淺析油田高壓管匯聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

劉麗

摘 要：在油田井控設(shè)備和壓裂作業(yè)高壓管匯應(yīng)用中，一個(gè)重要病害是管道損傷泄漏，嚴(yán)重情況下會(huì)引發(fā)危險(xiǎn)的作業(yè)事故，而聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)是管匯探傷的一種有效手段，本文就是對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在高壓管匯檢測(cè)中應(yīng)用工作進(jìn)行的探究。

關(guān)鍵詞：高壓管匯；壓裂作業(yè)；聲發(fā)射檢測(cè)

高壓管匯在油田勘探開(kāi)發(fā)中應(yīng)用較多，其完好性直接關(guān)系到油田安全高效作業(yè)，所以在應(yīng)用中要強(qiáng)化無(wú)損檢測(cè)等檢測(cè)手段，確保提前發(fā)現(xiàn)各類(lèi)管匯質(zhì)量問(wèn)題并采取措施，預(yù)防和抑制事故發(fā)生。聲發(fā)射技術(shù)作為管匯動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)的一種重要手段，可以針對(duì)管匯材料實(shí)現(xiàn)瞬間彈性波變化和釋放，發(fā)現(xiàn)管道存在的質(zhì)量問(wèn)題。所以，該技術(shù)在高壓管匯的無(wú)損檢測(cè)、承壓檢查、設(shè)備性能評(píng)價(jià)等工作中具有重要的應(yīng)用成效。

1 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用必要性及技術(shù)原理

1.1聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的必要性

在油田的井控設(shè)備使用、油氣勘探開(kāi)發(fā)和壓裂作業(yè)等重點(diǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)中，需要配套應(yīng)用較多的高壓管匯，因?yàn)楣艿纼?nèi)需要不斷承受各種壓裂液、支撐劑等作業(yè)試劑的沖刷、腐蝕和高壓等，會(huì)對(duì)管道的管壁造成一定損傷，造成管壁變薄、產(chǎn)生裂縫等問(wèn)題，傳統(tǒng)的檢測(cè)手段多是壓力封閉性試驗(yàn)，雖然可以檢測(cè)出一定的損傷，但是對(duì)內(nèi)部裂縫等無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，一旦出現(xiàn)內(nèi)部裂縫就會(huì)造成裂縫的延伸拓展，造成管道在承受的內(nèi)部高壓狀態(tài)下的管道開(kāi)裂、爆炸等事故，不僅會(huì)造成巨大的損失，甚至?xí)a(chǎn)生巨大的人員傷亡，影響現(xiàn)場(chǎng)采油作業(yè)的正常實(shí)施。

基于上述分析，可以發(fā)現(xiàn)在油田高壓管匯投入使用后，定期對(duì)管道進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)和探傷，可以提前發(fā)現(xiàn)各類(lèi)質(zhì)量隱患和問(wèn)題，對(duì)存在一定缺陷的管道及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，對(duì)存在重大質(zhì)量隱患的管道及時(shí)淘汰和更換，確保采油作業(yè)安全。傳統(tǒng)的無(wú)損探傷技術(shù)包括磁粉探傷、超聲波探傷、射線(xiàn)探傷等，這些技術(shù)具備一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用也比較成熟，但都屬于靜態(tài)的檢測(cè)手段，對(duì)當(dāng)前已經(jīng)存在的質(zhì)量問(wèn)題可能發(fā)現(xiàn)比較及時(shí)，但是檢查的全面性和超前性較差，無(wú)法對(duì)管道使用狀況進(jìn)行全面準(zhǔn)確、適度超前的評(píng)價(jià)。而聲發(fā)射技術(shù)作為一種動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)手段，可以通過(guò)釋放的能量對(duì)管道厚度、質(zhì)量等進(jìn)行提前預(yù)判，可以在裂縫出現(xiàn)前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)。所以，聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用后可以及時(shí)對(duì)存在質(zhì)量隱患的管道進(jìn)行淘汰更換，確保作業(yè)安全，同時(shí)可以對(duì)管道進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，在確保管道質(zhì)量達(dá)標(biāo)的情況下可以繼續(xù)使用，降低管道更換的成本。當(dāng)前，對(duì)油田高壓管匯特別是壓裂作業(yè)管道的無(wú)損檢測(cè)較少，主要是傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)手段對(duì)壓裂作業(yè)管道檢測(cè)存在較大的局限，可以充分發(fā)揮聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)在高壓管匯和壓裂管匯中的檢測(cè)應(yīng)用。

1.2聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的工作原理

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)作為一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)手段，從上個(gè)世紀(jì)中期開(kāi)始逐步應(yīng)用，當(dāng)前在航天、交通基礎(chǔ)設(shè)施、起重作業(yè)機(jī)械、壓力容器、材料檢測(cè)、儲(chǔ)罐性能評(píng)價(jià)中應(yīng)用比較廣泛，在高壓管匯檢測(cè)中應(yīng)用也逐步增多。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)被檢測(cè)材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，對(duì)管道構(gòu)件材料內(nèi)部出現(xiàn)變薄、裂縫性損傷的初期形成、中期拓展和后期變化中可以釋放出塑性應(yīng)變能，這些塑性應(yīng)變能會(huì)通過(guò)瞬時(shí)應(yīng)力波的形式不斷的拓展延伸，這就是聲發(fā)射現(xiàn)象，聲發(fā)射技術(shù)就是利用這一原理，通過(guò)高精度、高靈敏性的聲發(fā)射傳感器，在被檢測(cè)管道的構(gòu)件表面進(jìn)行聲發(fā)射信號(hào)的發(fā)射和接收，通過(guò)對(duì)信號(hào)能量變化、強(qiáng)度差異的識(shí)別和判斷，對(duì)材料和結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)的缺陷或質(zhì)量隱患進(jìn)行分析評(píng)判，并能結(jié)合現(xiàn)有情況對(duì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行預(yù)判和評(píng)價(jià)。在高壓管匯的無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用中，可以通過(guò)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)對(duì)管道材質(zhì)的缺陷產(chǎn)生及演變過(guò)程進(jìn)行直觀展示，具有明顯的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)：一是動(dòng)態(tài)性，可以對(duì)裂縫等病害的萌發(fā)和演變過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)展現(xiàn)質(zhì)量隱患發(fā)生和延伸拓展?fàn)顩r。二是整體性，可以根據(jù)被檢測(cè)管道的長(zhǎng)度和尺寸，合理進(jìn)行陣列布置，通過(guò)合理布局傳感器和聲發(fā)射儀器，可以獲取被檢測(cè)管道的全面質(zhì)量信息，并利用時(shí)差定位的方式，對(duì)質(zhì)量隱患存在的具體位置進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，方便檢測(cè)工藝實(shí)施過(guò)程、提升檢測(cè)便捷度。三是高靈敏性，對(duì)管道材質(zhì)而言，材料的塑性鈍化階段就會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，在傳感器和聲發(fā)射儀器陣列布局較好時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)微小病害的萌發(fā)和延展過(guò)程，精度較高。同時(shí)，因?yàn)楦黝?lèi)信號(hào)發(fā)射和接收儀器的位置是固定不變的，所有的檢測(cè)過(guò)程都由固定設(shè)備執(zhí)行，特別是聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)因?yàn)榭梢岳糜?jì)算機(jī)技術(shù)配套使用，信號(hào)分析和處理性能較強(qiáng)，不存在因?yàn)椴僮魅藛T的操作行為以及主觀原因和工作經(jīng)驗(yàn)等造成的結(jié)果偏差。

2聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在高壓管匯檢測(cè)中的應(yīng)用

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，需要油田井控部門(mén)與裝備制造和使用的質(zhì)檢部門(mén)合作，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)管道的使用性能進(jìn)行安全準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。具體的操作實(shí)踐中，可以利用井控作業(yè)和壓裂作業(yè)中常用的105MPa的高壓直管和活動(dòng)彎頭作為檢測(cè)對(duì)象，在構(gòu)件的表面合適位置進(jìn)行傳感器的固定，將管道模擬使用環(huán)境進(jìn)行升壓試驗(yàn)，可根據(jù)需要測(cè)定的指標(biāo)確定試驗(yàn)最高壓力，在升壓過(guò)程中對(duì)聲發(fā)射儀器發(fā)射的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，在壓力達(dá)到試驗(yàn)最高值并保持穩(wěn)定時(shí)，可以對(duì)壓力穩(wěn)定階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。因?yàn)闄z測(cè)對(duì)象除了直管外，還存在較多形狀規(guī)則性較差的旋塞閥、活動(dòng)彎頭等構(gòu)件，在構(gòu)件外表面結(jié)構(gòu)上也存在較大的差異，所以需要根據(jù)構(gòu)件外表面形態(tài)，通過(guò)試驗(yàn)和評(píng)價(jià)確定合適的陣列布置方式，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度最高。在高壓管匯中，旋塞閥門(mén)泄漏問(wèn)題非常嚴(yán)重，在臺(tái)中閥門(mén)處于封閉狀態(tài)時(shí)，發(fā)生泄漏會(huì)造成射流引發(fā)管內(nèi)流體紊亂，與泄漏孔壁作用后會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力波，通過(guò)應(yīng)力波和聲信號(hào)檢測(cè)到閥門(mén)泄漏的具體位置，并能在聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后確定泄漏位置、程度和漏洞大小。

3 結(jié)論

綜上所述，油田勘探開(kāi)發(fā)中，壓裂作業(yè)和井控作業(yè)需要配套使用較多的高壓管匯，為確保管道質(zhì)量符合使用要求，需要進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)作為一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)手段，具備較強(qiáng)的檢測(cè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，對(duì)確保管道檢測(cè)的精準(zhǔn)度存在較強(qiáng)的輔助作業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張同華，楊璧玲.基于聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的PE/PE自增強(qiáng)復(fù)合材料破損機(jī)理分析[J].材料工程，2007（01）.

[2]譚武軍，李明.RDX晶體顆粒壓制中的聲發(fā)射現(xiàn)象[J].火炸藥學(xué)報(bào)，2009（01）.

[3]李建功，鄒銀輝.AE聲發(fā)射在波導(dǎo)器中傳播規(guī)律的數(shù)值模擬[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2008（06）.

[4]趙一帆，齊明俠.基于聲發(fā)射技術(shù)的滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)[J].軸承，2010（04）.