jù)與圖像是判斷腐蝕類型、評(píng)價(jià)腐蝕程度、研究腐蝕規(guī)律與特征的重要依據(jù)。CO：腐蝕是一種錯(cuò)綜復(fù)雜的化學(xué)或電化學(xué)過程，影響CO：腐蝕的因素多達(dá)十幾種，如此復(fù)雜的影響因素，使得人們難以有針對(duì)性地制定腐蝕的防護(hù)對(duì)策。因此，從腐蝕圖像中提取腐蝕信息，做定量描述，并將其轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可自動(dòng)識(shí)別的信息，可以避免人工識(shí)別腐蝕圖片

4、時(shí)的巨大工作量和受主管因素影響的弊端，達(dá)到能客觀、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)的目的，為腐蝕預(yù)測(cè)提供了新的方法。是腐蝕科學(xué)與工程技術(shù)研究的前沿課題之一。1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料選取10‘鋼、20’鋼和1Crl8Ni9不銹鋼，尺寸規(guī)格為50mmX25mm×2mm，實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為含飽和CO：的大慶油田采出液。實(shí)驗(yàn)時(shí)往油田采出液中勻速通入CO：，并放入1000。打磨試樣(試樣經(jīng)去離子水沖洗凈、脫脂、干燥后用電子天平稱重，精確至0．1mg)，7天后取出試樣，清洗并去除腐蝕產(chǎn)物，稱重并用失重法計(jì)算腐蝕速率。最后用掃描電鏡(SEM)提取腐蝕后的表面形貌。2腐蝕圖像的處理2．1腐蝕圖像的數(shù)據(jù)

5、矩陣腐蝕圖像的數(shù)字化，目的是把真實(shí)的腐蝕圖像轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能夠接受和識(shí)別的處理格式，即特定的數(shù)據(jù)矩陣(由像素點(diǎn)和灰度值兩要素構(gòu)成)。腐蝕圖像的數(shù)字化包括取樣和量化。每幅腐蝕圖像數(shù)字化后像素點(diǎn)的多少和灰度值的二進(jìn)制數(shù)位與數(shù)字化的質(zhì)量相關(guān)，若每幅腐蝕圖像用八位二進(jìn)制數(shù)表示，則有28(即256)個(gè)量級(jí)，量級(jí)越大腐蝕圖像的質(zhì)量就越高。筆者所指的腐蝕圖像量級(jí)均取為256級(jí)，在該量級(jí)下進(jìn)行腐蝕圖·國(guó)家科技重大專項(xiàng)“十二五”規(guī)劃課題(2011ZX05016-003)?！ぁ埿耜?，男，1973年12月生，副教授。黑龍江省大慶市。163318。348化工機(jī)械2012

6、正像的處理便可達(dá)到圖像的質(zhì)量要求。2．2腐蝕灰度圖像灰度圖像是包含灰度級(jí)(亮度)的圖像。在灰度圖像的數(shù)據(jù)矩陣中，每一個(gè)像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的灰度值通常在0～255之間，即共有256個(gè)灰度級(jí)。其中，0代表黑色，255代表白色，1—254分別代表黑色到白色之間的各級(jí)過渡色(灰色)。2∞400伽0∞2．3圖像的小波變換處理小波變換不僅可以實(shí)現(xiàn)腐蝕圖像的腐蝕區(qū)域分割，而且還起到了壓縮圖像的作用，簡(jiǎn)化了以數(shù)據(jù)矩陣表示的腐蝕圖像的運(yùn)算過程，節(jié)省了圖像的處理時(shí)間。小波變換時(shí)產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)構(gòu)成了圖像的特征‘31。圖2以lO。鋼試樣腐蝕圖像為例，說(shuō)明了進(jìn)行灰度和小波變換后

7、子圖像的情況。a．一級(jí)小波分解圖210+鋼試樣腐蝕圖像分解由圖2可以看出，在一級(jí)小波分解腐蝕圖像中，腐蝕區(qū)域的劃分已經(jīng)明顯，但仍有局部模糊的現(xiàn)象；二級(jí)小波分解時(shí)趨于理想，不僅消除了噪聲，而且腐蝕特征突出，由于三級(jí)小波分解結(jié)果模糊不清，腐蝕區(qū)域特征不明顯，此處不列出。這與文獻(xiàn)[4]中所提到的小波分解級(jí)數(shù)以二、三級(jí)為最佳的理論相一致。二級(jí)小波變換近似系數(shù)、水平細(xì)節(jié)系數(shù)、垂直細(xì)節(jié)系數(shù)和對(duì)角細(xì)節(jié)系數(shù)構(gòu)成了腐蝕圖像的特征向量。同時(shí)，又可對(duì)這4個(gè)矩陣進(jìn)行能量值等統(tǒng)計(jì)特征的計(jì)算。計(jì)算結(jié)果作為下一步神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸人參數(shù)，判斷腐蝕類型。2．4腐蝕圖像的二值化目前常用

8、閾值確定法進(jìn)行灰度圖像的二值化，根據(jù)前景灰度和背景灰度來(lái)確定檢測(cè)目標(biāo)的灰度閾值。腐蝕圖像二值化后，根據(jù)像素點(diǎn)的值便可對(duì)腐蝕區(qū)域和未腐蝕區(qū)