超聲相控陣在集輸管道和井口裝置檢測中的應(yīng)用

陳 進(jìn) 黃 軍 韓西成 陳鋒林 黃均亮 江 偉 劉 陽

（漢正檢測技術(shù)有限公司，四川 德陽 618300）

0 引言

集輸管道和井口裝置是石油天然氣開采的核心設(shè)備之一，用于油氣井的流體控制，是為油氣井產(chǎn)出流體及洗井液等提供出入的裝置[1]。井口裝置和集輸管道長期受介質(zhì)腐蝕和沖蝕的影響導(dǎo)致泄漏，極易造成人員傷亡、環(huán)境污染，給氣井安全生產(chǎn)帶來巨大的威脅[2]。井口裝置和集輸管道主要由管道、四通和閥門等組合而成，其中閥門的腐蝕和泄漏是設(shè)備發(fā)生事故的主要原因[3]。閥門內(nèi)通道和密封面（如圖1所示）在高溫、高壓含腐蝕性介質(zhì)條件下易產(chǎn)生腐蝕失效[4]，為超聲波相控陣重點(diǎn)檢測位置。

圖1 重點(diǎn)檢測位置分布圖

1 超聲波相控陣檢測

超聲波相控陣技術(shù)的主要特點(diǎn)是多晶片探頭中各晶片的激勵(lì)均由計(jì)算機(jī)控制，壓電復(fù)合晶片受激勵(lì)后能產(chǎn)生超聲聚焦波束，聲束參數(shù)如角度、焦距和焦點(diǎn)尺寸等均可通過軟件調(diào)整[5]。超聲波相控陣不同的陣元組合與不同的聚焦法則相結(jié)合，形成了三種特有的工作方式，即線性掃查、扇形掃查和動態(tài)聚焦[6]。超聲掃查基本圖像顯示大致有八種：A顯示、B顯示、C顯示、D顯示、S顯示、極坐標(biāo)圖、帶狀圖、TOFD圖[7]。結(jié)合各顯示的特點(diǎn)，本文采用C顯示和S顯示的組合顯示模式，便于數(shù)據(jù)的記錄和圖像的比對。

2 檢測準(zhǔn)備

2.1 儀器與探頭楔塊

相控陣超聲探傷儀選用DOPPLER PHASCAN 32/64，探頭選5L32-0.5-10-D2，楔塊選用SD2-N55S.opw。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)試塊和對比試塊

標(biāo)準(zhǔn)試塊選用CSK-IA試塊（如圖2所示），對比試塊選用PRB-I試塊（如圖3所示）。

圖2 CSK-IA試塊

圖3 PRB-I試塊

2.3 工件形狀模擬及檢測覆蓋

工件形狀按VY型焊縫模擬，選擇左單邊坡口，鈍邊高度4mm、填充區(qū)高度7mm、填充區(qū)角度分別為0°和66.8°及工件厚度30mm，均按模擬試塊實(shí)際尺寸設(shè)置。檢測覆蓋選取角度范圍為40～73°，用一次波和二次波對待檢測區(qū)域形成全覆蓋，如圖4 所示。

圖4 扇形掃查聲束覆蓋圖

2.4 檢測系統(tǒng)的校準(zhǔn)

在CSK-IA試塊上完成聲速和楔塊延時(shí)的校準(zhǔn)，然后用PRB-I試塊上30mm深的橫通孔校準(zhǔn)靈敏度，完成檢測系統(tǒng)的校準(zhǔn)。

3 模擬驗(yàn)證

3.1 模擬試塊人工缺陷的設(shè)計(jì)

鋼圈槽凸臺內(nèi)通道側(cè)加工深度分別為2mm、3mm的兩個(gè)圓弧形刻槽，模擬閥門內(nèi)通道腐蝕；鋼圈槽凸臺上加工深度分別為2mm、3mm的兩個(gè)方形刻槽，模擬鋼圈槽凸臺腐蝕；鋼圈槽內(nèi)加工孔徑分別為Φ1.5mm、Φ3mm的兩個(gè)圓孔，模擬鋼圈槽腐蝕，如圖5所示。

圖5 模擬試塊缺陷分布圖

3.2 掃查圖譜及缺陷分析

取無缺陷截面，其扇形掃查聲束覆蓋示意圖如圖6所示，無缺陷截面S掃圖（如圖7所示）作為 參考。

圖6 聲束覆蓋示意圖

圖7 無缺陷截面S掃圖

將掃查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，并與實(shí)物逐一對比，得出表1所示缺陷圖文結(jié)果：

表1 （續(xù)）

表1 數(shù)據(jù)分析比照

模擬試塊上的人工缺陷已全部檢出，缺陷的水平位置與實(shí)物相吻合。

4 結(jié)語

超聲相控陣能有效的檢測出集輸管道和井口裝置鋼圈密封槽的腐蝕值。