應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)對防噴器進(jìn)行動(dòng)態(tài)探傷檢測

范英彬，郭萍，景小強(qiáng)

劉麗，范連銳（勝利油田東勝精攻石油開發(fā)集團(tuán)股份有限公司，山東 東營 257061）

防噴器是鉆井作業(yè)過程中控制溢流、防止井噴的關(guān)鍵設(shè)備，其常年在野外使用，工作環(huán)境惡劣，與大量的腐蝕性物質(zhì)接觸，存在不同程度損傷。目前的防噴器等井控裝置檢測內(nèi)部缺陷，主要是生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過程和出廠前采用超聲波、磁探、滲透等常規(guī)方法對殼體探傷檢測已有的缺陷和裂紋，但難以發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確判定殼體內(nèi)部微小裂紋的發(fā)育和程度；并且單純的試壓檢測存在著嚴(yán)重的片面性，試壓加速了金屬內(nèi)部原有缺陷的發(fā)育。防噴器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、連接件多、殼體壁較厚，這對防噴器的檢測提出了特殊的要求。針對上述問題，采用聲發(fā)射無損檢測技術(shù)，結(jié)合防噴器的受力特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測，同時(shí)解決以下3個(gè)主要問題：檢測出防噴器中存在的缺陷；確認(rèn)缺陷的危害性；提高檢測速率。

1 聲發(fā)射技術(shù)防噴器無損檢測原理與流程

針對防噴器的受壓特點(diǎn)，參考GB／T 18182—2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測及結(jié)果評價(jià)方法》，將聲發(fā)射檢測技術(shù)應(yīng)用到防噴器的無損檢測中，在防噴器壓力檢測的同時(shí)進(jìn)行聲發(fā)射檢測［1］；防噴器加壓產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，信號(hào)通過布置在防噴器上的傳感器傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，通過觀察聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)可實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)檢測中的情況；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對采集的信號(hào)進(jìn)行分析與推斷，判定信號(hào)源的活度和強(qiáng)度，確定受損部位及受損程度，給予綜合等級(jí)評定。

通過試驗(yàn)研究，從設(shè)備配套、采集應(yīng)用、數(shù)據(jù)分析與結(jié)果評定等方面已符合探傷檢測規(guī)范，并制定了整個(gè)防噴器聲發(fā)射檢測流程。如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)采集應(yīng)用

2.1 傳感器布置

考慮更準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射源，確定在防噴器殼體上布置8個(gè)傳感器。重點(diǎn)布置傳感器在殼體的4個(gè)角上，從8個(gè)傳感器中選擇相近的4個(gè)組成2個(gè)四方形（1－2－6－5、4－3－7－8）（圖2）。

圖1 防噴器聲發(fā)射檢測流程圖

2.2 軟件參數(shù)設(shè)定

基本參數(shù)設(shè)置主要是對采集卡和前置放大器的設(shè)置，讓采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)篩選，以便采集到合適頻段的數(shù)據(jù)，屏蔽明顯的干擾信號(hào)。

如圖3所示，圖形參數(shù)設(shè)置主要是對設(shè)置的顯示圖進(jìn)行設(shè)置，包括需要顯示參數(shù)、顯示參數(shù)范圍、顯示參數(shù)方式等。

圖2 傳感器布置圖

如圖4所示，聲發(fā)射歷程圖就是信號(hào)參數(shù)隨外變量變化的圖形，可以進(jìn)行聲發(fā)射波源的活動(dòng)性評價(jià)，也可以用于材料起裂點(diǎn)的測量。水平軸是時(shí)間、載荷等外變量?？v軸是事件計(jì)數(shù)、振鈴計(jì)數(shù)、能量計(jì)數(shù)、幅度等信號(hào)參數(shù)。

如圖5所示，定位顯示圖就是用點(diǎn)來表示每個(gè)事件在傳感器陣列中的位置，可以確定聲發(fā)射波源的位置，并進(jìn)行事件集中區(qū)的數(shù)據(jù)評價(jià)。

如圖6所示，數(shù)據(jù)列表顯示是指將聲發(fā)射數(shù)據(jù)按操作人員選定的格式輸出至顯示器，讓操作人員直接對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的一種顯示方式。這種顯示的優(yōu)點(diǎn)是直觀、便于排除噪聲信號(hào)。

圖3 圖形參數(shù)設(shè)置圖

3 聲發(fā)射檢測數(shù)據(jù)分析及結(jié)果評價(jià)

以一臺(tái)規(guī)格型號(hào)為2FZ18－35的防噴器為例進(jìn)行實(shí)際案例數(shù)據(jù)分析。

3.1 加載程序

根據(jù)GB／T 18182—2000的規(guī)定，采用2次加載方法，使檢測數(shù)據(jù)更充分、結(jié)果更可靠。具體加載方案是第1次加載到試驗(yàn)壓力后穩(wěn)壓15min，然后完全卸載防噴器內(nèi)壓力；進(jìn)行第2次加載，到試驗(yàn)壓力后再保壓15min。升壓過程要平穩(wěn)、緩慢，壓力波動(dòng)量要小，保壓期間無泄漏。

3.2 數(shù)據(jù)分析

通過采集的信號(hào)發(fā)現(xiàn)，信號(hào)在5號(hào)傳感器附近較為集中，對于該區(qū)域進(jìn)行模擬源標(biāo)定，以模擬源信號(hào)的參數(shù)為參考進(jìn)行信號(hào)對比分析。對比后，該區(qū)域信號(hào)幅度、能量與模擬源信號(hào)幅值、能量近似，判定這些信號(hào)為有效缺陷信號(hào)。

圖4 聲發(fā)射歷程圖

3.3 結(jié)果評定

此次檢測中第1次加壓過程中產(chǎn)生有效聲發(fā)射信號(hào)，最高幅值為74dB；第1次保壓階段產(chǎn)生有效聲發(fā)射信號(hào)，最高幅值為70dB；第2次升壓階段產(chǎn)生有效聲發(fā)射信號(hào)，最高幅值為65dB；第2次保壓階段產(chǎn)生有效信號(hào)，最高幅值為62dB。按照標(biāo)準(zhǔn)評定：活度等級(jí)為強(qiáng)活性，強(qiáng)度級(jí)別為中強(qiáng)度，評定綜合等級(jí)為E級(jí)。

根據(jù)聲速計(jì)算法確定缺陷位置，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，用超聲對缺陷部位進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。復(fù)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該部位存在裂紋。

圖5 聲發(fā)射定位圖

3.4 綜合結(jié)果評定及結(jié)論

根據(jù)有缺陷聲發(fā)射源的評定標(biāo)準(zhǔn)，在10×20mm2復(fù)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，防噴器殼體厚度為45mm，缺陷點(diǎn)數(shù)為19點(diǎn)，評定缺陷嚴(yán)重性級(jí)別為Ⅲ級(jí)，聲發(fā)射源的綜合等級(jí)為E級(jí)。根據(jù)有缺陷聲發(fā)射源嚴(yán)重度級(jí)別的評定標(biāo)準(zhǔn)，評定為嚴(yán)重，判定此防噴器報(bào)廢。

1）利用聲發(fā)射檢測技術(shù)，能夠及時(shí)有效地反映出防噴器在試檢階段的受力情況，動(dòng)態(tài)探測到在外力作用下缺陷的活動(dòng)情況，在加載程序完成后能馬上對檢測情況做出基本的判斷，發(fā)揮出了聲發(fā)射速判檢測的主要優(yōu)點(diǎn)。

2）試檢結(jié)束后，利用聲發(fā)射定位及顯示方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，排除噪聲信號(hào)，得出詳實(shí)的檢測結(jié)論，從而確定防噴器是否存在質(zhì)量缺陷、是否可繼續(xù)使用。

圖6 數(shù)據(jù)列表顯示

4 結(jié)語

應(yīng)用美國AE公司聲發(fā)射檢測系統(tǒng)，檢測了防噴器、壓井節(jié)流管匯、壓裂井口、壓裂高壓管匯、試油測試三級(jí)降壓管匯等裝置，檢測部位涵蓋殼體、管體、棱角、彎體、螺紋，已檢測400多套，技術(shù)配套成熟；2013年9月10日，公司井控實(shí)驗(yàn)室和質(zhì)檢項(xiàng)目獲得中國合格評定國家認(rèn)可委員會(huì)（CNAS）下發(fā)的資質(zhì)證書，資質(zhì)范圍包括井控和質(zhì)檢共7個(gè)項(xiàng)目，這表明井控和質(zhì)檢實(shí)驗(yàn)室具備了國家認(rèn)可準(zhǔn)則ISO／IEC 17025：2005《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》，井控技術(shù)服務(wù)能夠在互認(rèn)協(xié)議方國家和地區(qū)的油田市場范圍內(nèi)開展工作，可參與國際間合格評定機(jī)構(gòu)認(rèn)可雙邊、多邊合作交流，可使用CNAS國家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可標(biāo)志和ILAC國際互認(rèn)聯(lián)合標(biāo)志。

［1］朱祥軍 .單閘板防噴器的聲發(fā)射檢測初步實(shí)踐 ［J］.鉆采工藝，2006，29（4）：86～87.