石油專用管的超聲波檢測技術

王子偉(長慶油田分公司物資供應處(物資管理部)商檢所，陜西 咸陽 712000)

0 引言

石油專用管材種類諸多，其中涵蓋了擴鉆桿、方鉆桿、鉆鋌、油管、套管等諸多設備，在石油開采的過程中，這些設備會受到復雜的應力作用，一旦出現故障則會造成嚴重的生命財產損失。超聲波無損探測技術手段，可以對石油專用管材開展高效質量檢測，確保石油開采工作高質量、穩定開展。從客觀層次上來看，石油專用管材的質量檢測方法較多，其中涵蓋了目視檢查法、漏磁檢查法、射線檢查法、磁粉檢測、渦流檢驗等諸多技術方法。在常年實踐經驗當中，超聲波檢測技術是現場實踐當中檢測效果最好的技術之一，針對石油專用管材內部腐蝕檢測、石油專用管材內部破損檢測、石油專用管材壁厚檢測具備絕佳效果。文章將針對石油專用管的超聲波檢測技術進行詳細分析。

1 超聲波檢測技術原理

超聲波檢驗技術主要是借助超聲波技術，將超聲波傳入到金屬材料內部當中。進入到金屬材料內部的超聲波，可以從一個金屬截面傳入到另一金屬截面，不同截面的邊緣，會發生反射作用，通過獲取超聲波在不同截面當中的反射波，便可以對金屬材料內部缺陷、破損情況進行檢測。超聲波束會由探頭出發，從管材表面傳入到管材內部，若遇到了內部缺陷或者到達了管材底面，那么超聲波則會發生反射，這樣便會在超聲波檢測儀器當中形成脈沖波形，借助反射回來的超聲波形狀，便可以對管材內部破損、缺陷、位置、大小進行甄別[1]。超聲波的波形有很多種，一般情況下可以檢測到的波形有橫波、縱波、板波、表面波等，不同波形表示了不同管材內部情況，每一種波形所運用的場合也不同。橫波可以用于檢測管材內部軸向或者周向裂紋、劃痕、夾渣、氣孔、焊接問題等[2]。縱波主要用于檢測鑄件、鍛件、坯料內部白點、縮管、雜物、裂紋等諸多缺陷。板波主要用來檢測薄板內部的缺陷，表面波主要用來檢測石油專用管材表面或者內部缺陷。

2 超聲波檢測方法

2.1 穿透法

穿透法超聲波檢測技術在開展石油專用管材檢測時，需要在待檢測的管材兩面設置兩個探頭，在一端發射超聲波，超聲波穿透待檢測管材，使超聲波從管材一個界面到達另一個界面，并在發射另一端接收超聲波。通過對接收到超聲波的能量值變化分析，便可以對管材內部的缺陷狀況進行詳細解析。若管材內部完整、完好，那么終端探頭所接收到的超聲波信號能量則相對較強，若管材內部出現了破損、缺陷等問題，那么超聲波在傳遞到缺陷、破損位置時，會受到阻礙，并且影響到在此之后的超聲波信號能量[3]。從客觀層次上來看，穿透法在實際使用的過程中，有以下五個特點：其一，可以結合超聲波能量差異，有效地判斷管材內部是否存在缺陷、破損情況，但是往往很難確定管材內部破損位置；其二，針對石油專用管材內部微小微弱的損害，往往很難發現，細小問題檢測靈敏性存在一定缺陷；其三，穿透法超聲波檢測技術運用起來較為簡單，操作方便，可以實現自動化作業；其四，適用于材質較薄的管材檢測，并且可以進行全面檢測，避免了檢測盲區[4]；其五，穿透法超聲波檢測技術，在放置超聲波發射探頭時，對管材的大小、長短、距離有一定要求，若管材較長，則實施穿透法檢測的效率較低。

2.2 共振法

共振法超聲波檢測技術，在開展運用時，主要是借助連續超聲波，借助調節超聲波頻率來使待測管材內部達到共振，通過此種手段來判斷管材的厚度是否達到行業標準，并且也可以實現對管材內部缺陷進行檢測。共振法超聲波檢測技術在進行石油管材檢測時，更加適用于檢測表面較為粗糙的管材，不僅可以對金屬材料管材進行檢測，還可以對復合材料、膠結材料、鋼板內部夾層的缺陷進行檢測[5]。在具體應用時，超聲波在待測管材內部進行傳播，適當地開展波頻調節，若反射波的相位與入射波相位相同時，那么便會在管材內部實現共振現象，這時候待測管材厚度等于超聲波波長的0.5 倍或者整倍數。在正確使用共振法超聲波檢測技術時，應該注重以下三點要求：其一，實施共振法時，應該有針對性地選擇那些檢測難度較大、表面粗糙程度較高的管材進行檢測；其二，共振法對于管材厚度測量存在高效性，其精準度也相對較高；其三，針對薄管檢測時，共振法超聲波檢測技術也具備良好效果，可以全面對薄質管材內部進行檢測。

2.3 脈沖反射法

脈沖反射法超聲波檢測技術也是超聲波檢測技術當中一種較為常見的方法，在運用脈沖反射法超聲波檢測技術時，當發射超聲波從一面傳輸到另一待檢測面時，借助兩個面的反應特征，來判斷被檢測管材是否存在缺陷。因為脈沖反射法超聲波檢測技術，是按照入射波波形作為檢測標準，所以若出現了入射波波形變化，則代表被檢測管材存在缺陷問題[6]。一般情況下，按照入射波的波形，可以將脈沖反射法超聲波檢測技術分成四大類，分別是橫波檢測法、縱波檢測法、表面波檢測法、蘭姆波檢測法。脈沖反射法超聲波檢測技術在運用時存在以下三個特點：其一，脈沖反射法的運用范圍非常廣，結合不同管材的特點，選擇區別化的脈沖反射檢測探測類型，借助不同波形來探測不同類別的管材；其二，脈沖反射法可以精準地檢測到石油專用管材內部細微的缺失、大小、位置，具備高精準度特點；其三，脈沖反射法自身的靈敏度較高，可以對細小的缺陷進行嚴格把控，確保石油專用管材檢測嚴謹性。

3 石油專用管材的超聲波檢測技術實現過程

借助超聲波檢測技術進行石油專用管材檢測時，常常會運用的檢測儀器是A 型顯示脈沖反射式超聲波探傷儀。該儀器可以充分在石油專用管材檢測當中發揮出脈沖反射法的探測特點，能夠對石油專用管材內部缺陷大小、缺陷位置、缺陷情況進行精準把控。脈沖反射法的探測依據是通過示波屏幕當中所反映出來的反射信號幅度，對反射信號、入射信號的相關位置與幅度進行展示，通過對測試當中的信號偏差來確定石油專用管材檢測結果，并且確定檢測結果中超聲波不確定度[7]。在實施石油專用管材超聲波檢測時，需要以下三個過程：其一，測量數據。在垂直于待檢測管材的中心軸線位置進行劃分，并且裝配好相關的檢測探頭，確保超聲波探頭與管材接觸良好。例如，在開展管材厚度測量時，要求布置較為密集的測量點，并且移動探頭，確保探頭不接觸管材表面，在保障屏幕上顯示超聲數值穩定之后，便可以實施檢測；其二，引入δ =(ut)/2，其中δ (mm)為管材厚度，u(mm/s)為聲波速度，t(s)為聲波在管材當中往返的時間；其三，評定反射信號的不確定分量，對同一指標重復性檢測內容進行確定，再確定超聲波顯示儀當中不確定程度。將評定的不確定分量進行列表，整合計算不確定程度，得出相關檢測結果，出具超聲波檢測報告。

4 結語

總而言之，超聲波無損探傷技術作為一種高科技檢驗技術，具備高精準性、高效率等諸多特點，適用于石油專用管材質量檢驗工作當中。在開展石油專用管材檢測時，必須要認識到石油專用管材檢測的重要性，明確超聲波檢測技術類型，并且引入專業的超聲波檢測技術人員。結合不同管材特點，選擇區別化的超聲波檢測技術手段，切實保障石油專用管材質量，促進中國石油事業穩定發展。