近年来,随着我国社会经济的快速发展,油气能源的需求量与日俱增,采用无损检测手段对油气井采集系统进行有效评估成为保障油气采集作业安全的重要手段。脉冲涡流检测方法因其不受非铁磁性干扰的影响、检测速度快等优势,在油气井结构缺陷检测中备受关注。本文结合相关科研项目,面向油气井工程实际需求,开展了多层管柱结构脉冲涡流检测的基于有限元分析的数值仿真和缺陷定性定量分析方法研究。在进行适当的抽象与简化后,本文应用基于有限元分析法的数值仿真方法分析了油气井多层管柱结构的脉冲涡流检测信号特征和规律;研究了典型缺陷的判别和分类方法;并针对油气井多层管柱结构缺陷检测中最小套管内径这一关键参数,开展定量分析方法研究。论文主要的研究工作与创新点如下:(1)针对油气井多层管柱结构脉冲涡流检测响应规律复杂以及在各种典型场景下检测机理研究薄弱等问题,研究了基于有限元分析的数值仿真建模方法,对横缝、纵缝、弯曲变形、挤压变形等典型缺陷以及实际检测中采用的三个方向的探头,设计了单层套管纵向探头模型、单层套管横向探头模型、油管+套管纵向探头模型等多组数值仿真模型,采用有限元分析法进行求解,分析了不同场景下的响应信号和空间电磁场分布规律,分析了对于不同类型的缺陷,不同方向探头的检测能力,总结了检测信号特征和磁场分布规律,为缺陷的定性定量分析提供理论指导。(2)基于数值仿真建模研究的结论,研究了油气井多层管柱结构缺陷检测定性分析方法,对油气井多层管柱十余种典型缺陷进行了判别和分类。针对油气井多层管柱结构脉冲涡流检测信号基线漂移现象,提出了基于分段最小二乘法的基线去除方法;结合数值分析的特征和规律,对传统主成分分析方法进行了改进,并基于改进主成分分析法有针对性地提取了用于定性分析的特征量;基于提取的特征量,采用随机森林分类方法对多层管柱结构缺陷进行识别和分类,在单层套管和油管+套管的实验中均取得了良好的效果;通过对比分析,得到采用本文提出的改进主成分分析方法,相较于基于传统主成分分析方法,定性分类准确率有明显的提升,定性分析能力更强。(3)针对最小套管内径这一关键指标,开展了油气井多层管柱结构缺陷检测定量分析方法研究。在对油气井多层管柱结构缺陷检测定性分析的基础上,针对缺陷类型对最小套管内径存在明显影响的问题,提出了基于组合特征量的特征提取方法,并采用随机森林回归方法对多层管柱结构缺陷的最小套管内径进行定量分析,在单层套管和油管+套管的实验中均取得了良好的效果;通过对比分析,得到采用组合特征量进行定量分析,相较于基于非组合特征量进行分析,定量分析准确度有明显的提升,定量分析能力更强。综上,本文面向油气井多层管柱结构缺陷脉冲涡流检测的实际需求,重点研究了典型场景下脉冲涡流响应规律、定性判别方法和量化评估方法,对十余种典型缺陷进行了定性判别和分析,对多层管柱的最小内径进行了量化分析,形成了多层管柱数值仿真模拟、定性评估、定量计算的脉冲涡流检测技术方案,为油气井多层管柱的健康状态评估、寿命预测等工作提供了技术支持。