旋转磁场测量系统中永磁短节设计的基础研究

摘要

应用多分支水平井对煤层气进行开发具有很大的优势，且未来煤层气的开发趋势将形成以多分支水平井为主，直井为辅的模式。目前，水平井与目标井精确连通是煤层气开采的关键技术之一，也是我们目前技术发展的一大瓶颈问题。如何实现水平井与竖井的精确连通，为了解决这一问题迫切需要研制旋转磁场测量技术与装备，而该技术装备中的永磁短节又是其中的关键部分。结合国内外对该技术的研究现状和发展趋势，对该问题的研究与突破，将有助于解决煤层气开发建设中的技术难题，打破国外相关技术的高昂价格及技术封锁，形成综合配套的煤层气多分支水平井钻井技术与装备，全面推动我国煤层气勘探开发工作的飞跃性发展。
　　本课题采用数值模拟与试验分析相结合的方法，对旋转磁场测量系统中永磁短节设计的基础问题进行了探讨。首先，利用电磁场的相关基础理论和磁偶极子模型推导得出在固定坐标系下，当磁偶极子模型位于坐标系空间中任意一点(lnm M,处时，坐标系空间中其它任意一点,）（zyx P,,）处产生的X，Y，Z方向的磁场分布计算公式；其次，应用电磁场理论及磁路设计基本原理，设计提出四种组合磁路排布方式，并利用ANSYS有限元软件进行了数值模拟分析，选取第四种磁路排布为最佳的磁路排布方式；第三，对最佳磁路排布方式中相邻永磁体之间夹角大小对永磁短节产生的磁场大小的影响进行分析，并利用ANSYS有限元软件进行了数值模拟分析，确定夹角大小与组合磁路产生磁场强度信号之间的关系，相邻永磁体之间夹角越小，在周围空间中产生的磁场强度越强；最后，通过实际的试验对上述分析进行试验验证，实现理论与试验相结合。通过对煤层气开发过程中使用的旋转磁场测量系统中永磁短节的基础问题的研究，为最终设计完成能够产生传播距离远、磁场强度大且稳定的永磁短节提供了基础性研究资料，对煤层气开发中的瓶颈问题的解决具有重要意义，必将促进我国煤层气开发产业的进步与发展。

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第1章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外对旋转磁场测量技术的研究现状

1.3课题研究的主要内容

1.4本文主要结构

第2章 永磁短节磁场分析的理论模型

2.1永磁体理论模型分析

2.2 基于磁偶极子模型磁场信号的解析解问题

2.3本章小结

第3章 磁性材料的选取及磁路设计

3.1 磁性材料的种类及选取

3.2磁路分析

3.3 本章小结

第4章 基于有限元法的永磁体数值模拟及试验分析

4.1有限元软件ANSYS简介

4.2基于ANSYS的永磁体磁场分布有限元数值模拟

4.3本章小结

第5章 永磁短节磁场信号试验测试

5.1磁场测量装置简介

5.2永磁短节的设计结构图

5.3不同夹角对永磁短节磁场信号影响的试验测量

5.4不同距离对永磁短节磁场信号影响的试验测量

5.4本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2 展望

参考文献

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