儲氣井內檢測超聲相控陣技術工藝試驗研究

摘 要 隨著我國工業的快速發展以及經濟水平的顯著提高，對能源資源的需求量在不斷提升。而天然氣作為一種優質的清潔環保型能源資源，其具備轉換效率高、建設周期短等優點。而要想實現對天然氣資源的高效利用，儲氣井是一種不可或缺的裝置設備，其作為一種特殊的立壓式容器，具有較強的安全性，且占地面積較小，故得到了較為廣泛的應用。但是，當其外表面受到長期腐蝕后，整個外壁就會變薄，以此也就會影響其的使用性能。而開展相應的儲氣井內檢測超聲相控陣技術工藝試驗工作，就可有效檢測出儲氣井的受腐蝕程度。

關鍵詞 儲氣井;超聲相控陣技術;工藝試驗;檢測

引言

為了確保儲氣井能夠正常使用，需要對高壓地下的儲氣井開展定期的檢驗。而檢驗工作的展開不僅應包含：宏觀檢查、水壓試驗以及資料審查等相關方面，而且還應包含腐蝕減薄的無損檢測。而超聲相控陣技術，對于儲氣井內的受腐蝕程度具有較強的靈敏度，且檢測結果不受儲氣井材質等相關因素的影響，具有較高的精準度。因此，在研究的過程中，就根據儲氣井的具體結構特點，提出了圓柱形凸面相控陣檢測技術，并通過帶有人工缺陷的儲氣井試樣來檢測超聲相控陣內相關工藝參數設置的有效性和合理性，以此就能更好地發揮出儲氣井的使用性能，確保實現對儲氣井的高效檢測。本文就針對儲氣井內檢測超聲相控陣技術工藝試驗展開具體的分析與討論。

1凸面超聲相控陣內檢測技術

凸面超聲相控陣內檢測技術的使用，主要就是為了滿足儲氣井內為凹面的情況，確保能夠有效地檢測出儲氣井內壁的受腐蝕程度。其中，有N個條形陣元均勻分布在圓柱形的結構表面，這樣就給后續檢測工作的展開奠定了基礎。而在具體檢測時，一般需要將凸面相控陣的探頭伸入到管狀設備的內部，并運用充水耦合的方式，來確保探頭所發射的光束能夠完整地覆蓋整個管道的橫截面，以此也就能實現對整個儲氣井內部凹面的檢測。此外，凸面相控陣電子線掃描的原理主要為：運用電子聚集的方式，按照相應的激發時間，激發多個陣元組，并逐漸的聚集為聚焦聲束，直到完成整個圓周向的電子線掃描。其中，凸面超聲相控陣內檢測技術的使用可以利用延時聚集法來實現對內外管壁的成像掃描，這樣就能有效檢測出某一軸向位置儲氣井周向壁厚的變化和儲氣井橢圓度的變化。此外，當探頭沿著軸逐漸開始移動時，就可形成管壁的彩色C掃成像，以此也就能完成對儲氣井內壁的檢測[1]。

2圓形凸面相控陣工藝參數與試驗研究

為了有效驗證圓形凸面相控陣工藝參數設置的合理性，就有效的模擬了人工缺陷的儲氣井，其中不僅模擬了儲氣井的規格，而且還模擬了儲氣井的聲學特性。而當驗證并確定好凸面相控陣的工藝參數后，就可有效的調整探頭孔徑D、焦距F、增益和閘門等參數，確保實現對各項參數的有效優化，確保能夠更精準地檢測出儲氣井內壁的受腐蝕程度。

（1）主動孔徑。超聲相控陣探頭的主動孔徑在一定程度上影響著整個探頭的聚集性能。因此，就應做好對主動孔徑相關參數的試驗和優化工作，避免給整個探頭的使用帶來影響。其中，對于焦點的尺寸而言，其主要與主動孔徑D和超聲波的波長有關。因此，為了影響凸面相控陣的結構，就應設置并同時激發4，6，8，12，14，16個陣元，確保能夠有效獲得聲場的分布，這樣也就能幫助我們獲得探頭軸向聲場隨著主動孔徑變化的規律。其中，當主動孔徑不斷增加時，聚焦的效果也呈現出逐漸增長的趨勢。然而在越靠近外壁的地方，其聚焦的效果就越差。此外，當激發的陣元的個數越多，相應的聚焦效果也就越好。但是，當激發陣元的個數為6～8個時，聚焦效果基本相同，只是在靈敏度方面存有差別。因此，為了確保具有較高的靈敏度和較高的聚焦效果，就可使用6個激發陣元，以此才能實現對儲氣井的高效檢測[2]。

（2）焦距。焦距也是影響相控陣檢測質量的一大因素。其中，當焦距太小時，其就會無法完成聲束的聚集。而當焦距處于進場區的范圍時，就會具備較高的聚集效果。而隨著焦距離遠場距離越來越遠時，相應的聚焦效果也會越來越不明顯。因此，為了確保能夠獲得較高的聚焦效果，焦距的位置應設置在儲氣井壁內，且深度應以試樣的內壁為主要衡量基準。只有將焦距設置在儲氣井壁厚所規定的范圍之內，就會取得相同的聚集效果，以此也就能較為靈敏的檢測儲氣井內外壁的腐蝕程度。

（3）閥門設置。在使用超聲相控陣技術檢測儲氣井時，對于閥門的設置，通常應根據儲氣井的厚度和水層的厚度來進行設置，否則就會給最終的檢測結果帶來較大的影響。其中，在對閥門進行設置時，應確保其能夠套住最小的有用信號，并且還能較好的抑制住最大的噪聲信號，這樣才能真正發揮出閥門設置的性能。倘若對閥門的設置沒有滿足相應的設置要求，就會導致許多噪聲信號出現在掃描圖中，并且還能抑制一些有用的信號，這樣也就影響了最終的檢測效果[3]。

（4）增益。增益主要是用來設置激活通道的接收增益值。其中，在設置增益值時，應確保其能夠使正常外壁反射波高處于50%，以此才能保證增益設置的合理性和有效性。倘若外壁的反射波高出現較小的情況，就會遺漏大量的有用信號。而當反射的波高超出正常范圍時，就會引發較多的雜散信號，以此也就增大了噪聲出現的概率。因此，就應根據具體情況，來合理設置增益值。

3結束語

不斷研究與分析儲氣井內檢測超聲相控陣技術工藝，對于有效實現對儲氣井內受腐蝕程度的高效檢測，合理的優化超聲相控陣技術工藝的相關參數以及有效的提升儲氣井的使用價值，滿足人們對于能源資源的使用需求都具有至關重要的作用。因此，我們應首先認識與了解凸面超聲相控陣內檢測技術，進而從主動孔徑、焦距、閥門設置以及增益四個方面來完成圓形凸面相控陣工藝參數與試驗工作，確保有效的優化相關使用參數，確保提升超聲相控陣技術的使用性能，以此來有效提升對儲氣井檢測的靈敏度和檢測效率。

參考文獻

[1] 蔡震.基于超聲相控技術的儲氣井套管檢測關鍵技術問題研究[D].南京：東南大學，2019.

[2] 鐘海見，郭偉燦，繆存堅.儲氣井內檢測超聲相控陣技術工藝試驗研究[J].壓力容器，2018，35（8）：63-69.

[3] 呂劍雄.脫硫脫水對CNG加氣站地下儲氣井腐蝕過程影響研究[D].舟山：浙江海洋大學，2018.

作者簡介

陳濤（1978-），男，重慶市大足縣人;學歷：碩士研究生，職稱：高級工程師，現就職單位：克孜勒蘇柯爾克孜自治州特種設備檢驗檢測所，研究方向：熱能動力裝備和流體機械的運行優化與節能、特種設備檢驗檢測技術。