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

        2014-11-22 05:27:14范英彬郭萍景小強(qiáng)
        石油天然氣學(xué)報(bào) 2014年6期
        關(guān)鍵詞:噴器殼體幅值

        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(yíng) 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(cè)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(duì)殼體探傷檢測(cè)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(cè)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(duì)防噴器的檢測(cè)提出了特殊的要求。針對(duì)上述問題,采用聲發(fā)射無損檢測(cè)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(cè),同時(shí)解決以下3個(gè)主要問題:檢測(cè)出防噴器中存在的缺陷;確認(rèn)缺陷的危害性;提高檢測(cè)速率。

        1 聲發(fā)射技術(shù)防噴器無損檢測(cè)原理與流程

        針對(duì)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(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》,將聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到防噴器的無損檢測(cè)中,在防噴器壓力檢測(cè)的同時(shí)進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)[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(cè)中的情況;根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(píng)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(píng)定等方面已符合探傷檢測(cè)規(guī)范,并制定了整個(gè)防噴器聲發(fā)射檢測(cè)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(cè)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(duì)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(duì)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(píng)價(jià),也可以用于材料起裂點(diǎn)的測(cè)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(píng)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(duì)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(cè)數(shù)據(jù)分析及結(jié)果評(píng)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(cè)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(duì)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(duì)比分析。對(duì)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(píng)定

        此次檢測(cè)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(píng)定:活度等級(jí)為強(qiáng)活性,強(qiáng)度級(jí)別為中強(qiáng)度,評(píng)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(duì)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(píng)定及結(jié)論

        根據(jù)有缺陷聲發(fā)射源的評(píng)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(píng)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn),評(píng)定為嚴(yán)重,判定此防噴器報(bào)廢。

        1)利用聲發(fā)射檢測(cè)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(cè)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(duì)檢測(cè)情況做出基本的判斷,發(fā)揮出了聲發(fā)射速判檢測(cè)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(cè)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(guó)AE公司聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng),檢測(cè)了防噴器、壓井節(jié)流管匯、壓裂井口、壓裂高壓管匯、試油測(cè)試三級(jí)降壓管匯等裝置,檢測(cè)部位涵蓋殼體、管體、棱角、彎體、螺紋,已檢測(cè)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(guó)合格評(píng)定國(guó)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(guó)家認(rèn)可準(zhǔn)則ISO/IEC 17025:2005《檢測(cè)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(guó)家和地區(qū)的油田市場(chǎng)范圍內(nèi)開展工作,可參與國(guó)際間合格評(píng)定機(jī)構(gòu)認(rèn)可雙邊、多邊合作交流,可使用CNAS國(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可標(biāo)志和ILAC國(guó)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(cè)初步實(shí)踐 [J].鉆采工藝,2006,29(4):86~87.

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