環(huán)形防噴器聲發(fā)射動態(tài)檢測研究

裴東林

摘 要：在鉆井作業(yè)中，為了防止井涌和井噴，實現(xiàn)安全高效的勘探開發(fā)作業(yè)，可靠的井控設(shè)備十分重要。防噴器等井口裝置，對井控系統(tǒng)安全性能，特別是高壓井井控系統(tǒng)的工作性能具有舉足輕重的作用。目前，對防噴器等井控裝置檢測內(nèi)部缺陷主要是采用超聲波、磁探、滲透等常規(guī)檢測以及進行耐壓試驗，難以發(fā)現(xiàn)和判定已有裂紋的擴展。該研究是利用聲發(fā)射檢測技術(shù)來分析裂紋和缺陷的發(fā)展歸規(guī)律和極限缺陷的發(fā)展過程研究。

關(guān)鍵詞：環(huán)形防噴器 聲發(fā)射動態(tài)檢測

中圖分類號：TH878 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0066-03

由于防噴器等井口裝置在鉆井中起著重要的作用，加之環(huán)形防噴器的功能較為全面，能適應(yīng)井口的多種工況迅速封井，所以應(yīng)用得非常廣泛。現(xiàn)主要對環(huán)形防噴器聲發(fā)射檢測原理、布點位置、模擬試驗結(jié)果、及在實際工作狀態(tài)下應(yīng)用的研究。選用4臺防噴器試驗進行試驗，其中3臺防噴器未檢測出超標(biāo)缺陷，一臺35-35FH防噴器出現(xiàn)了超標(biāo)缺陷。

1 聲發(fā)射檢測原理

聲發(fā)射（ACOUSTIC EMISSION簡稱AE）的原理是：受力構(gòu)件的材料內(nèi)部在損傷缺陷萌生、擴展過程中會釋放塑性應(yīng)變能，應(yīng)變能以應(yīng)力波形式向外傳播擴展，這種現(xiàn)象即稱聲發(fā)射現(xiàn)象。聲發(fā)射技術(shù)是將高靈敏度的聲發(fā)射壓電傳感器安裝在受力構(gòu)件表面上，并形成一定形式的傳感器陣列，實時接受和采集來自于材料缺陷的聲發(fā)射信號，進而通過對這些聲發(fā)射信號的識別、判斷和分析等過程，對材料損傷缺陷進行檢測研究，對構(gòu)件的完整性進行評定，并為設(shè)備在使用工況下的壽命進行預(yù)測。

2 傳感器布點方案

根據(jù)環(huán)形防噴器的結(jié)構(gòu)，其主要的受力部位在殼體，當(dāng)環(huán)形防噴器受壓時，殼體受到來自內(nèi)部向外的壓力，除此之外，頂蓋會受到內(nèi)部向上擠的壓力。如圖1所示。

環(huán)形防噴器材料分布不均勻，內(nèi)部有大量的零件，用三維定位方法會出現(xiàn)定位不準(zhǔn)，噪聲信號特別多的現(xiàn)象。因此，我們采用二維定位方式，重點布置傳感器在殼體及頂蓋部位，每個部位采用4個傳感器，從8個傳感器中選擇相近的4個，可以組成6個四方形，對環(huán)形防噴器全方位檢測。傳感器布置如圖2所示，檢測到的部位如圖1及表1所示。

3 試驗前校準(zhǔn)

對35-35環(huán)形防噴器上的8個傳感器進行定位校準(zhǔn)試驗，環(huán)形防噴器的頂蓋組傳感器間距為720mm，殼體組傳感器間距為1000mm，上下兩組的傳感器間距為600mm，用鉛筆芯折斷作為模擬源，每個傳感器作2次測試，并且在頂蓋和殼體之間4個矩陣的中點也做2次測試，測試到的模擬信號如表2所示。

從表2可以看出，頂蓋上的傳感器矩陣1-2-3-4和殼體上的傳感器矩陣5-6-7-8模擬定位效果很好，顯示的信號坐標(biāo)和模擬源的實際坐標(biāo)相差不大；而對于連接頂蓋和殼體的4個矩陣1-2-5-6，3-4-7-8，1-4-5-8，2-3-6-7傳感器位置的模擬源形成的聲發(fā)射信號坐標(biāo)偏差大，但在這4個矩陣中間打的模擬源定位卻很準(zhǔn)確。雖然中間的4個矩陣中傳感器位置的定位偏差大，但這些傳感器在上下兩組矩陣中的定位卻很準(zhǔn)確，同時中間4個矩陣的中間位置定位也很準(zhǔn)，那么我們在檢測環(huán)形防噴器時，采用傳感器重復(fù)組合、多個定位面綜合觀察試驗數(shù)據(jù)的方式，用上下兩個矩陣分別觀察頂蓋和殼體部位的信號，用中間4個矩陣重點觀察頂蓋和殼體間的信號，這樣才能令檢測更準(zhǔn)確、更全面。

4 工作狀態(tài)下檢測及安全性測評

通過兩次打壓，第一次打壓產(chǎn)生33個聲發(fā)射信號，第二產(chǎn)生13個，兩次打壓中信號的集中區(qū)主要在1-2-3-4號傳感器的頂蓋，而且有個集中區(qū)域兩次打壓都產(chǎn)生信號，接下來我們主要針對這個區(qū)域的信號進行分析。

在表3中我們可以看到，兩次打壓中這個范圍內(nèi)都產(chǎn)生了數(shù)個信號，這些信號能量偏大，計數(shù)量大，而且具有重復(fù)性，按照GB/T 18182的規(guī)定，該聲發(fā)射源屬于中強度、強活性，判為E級，可以認(rèn)定該防噴器頂蓋坐標(biāo)為（580，160）的點，周圍60mm面積區(qū)域內(nèi)的有嚴(yán)重的缺陷。為了進一步確定我們的判斷，我們采用超聲波探傷對這個部位進行復(fù)檢，通過復(fù)檢，確認(rèn)該部位存在一個裂紋。經(jīng)過綜合分析后，該環(huán)形防噴器評定為E級，不能繼續(xù)使用。

5 結(jié)語

通過對聲發(fā)射在環(huán)形防噴器上的應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確判斷裂紋和缺陷發(fā)育規(guī)律和極限缺陷的發(fā)展過程。具有其他無損檢測手段不能優(yōu)勢，利用聲發(fā)射檢測技術(shù)正好彌補這些不足，聲發(fā)射檢測只打磨布置傳感器所需要的表面，而且通過聲發(fā)射傳感器組成的矩陣可以同時檢測很大面積的殼體承壓能力，這極大程度為檢測節(jié)約了時間；無論是表面還是在殼體內(nèi)部，只要缺陷擴展，聲發(fā)射都能準(zhǔn)確的識別，并且只對風(fēng)速、風(fēng)沙、溫度等周圍檢測環(huán)境有簡單的要求。聲發(fā)射檢測技術(shù)在防噴器等井口裝置檢測中的應(yīng)用將越來越廣泛。

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