動電場

電磁荷有兩種狀態即靜態（實態）和動態（虛態），靜態即靜電荷（電荷），動態即動電荷（磁荷）。電荷產生靜電場（電場），動電荷產生動電場（磁場）。這兩種狀態相互依存，相互轉化，既對立又統一。

基本介紹

• 中文名：動電場
• 外文名：Dynamic electric field
• 提出者：關屹瀛
• 提出時間：2014年10月

伴隨動電場和界面動電場

動電效應指孔隙介質中與固/液界面的雙電層和孔隙流體滲流有關的彈性－電磁耦合現象，探索基於動電效應的勘探和測井新方法則是石油工業重點關注的研究方向之一。對流體飽和孔隙介質中的動電效應進行了實驗測量研究，記錄到了不同模型井中伴隨聲波的動電轉換信號和界面動電轉換信號，對比分析了這兩種動電信號的產生條件及傳播特性，驗證了理論分析結果，並進一步研究了動電信號的分波成分及其與聲波信號的關係，探討了聲源激發模式、電極接收方式及數據處理方法對動電信號的影響，為動電測井儀器設計奠定實驗基礎。

動電信號的構成及幅度

井中伴隨動電信號與聲源模式（單極源、偶極源）有著密切的關係，不同聲源激勵下，動電信號的形態（波群的形狀）不同，但卻與誘導動電轉換的聲波信號形態一致，且動電信號各分波成分與聲波信號中的分波相對 應，視速度也相同。此外，動電信號的強弱與聲波信號的幅度成正比，即聲波信號越強，其誘導的動電轉換信號幅度也越大。

動電信號的接收方式

由於井中動電波場與聲源激發模式密切相關，考慮到測井儀器主要是單極源和偶極源，所以從動電測井儀器 設計角度，對單極源和偶極源激發動電信號的接收方式進行了實驗研究。

如果測量電極需裝配兩個陣列，那么電極最好處於圓周的對稱位置，並與聲源換能器要處於同向方式。而且在數據處理過程中，對於單極源，需將兩電極記錄的信號相加，而偶極源則要將兩電極記錄信號相減，這樣可以使有用信號幅度增大一倍，同時改善信號的信噪比。

砂岩模型井中動電實驗

（1）測量了模型井中聲場的時域波形。由於模型井為軟地層結構，而且是人工膠結製作，所以，在單極源 激發情況下， 只記錄到了井中的縱波波群，其傳播速度約為2000m·s^－1，再沒有看到其他明顯的波群存在。

（2）測量了模型井中的動電轉換信號，由於模型井底部沒有界面存在，接收電極只記錄到了砂岩模型井中 伴隨縱波的電磁場信號，其視速度與聲波的傳播速度相同。

（3）由於人工膠結砂岩模型井放置在另一塊砂岩的上部，依據動電效應原理，這樣的模型中不僅能夠產生伴隨聲波的電磁場，還能在界面處產生界面電磁波。因此，實驗結果中電極不但記錄到了清晰的伴隨電場信號，還記錄到了界面處產生的界面輻射電磁場，橢圓區域內波群。界面電磁場均在0.1ms左右到達，而且相位相同。同樣地，由於程式中速度範圍的限制，在時間－速度圖中只看到了伴隨電場對應的亮點，看不到界面電磁波的速度。

主動電場管道堵塞內檢測方法

工業管道檢測較為常用的方法是採用電磁超聲法、漏磁法和電渦流法檢測，由於僅限於金屬或磁性管道檢測，因此套用範圍有很大的局限性； 超生波和聲發射技術受限於設備複雜系統開銷大等影響，光學成像面臨傳輸液體渾濁基本無法成像等一系列難題。自行設計了主動電場內檢測探頭對不同材料管道( PVC、有機玻璃、銅、鍍鋅鋼) 的堵塞情況進行了探測。發展出新型的主動電場液體輸送管道內檢測方法原型機，為該技術的套用和深入的實驗研究打下了基礎。基於主動電場的流體輸送管道檢測方法有望實現對各種不同的材料進行檢測，套用範圍較為廣泛，具有較為精確的定位以及更高的自動化性能。

探頭對 PVC 管堵塞的定位結果

1) 探頭在距離堵塞點越近的地方電極接收到的電勢變化越明顯。當探頭到達堵塞點附近時，電極接收到的電勢差逐漸增大； 隨著探頭遠離堵塞點後，電極接收到的電勢差逐漸減小到正常水平。

2) 通過觀察整條定位曲線可以看出，No.1 電極在距離堵塞點3mm處出現峰值點。且整條曲線呈現墨西哥帽狀變化，幅值變化範圍為0.25 ～ 0.45，曲線峰寬度78mm。將峰值點與堵塞點之間的差值定義為定位誤差。即通過探頭進入PVC管過程能夠對堵塞點完成定位，其定位誤差為L_in=3mm。但是定位誤差為L_out=13mm(Li_n 和 L_out 分別為進入和退出過程的定位誤差) 。

探頭對有機玻璃管堵塞的定位結果

1) 探頭進入有機玻璃管道過程中，探頭距離堵塞點越近，電極接收到的電勢差逐漸增大；電極遠離堵塞點後電極接收到的電勢差逐漸變小。

2) No.1 電極在距離堵塞點11mm時出現峰值點。即定位誤差L_in=11mm，且整條曲線也呈現墨西哥帽狀變化，峰值變化範圍為0.30～0.50，峰值寬度為77mm。並且定位誤差L_out =11mm，定位誤差和進入管道過程相同。

探頭進入銅管後的定位結果

1) 電極進入管道時接收到的電勢差趨近於零； 隨著探頭進入銅管，到達堵塞點附近時，探頭接收到的電勢差呈現先增大後減小再增大的趨勢；探頭遠離堵塞點後電勢差急劇減小，最後趨近於零。

2) No.1 電極在距離堵塞點18mm處出現兩個峰值點，一高一低，呈現駝峰狀。峰值變化範圍為0～0. 20，峰寬度約為84mm。No.1 電極定位誤差L_in=18mm。所不同的是由於是退出管道過程，曲線變化趨勢剛好相反。但是定位誤差為11mm。即通過探頭進入銅管堵塞點，根據接收到的定位曲線峰值即可完成對堵塞點的定位。

鍍鋅鋼管的定位曲線

1) 探頭進入鍍鋅鋼管時，電極接收到的電勢差趨近於零； 探頭靠近堵塞點時，電極接收到的電勢差迅速增大； 探頭遠離堵塞點時，電極接收到的值迅速減小，幅值回到正常水平。

2) 當 No.1 電極到達堵塞點11mm時出現峰值點。探頭在經過堵塞點時，由於接收電極上面的電勢迅速增大後減小，形成一個較為尖銳的峰。峰值幅度變化範圍為0～0.14，峰寬度為77mm。峰值點與堵塞點之間的距離差，即定位誤差L_in=12mm。可以看出定位誤差為L_out=27mm。

定位誤差與靈敏度

堵塞物的阻抗引起電場擾動，進而在電極上產生電勢差，再根據電勢差的變化來實現管道檢測。理論上講，只要堵塞物自身的阻抗特性引起電場擾動就能夠較高精度地探測並定位堵塞點。由於管道材料和管道內部傳輸液體的電導率不同，電極兩端的電勢差受影響較大導致探測靈敏度可能會有很大不同。實驗系統採用電導率為300 μS/cm清水作為管道內部液體。實驗採用不同大小的堵塞物( D=20mm，10mm，5mm) 。實驗結果表明，堵塞物體積越大生成的峰越寬，而且較小的堵塞物峰值相對較小。即堵塞物直徑大於5mm時，實驗系統都能夠較為準確地檢測出堵塞點的位置。

時頻分析結果解析

不論是絕緣體的PVC管、有機玻璃管還是金屬的鍍鋅鋼管、銅管，探頭進入管道後，到達堵塞點時，會出現峰值； 通過峰值點出現的時間可得出電極的位置，進而對堵塞點進行定位； 探頭進入絕緣體管道內部，回響只出現於激勵頻率對應的頻率點，如激勵信號頻率為1.5kHz，接收到的信號只在1.5 kHz處有回響； 在對採集到的 TDMS數據進行波形觀測時，發現銅管和鍍鋅鋼管兩種材料的實驗波形發生了畸變。通過時頻分析發現，由於在激勵頻率之外的區域依然有回響，可以認定探頭進入金屬管道檢測產生了低頻干擾。