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声发射技术在节流管汇检测中的应用

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  • 发布时间:2017-03-24
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随着目前我国钻井工作量的逐年增加,防喷器、节流压井管汇等井控设备的使用次数也越来越频繁。

为提前发现事故隐患,保证钻井、修井作业的安全,适时对防喷器、节流压井管汇等井控设备利用声发射技术进行无损检测势在必行。

2 声发射检测的依据及设备在材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射 (AE1,声发射是-种常见的物理现象,大多数材料变形和断裂时有声发射发生,但许多材料的声发射信号强度很弱,人耳不能直接听见,需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来,用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术。

2.1检验依据的标准声发射检测的操作规则和评级方法,主要遵循KT/WG5.4-102-07《石油井口设备声发射检测及结果评价 方法 》,KT,WG5.4-102-07结合 了 JB/T4730-2005 《承压设备无损检测》和 GB/T l8182-2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》两项标准,此外,还依据 SY/T 5323-2004 《节流和压井系统》和GB/T 22513-2008《石油天然气工业 钻井和采油设备 井口装置和采油树》进行静水压密封试验。

2.2测试手段及仪器设备声发射的信号检测过程如图 1所示。

声发射检测使用的是从美国进口的 DiSP声发射检测仪。DiSP采集卡是在成功的 AEDSP-32/16卡基图 1声发射的信号检测过程础上开发的新-代 DSP卡,它是以 32位数字信号处理(DSP)为基础的数字化声发射卡。分析系统采用美国的声发射采集软件,这套软件在 WINDOWS环境下能实时声发射采集、外参量输入采集及进行分析。

包括前端数字滤波、图解滤波,AE特征提娶报警输出,各种定位功能。2-D、3-D图形,多参数分析、相关分析、聚类分析;波形处理及相关分析,FFT分析;灵活的图形功能,图形打 影输 出:HIT数据线形显示、统汁及重放功能等。

2.3可检测的种类声发射检测适用于各种节流管汇。如:35MPa手动、液动节流管汇 、70MPa手动 、液动节流管汇 、l05MPa手动、液动节流管汇 。声发射对节流管汇的检测已经遍布全国油井作业3 声发射技术应用研究3.1信号分析技术在声发射检测技术中如何排除噪声干扰-直是声发射检测技术的难题。在防喷器声发射检测中,我们关心的声源为容器本身的缺陷,例如裂纹、局部偏析、应力集中点、各种焊接缺陷、母材缺陷等等,但在压力试验过程中,还有很多来自容器或外界的非结构意义的声发射机制产生的噪声干扰,例如摩擦、振动、粘连开裂、气泡开裂等等,由于节流管汇本身由大量①作者简介:工程师,20Ol-07毕业于西南石油学院机械设计制造及其 自动化专业声发射技术在节流管汇检测中的应用 ·73·的外部零件组装在-起,在受载条件下由于摩擦和零件自身变形产生大量的噪声信号,特别在试验升压速度较快的过程中是十分常见的信号,这为我们正确的分析带来相当大的困难,因而在检测技术中我们通常还会利用空间鉴别排除定位阵列之外的声发射信号,并将声发射事件作为分析的主要数据类型,此外还利用振铃计数、能量及上升时间、持续时间进行参数鉴别,排除某些不符合的声发射事件,还利用高频窄带传感器及相应的频率滤波范围进行噪声的频率鉴别。

零部件的相互摩擦主要材料的位错和交叉滑移等塑性变形,这时产生的多为连续型信号,而且由于摩擦的机制与金属材料因变形而产生的声发射信号机制不同,故不能满足 Kaiser效应,通常这类信号能量小。

幅度也很低。因此在对数据分析判断的过程中。主要采用参数分析法及空间鉴别法对噪声信号进行排除。

3.1.1参数分析法图 2显示的数据可以直观的从参数特征判断出唧 # 1[1 2,4x -3 253 y 4l6 0 00:0l:22.8602653 1 40 0D:01.22 8602773 2 l82 0 00:01:22 8B03333 4 7唧 #2[6 5 犊x 104 5J y 4∞0 00 01 42 3BS03cJD 6 :340 00:01:42 3850540 5 80 00:01 42 ∞ 506BT T 510木 唧 # 2 ,8,丁]x 332 2J y0 O0:0I:59.5333l盯 5木 0 00:01:59 53331∞ 8 0 00:01:59.弱 332∞ T 唧 # 1[3 2 4]x 434.1 y0 00:02:38.9545643 30 00:02:38.9B45g10 20 00:02:38 964B535 427 091源幅值 : 41.0T 413606 58403g 53图 2 噪声信号数据显示图为能量低 幅度小的噪声信号,这类数据可以不用分析空间位置直接忽略不计,通过这种方法可以排除大量的噪声信号。

3.1.2空间鉴别法所谓空间鉴别法就是利用声发射的定位特性,根据 Kaiser效应,找出每个信号的具体坐标,对比2次试验中信号出现的位置,找出重复且特征数值大的信号。对其进行具体分析。

图3 第-次试验中保压阶段信号图图 4 第二次试验中保压阶段信号图图3、图4为-次检测中2次试验的信号对比,在第-次试验的保压阶段。产生较多信号,主要集中在 3号传感器附近,信号幅度较低,能量也很小,初步估计是水压致使阀门本体膨胀引起的噪声信号。在第二次试验的保压阶段。产生的信号较少,和第-次试验的定位源不在同-个位置 而且信号的幅度也不高,所以判定第-次出现的信号为非活性声发射源。

髓源∞驼 惦埋∞ ∞4 ∞盯8i∞ 5 9 4q 8 3 3髓源宅导蛆 姐圬" g:伯蝎们骐钟 8 2 gq 2 3 2 2 5 3 艏源4 4 4盯 盯[T l;田9 9 4 4 0q 4 1 3 25 烈 2 4[ 叮 0 8 0 5 5iq 2 5 8, 搏 为g四 3 3 4 T74· 新 疆 石 油 科 技 2012年第4期(第22卷)3.I-3预警分析对于设备的加载试验,声发射检验方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定系统的最高工作载荷。利用这个特性,在节流管汇声发射检测中,加载方式选用分级恒载的方式进加载,分级台阶和分级稳压时间需根据具体的试验和声发射情况灵活确定。在检测开始后声发射检测人员的主要工作是观察屏幕图表显示,详细记录检测过程中的所有信息,包括升压阶段及各级稳压阶段产生的信号。

图 5为-节流管汇在-次检测稳压阶段出现的图 5 危险信号值高幅度信号值,经分析,能量数和振铃计数都很高,我们要求立即停止试压,卸压后对信号的位置进行分析,并进行第二次试验,稳压 1 rain后在同-位置再次出现高幅度信号,对节流管汇信号出现位置进行超声波探伤发现有 2级缺陷。

利用材料的缺陷扩展特性及声发射高灵敏度特点,可以及早的发现节流管汇缺陷扩展情况,减少试验中的危险程度,保护试验人员及试验场地。

3.1.4结果判断到目前为止,井控公司共检测节流管汇 290台。

在这些节流管汇进行声发射检测中,认为有问题的会要求再进行-次声发射复检,经过复检仍然有问题的节流管汇,采用其他无损探伤手段进行确认。磁粉和渗透不太容易检测其内部的缺险,而射线因为环境的限制不易实现,通常采用超探进行缺陷的确认。

为了更细致的划分节流管汇的使用状态,我们根据检测中产生的声发射信号对检测结果进行分类,共分为 5个级别.每个级别代表的意思如表 l,在检测的同时对所有设备检测结果进行等级排列,找出不合格的以及有问题的设备,不仅除去了使用该设备的安全隐患,同时经过对所检测的设备进行统计,也为其庞大的在役节流管汇群体提供了-个详细的 体检表”,每-台设备的身体状况均--在案,这为设备的返修、定点检查以及延长服役期提供了科学的依据。

表 1 声发射检测结果等级A级B级可在额定压力下使用C级. 。

E级 不能继续使用4 节流管汇安全性测试评价目前检测的节流管汇大多使用时间超过 lO年。

长久的使用必然带来节流管汇承压部位金属疲劳、产生裂纹等诸多缺陷。已检测的节流管汇等级主要集中在B、C级,通过大量测试知道 C级别的节流管汇主要问题在于本体内存在缺陷,而这些缺陷的扩展相对缓慢,但是石油生产任务紧,节流管汇使用频率很高。

对于目前判定是 B、C级的节流管汇在继续使用 1年后的状态及能不能继续使用是我们非常需要了解的问题,因此我们对使用时间达到 l0年的节流管汇进行声发射年检,建立检测记录档案,保证井控设备中的节流管汇安全使用声发射技术在节流管汇检测 中的应用 .75。

(上接第 55页)设备价格高 2倍,但过热蒸汽吞吐周期产油量、油汽比分别是普通蒸汽 1.2倍、2.3倍,说明过热蒸汽吞吐开发经济效益好于湿蒸汽 ;(2)油层性质是开发效果的决定因素,如重 18井区的储层物性差,含油饱和度低,油层厚度薄,虽然使用过热蒸汽吞吐,生产效果较重 32井区差:(3)过热蒸汽可采用常规蒸汽计量方式,有利于实现按需注汽:(4)湿蒸汽吞吐不适合原油粘度>20 O00mPa·S(50oC)以上的稠油区块,从重 32井区直井前 3周期生产数据统计看,生产效果随粘度的增高而变差。当原油粘度>20 O00mPa·S(50qC)。单井前 3周期平均 日产油 2.3t,油汽比0.19,效果较差。

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