環形防噴器聲發射動態檢測研究

裴東林

摘 要：在鉆井作業中，為了防止井涌和井噴，實現安全高效的勘探開發作業，可靠的井控設備十分重要。防噴器等井口裝置，對井控系統安全性能，特別是高壓井井控系統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部缺陷主要是采用超聲波、磁探、滲透等常規檢測以及進行耐壓試驗，難以發現和判定已有裂紋的擴展。該研究是利用聲發射檢測技術來分析裂紋和缺陷的發展歸規律和極限缺陷的發展過程研究。

關鍵詞：環形防噴器 聲發射動態檢測

中圖分類號：TH878 文獻標識碼：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，加之環形防噴器的功能較為全面，能適應井口的多種工況迅速封井，所以應用得非常廣泛。現主要對環形防噴器聲發射檢測原理、布點位置、模擬試驗結果、及在實際工作狀態下應用的研究。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缺陷，一臺35-35FH防噴器出現了超標缺陷。

1 聲發射檢測原理

聲發射（ACOUSTIC EMISSION簡稱AE）的原理是：受力構件的材料內部在損傷缺陷萌生、擴展過程中會釋放塑性應變能，應變能以應力波形式向外傳播擴展，這種現象即稱聲發射現象。聲發射技術是將高靈敏度的聲發射壓電傳感器安裝在受力構件表面上，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射信號，進而通過對這些聲發射信號的識別、判斷和分析等過程，對材料損傷缺陷進行檢測研究，對構件的完整性進行評定，并為設備在使用工況下的壽命進行預測。

2 傳感器布點方案

根據環形防噴器的結構，其主要的受力部位在殼體，當環形防噴器受壓時，殼體受到來自內部向外的壓力，除此之外，頂蓋會受到內部向上擠的壓力。如圖1所示。

環形防噴器材料分布不均勻，內部有大量的零件，用三維定位方法會出現定位不準，噪聲信號特別多的現象。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

對35-35環形防噴器上的8個傳感器進行定位校準試驗，環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，顯示的信號坐標和模擬源的實際坐標相差不大；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射信號坐標偏差大，但在這4個矩陣中間打的模擬源定位卻很準確。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確，同時中間4個矩陣的中間位置定位也很準，那么我們在檢測環形防噴器時，采用傳感器重復組合、多個定位面綜合觀察試驗數據的方式，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確、更全面。

4 工作狀態下檢測及安全性測評

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

在表3中我們可以看到，兩次打壓中這個范圍內都產生了數個信號，這些信號能量偏大，計數量大，而且具有重復性，按照GB/T 18182的規定，該聲發射源屬于中強度、強活性，判為E級，可以認定該防噴器頂蓋坐標為（580，160）的點，周圍60mm面積區域內的有嚴重的缺陷。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檢，通過復檢，確認該部位存在一個裂紋。經過綜合分析后，該環形防噴器評定為E級，不能繼續使用。

5 結語

通過對聲發射在環形防噴器上的應用，能夠準確判斷裂紋和缺陷發育規律和極限缺陷的發展過程。具有其他無損檢測手段不能優勢，利用聲發射檢測技術正好彌補這些不足，聲發射檢測只打磨布置傳感器所需要的表面，而且通過聲發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約了時間；無論是表面還是在殼體內部，只要缺陷擴展，聲發射都能準確的識別，并且只對風速、風沙、溫度等周圍檢測環境有簡單的要求。聲發射檢測技術在防噴器等井口裝置檢測中的應用將越來越廣泛。

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