井口裝置自動定位檢測技術

1.目的

井口裝置是油氣井井筒最上部的重要設備之一，發揮著控制井筒、調節油氣生產、確保氣井安全生產等作用。在生產過程中，不時有井口裝置因沖蝕腐蝕等造成刺漏、泄漏等事故發生。因此在役高風險氣井井口裝置檢測是確保其安全運行的關鍵。目前主要的檢測手段是通過相控陣超聲波技術對關鍵部位進行無損檢測，獲取井口裝置的耐腐蝕合金涂層、壁厚及內部缺陷的相關數據，并據此判斷其當前的完整性狀態。然而，井口裝置幾何結構復雜，檢測人員在掃查過程中受環境空間的限制較大，檢測效率低，并且人工掃查難以準確掌握掃查路徑及時間，無法保障檢測路徑和速度的一致性，有可能影響數據的準確性。

2. 方法

為了解決了人工定位難、掃查效率低等問題，筆者團隊創新性的研發了井口自動定位裝置，以此來優化井口相控陣檢測技術，并提高檢測效率及檢測精度。該裝置由固定機構、檢測機構和自動掃查機構組成，如圖1所示。

圖1 井口自動定位裝置設計示意圖與實物照片

1）固定機構是由普通鏈節和內徑調節鏈節通過鉸接方式連接組成的環狀結構，固定于閥門脖頸或閥門連接處外表面。普通鏈節兩側設計有滾輪，可以沿周向旋轉運動，調整掃查方向；內徑調節鏈節包含不同長度的弧形鏈節，用于改變固定機構內徑，以適應不同半徑的閥門脖頸或閥門連接處。同時，在靠近檢測機構一端的普通鏈節處設有套筒式定位裝置，通過法蘭盤的螺栓位置設定檢測點。

2）檢測機構由軸向導軌、徑向導軌、滑塊和相控陣探頭檢測組件構成。軸向導軌與普通鏈節的端面垂直固定連接，與脖頸的中軸線平行設置，提供探頭在水平方向移動的軌道；滑塊與上述的軸向導軌通過滑動連接固定，用于在水平方向移動探頭；徑向導軌與滑塊通過滑動連接固定，并在靠近脖頸處的一端設置有探頭檢測組件，用于在垂直方向移動探頭位置與脖頸的外壁貼合。

3）自動掃查機構由編碼器和編碼器底座構成。編碼器底座固定于軸向導軌和普通鏈節的結合處，編碼器固定于底座上，可以驅動上述滑塊在水平方向上的往復運動。具體實施時，首先根據待檢井口法蘭盤的大小，設定相應的內徑調整鏈節數量，隨后通過套筒式定位裝置確定起始檢測點，利用編碼器勻速移動檢測探頭對脖頸進行自動掃查，記錄相應的檢測數據和掃查速度。完成上述操作后，移動固定數量的螺栓進行二次定位、檢測，重復以上步驟直至完成檢測周期。

3.作用和效果

該裝置已在常規氣井和非常規氣井開展了大量現場應用試驗，結果表明：①定位準確度得到了大幅度提升，所研發的井口自動定位裝置通過法蘭盤處的螺栓對檢測點進行定位，消除了人工觀察所帶來的誤差，檢測精度提升6倍，效率提高60%；②檢測速度量化可控，通過編碼器的內置電機及相應的編碼軟件，探頭可實現5～30 mm/s速度內的勻速掃查，滿足了相控陣超聲波對檢測速度的要求，解決了人工掃查難以精確控制的問題；③檢測路徑統一，通過固定探頭于軸向軌道上，規定了掃查時的移動路徑，消除了人工掃查路徑漂移現象。結論認為，該裝置為準確客觀地獲取井口裝置腐蝕與沖蝕結果提供了可靠的、有效的技術儲備，徹底解決了人工定位不準確、掃查路徑不統一及檢測效率低的問題，保證了檢測數據的一致性和準確性，進一步掌握了川渝地區井口裝置的完整性狀態，為促進常規氣井、非常規氣井安全高效生產提供了數據支撐。目前，該裝置的發明創造專利已被國家知識產權局受理（圖2）。

圖2 發明專利受理證書