防噴器在承壓過(guò)程中的聲發(fā)射檢測(cè)

趙俊茹，戴 光，龍飛飛

（東北石油大學(xué)，大慶 163318）

防噴器是石油鉆井過(guò)程中井控設(shè)備的核心裝置，用于控制井口壓力。實(shí)現(xiàn)近平衡或欠平衡壓力鉆井，是確保石油鉆井生產(chǎn)安全高效運(yùn)行的重要技術(shù)保障。防噴器在使用過(guò)程中，其內(nèi)部受到碰撞、腐蝕、井口壓力以及長(zhǎng)期反復(fù)壓力檢測(cè)等因素，會(huì)產(chǎn)生裂紋。如果防噴器殼體內(nèi)部裂紋長(zhǎng)期存在并且日漸擴(kuò)展，在上井使用中，一些帶有活性缺陷的防噴器將在工作狀態(tài)下滲漏甚至開(kāi)裂，造成防噴器的失效，給鉆井生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員的傷亡［1］。

由于防噴器壁厚較厚，磁粉和滲透方法均不能檢測(cè)出殼體內(nèi)部的缺陷；而且由于殼體存在于油腔中，當(dāng)用超聲方法進(jìn)行探測(cè)時(shí)，很難從各種回波中分辨出殼體和油腔信號(hào)，定位十分困難，不確定因素較多，故可靠性差。因此防噴器殼體的檢測(cè)尚缺少有效的手段，多依靠人的感觀和經(jīng)驗(yàn)。聲發(fā)射檢測(cè)方法被動(dòng)接收缺陷聲發(fā)射應(yīng)力波，其檢測(cè)范圍僅與傳感器的接收半徑、材料的聲衰減以及檢測(cè)通道數(shù)相關(guān)，理論上可以監(jiān)視任何復(fù)雜構(gòu)件，而不受被檢件形狀和尺寸的影響。筆者針對(duì)帶有裂紋缺陷的防噴器在承壓過(guò)程中裂紋擴(kuò)展的過(guò)程進(jìn)行了聲發(fā)射檢測(cè)試驗(yàn)［2］。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)方案

在某公司井控車(chē)間廠房試壓間內(nèi)，用一臺(tái)報(bào)廢環(huán)形防噴器進(jìn)行試驗(yàn)。由于防噴器的殼體較厚，不可能因?yàn)楦g或減薄等情況出現(xiàn)泄漏的腐蝕孔或裂紋，因此在一個(gè)殼體無(wú)缺陷的防噴器上用氣焊切割一個(gè)長(zhǎng)度100mm，寬度5mm的缺口，再將缺口補(bǔ)焊（圖1和2）。通過(guò)氣動(dòng)泵對(duì)防噴器加壓，模擬防噴器額定工作環(huán)境。由于補(bǔ)焊位置相對(duì)脆弱，最容易發(fā)生破裂，所以重點(diǎn)采集這個(gè)部位的信號(hào)。根據(jù)測(cè)量要求布置傳感器的位置，使儀器檢測(cè)補(bǔ)焊位置的信號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用的是美國(guó)PAC公司生產(chǎn)的SAMOS－Ⅱ聲發(fā)射檢測(cè)儀，檢測(cè)系統(tǒng)配有PAC公司的最新版各類(lèi)分析軟件，可以實(shí)時(shí)顯示出聲發(fā)射信號(hào)的波形和參數(shù)數(shù)據(jù)列表以及各種類(lèi)型的圖表。選用美國(guó)WD寬帶聲發(fā)射傳感器，以獲取更廣頻率范圍的信號(hào)。采用美國(guó)PAC公司生產(chǎn)的2／4／6型前置放大器。增益設(shè)為40dB。

1.3 傳感器布置

根據(jù)環(huán)形防噴器的受力特點(diǎn)和檢測(cè)儀器的實(shí)際條件，在環(huán)形防噴器上布置了兩組三角定位的陣列，每一個(gè)陣列由三個(gè)傳感器組成，分別為傳感器1－2－3和傳感器4－5－6，以保證對(duì)防噴器重點(diǎn)部位的檢測(cè)。

2 試驗(yàn)過(guò)程

按檢測(cè)方案及傳感器布點(diǎn)圖，在該防噴器外壁相應(yīng)位置打磨出φ30mm見(jiàn)金屬光澤的區(qū)域，作為安裝傳感器的位置。各通道連接完成后，設(shè)置采集程序，對(duì)各通道進(jìn)行靈敏度標(biāo)定，使各通道靈敏度與平均靈敏度之差＜3dB。

試驗(yàn)采用加載水壓的方式對(duì)防噴器內(nèi)部進(jìn)行加壓。防噴器的加壓程序?yàn)椋鹤畛?0%水壓試驗(yàn)壓力時(shí)進(jìn)行10min背景噪聲檢測(cè)，在確定了低水平的背景噪聲可接受之后，在加壓過(guò)程中進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)。加壓過(guò)程中的保壓臺(tái)階為80%的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)壓力和水壓試驗(yàn)壓力，如圖3所示。對(duì)加載設(shè)備的要求是升壓平穩(wěn)、緩慢，壓力波動(dòng)量要小，保壓期間無(wú)泄漏。

圖3 防噴器加載過(guò)程示意圖

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

對(duì)防噴器聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，各階段數(shù)據(jù)處理及分析結(jié)果表明：

（1）通過(guò)對(duì)防噴器第一保壓階段的聲發(fā)射信號(hào)分析，發(fā)現(xiàn)存在弱活性、中強(qiáng)度聲源。根據(jù)國(guó)標(biāo)，源的綜合等級(jí)劃分為C級(jí)，定位圖如圖4（a）所示。

（2）通過(guò)對(duì)防噴器第二保壓階段的聲發(fā)射信號(hào)分析，發(fā)現(xiàn)存在活性、高強(qiáng)度聲源。根據(jù)國(guó)標(biāo)，源的綜合等級(jí)劃分為E級(jí)，定位圖如圖4（b）所示。

（3）通過(guò)對(duì)防噴器第三保壓階段的聲發(fā)射信號(hào)分析，發(fā)現(xiàn)存在強(qiáng)活性、高強(qiáng)度聲源。根據(jù)國(guó)標(biāo)，源的綜合等級(jí)劃分為F級(jí)，定位圖如圖4（c）所示。

綜合上述分析結(jié)果，評(píng)定該防噴器聲發(fā)射源級(jí)別為F級(jí)，應(yīng)采用其他常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行復(fù)檢。

通過(guò)外觀檢查，如圖5所示，發(fā)現(xiàn)防噴器有明顯泄漏，泄漏部位與定位結(jié)果吻合，與聲發(fā)射評(píng)價(jià)結(jié)果相符。

圖5 防噴器泄漏外觀

4 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)，筆者認(rèn)為運(yùn)用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)防噴器在承壓過(guò)程中的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)是可行的。

從檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)來(lái)看，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)能夠及時(shí)有效地反映出被測(cè)防噴器在外力作用下缺陷的活動(dòng)情況，檢測(cè)結(jié)果能反映防噴器殼體在承壓過(guò)程中的破壞情況，且對(duì)缺陷的定位準(zhǔn)確。

結(jié)合防噴器殼體材料的特性試驗(yàn)，可以加強(qiáng)在役防噴器新生裂紋的定期聲發(fā)射檢測(cè)、疲勞裂紋起始與擴(kuò)展聲發(fā)射檢測(cè)工作，提高防噴器的在線檢測(cè)應(yīng)用水平。

［1］鄧勇剛，林發(fā)權(quán)，張利紅，等.AET技術(shù)在油田防噴器檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2009，32（3）：83－85.

［2］朱祥軍，吳怡.環(huán)形防噴器的聲發(fā)射檢測(cè)［J］.無(wú)損檢測(cè)，2009，30（6）：359－362.