防噴器在承壓過程中的聲發射檢測

趙俊茹，戴 光，龍飛飛

（東北石油大學，大慶 163318）

防噴器是石油鉆井過程中井控設備的核心裝置，用于控制井口壓力。實現近平衡或欠平衡壓力鉆井，是確保石油鉆井生產安全高效運行的重要技術保障。防噴器在使用過程中，其內部受到碰撞、腐蝕、井口壓力以及長期反復壓力檢測等因素，會產生裂紋。如果防噴器殼體內部裂紋長期存在并且日漸擴展，在上井使用中，一些帶有活性缺陷的防噴器將在工作狀態下滲漏甚至開裂，造成防噴器的失效，給鉆井生產帶來嚴重的經濟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出殼體內部的缺陷；而且由于殼體存在于油腔中，當用超聲方法進行探測時，很難從各種回波中分辨出殼體和油腔信號，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尚缺少有效的手段，多依靠人的感觀和經驗。聲發射檢測方法被動接收缺陷聲發射應力波，其檢測范圍僅與傳感器的接收半徑、材料的聲衰減以及檢測通道數相關，理論上可以監視任何復雜構件，而不受被檢件形狀和尺寸的影響。筆者針對帶有裂紋缺陷的防噴器在承壓過程中裂紋擴展的過程進行了聲發射檢測試驗［2］。

1 試驗準備

1.1 試驗方案

在某公司井控車間廠房試壓間內，用一臺報廢環形防噴器進行試驗。由于防噴器的殼體較厚，不可能因為腐蝕或減薄等情況出現泄漏的腐蝕孔或裂紋，因此在一個殼體無缺陷的防噴器上用氣焊切割一個長度100mm，寬度5mm的缺口，再將缺口補焊（圖1和2）。通過氣動泵對防噴器加壓，模擬防噴器額定工作環境。由于補焊位置相對脆弱，最容易發生破裂，所以重點采集這個部位的信號。根據測量要求布置傳感器的位置，使儀器檢測補焊位置的信號。

1.2 試驗設備

試驗采用的是美國PAC公司生產的SAMOS－Ⅱ聲發射檢測儀，檢測系統配有PAC公司的最新版各類分析軟件，可以實時顯示出聲發射信號的波形和參數數據列表以及各種類型的圖表。選用美國WD寬帶聲發射傳感器，以獲取更廣頻率范圍的信號。采用美國PAC公司生產的2／4／6型前置放大器。增益設為40dB。

1.3 傳感器布置

根據環形防噴器的受力特點和檢測儀器的實際條件，在環形防噴器上布置了兩組三角定位的陣列，每一個陣列由三個傳感器組成，分別為傳感器1－2－3和傳感器4－5－6，以保證對防噴器重點部位的檢測。

2 試驗過程

按檢測方案及傳感器布點圖，在該防噴器外壁相應位置打磨出φ30mm見金屬光澤的區域，作為安裝傳感器的位置。各通道連接完成后，設置采集程序，對各通道進行靈敏度標定，使各通道靈敏度與平均靈敏度之差＜3dB。

試驗采用加載水壓的方式對防噴器內部進行加壓。防噴器的加壓程序為：最初10%水壓試驗壓力時進行10min背景噪聲檢測，在確定了低水平的背景噪聲可接受之后，在加壓過程中進行聲發射檢測。加壓過程中的保壓臺階為80%的設計壓力、設計壓力和水壓試驗壓力，如圖3所示。對加載設備的要求是升壓平穩、緩慢，壓力波動量要小，保壓期間無泄漏。

圖3 防噴器加載過程示意圖

3 試驗數據分析

對防噴器聲發射在線監測數據進行分析，各階段數據處理及分析結果表明：

（1）通過對防噴器第一保壓階段的聲發射信號分析，發現存在弱活性、中強度聲源。根據國標，源的綜合等級劃分為C級，定位圖如圖4（a）所示。

（2）通過對防噴器第二保壓階段的聲發射信號分析，發現存在活性、高強度聲源。根據國標，源的綜合等級劃分為E級，定位圖如圖4（b）所示。

（3）通過對防噴器第三保壓階段的聲發射信號分析，發現存在強活性、高強度聲源。根據國標，源的綜合等級劃分為F級，定位圖如圖4（c）所示。

綜合上述分析結果，評定該防噴器聲發射源級別為F級，應采用其他常規無損檢測方法進行復檢。

通過外觀檢查，如圖5所示，發現防噴器有明顯泄漏，泄漏部位與定位結果吻合，與聲發射評價結果相符。

圖5 防噴器泄漏外觀

4 結論

通過試驗，筆者認為運用聲發射技術對防噴器在承壓過程中的變化進行監測是可行的。

從檢測結果的數據來看，聲發射檢測技術能夠及時有效地反映出被測防噴器在外力作用下缺陷的活動情況，檢測結果能反映防噴器殼體在承壓過程中的破壞情況，且對缺陷的定位準確。

結合防噴器殼體材料的特性試驗，可以加強在役防噴器新生裂紋的定期聲發射檢測、疲勞裂紋起始與擴展聲發射檢測工作，提高防噴器的在線檢測應用水平。

［1］鄧勇剛，林發權，張利紅，等.AET技術在油田防噴器檢測中的應用［J］.鉆采工藝，2009，32（3）：83－85.

［2］朱祥軍，吳怡.環形防噴器的聲發射檢測［J］.無損檢測，2009，30（6）：359－362.