防喷器在承压过程中的声发射检测

赵俊茹，戴 光，龙飞飞

（东北石油大学，大庆 163318）

防喷器是石油钻井过程中井控设备的核心装置，用于控制井口压力。实现近平衡或欠平衡压力钻井，是确保石油钻井生产安全高效运行的重要技术保障。防喷器在使用过程中，其内部受到碰撞、腐蚀、井口压力以及长期反复压力检测等因素，会产生裂纹。如果防喷器壳体内部裂纹长期存在并且日渐扩展，在上井使用中，一些带有活性缺陷的防喷器将在工作状态下渗漏甚至开裂，造成防喷器的失效，给钻井生产带来严重的经济损失甚至人员的伤亡［1］。

由于防喷器壁厚较厚，磁粉和渗透方法均不能检测出壳体内部的缺陷；而且由于壳体存在于油腔中，当用超声方法进行探测时，很难从各种回波中分辨出壳体和油腔信号，定位十分困难，不确定因素较多，故可靠性差。因此防喷器壳体的检测尚缺少有效的手段，多依靠人的感观和经验。声发射检测方法被动接收缺陷声发射应力波，其检测范围仅与传感器的接收半径、材料的声衰减以及检测通道数相关，理论上可以监视任何复杂构件，而不受被检件形状和尺寸的影响。笔者针对带有裂纹缺陷的防喷器在承压过程中裂纹扩展的过程进行了声发射检测试验［2］。

1 试验准备

1.1 试验方案

在某公司井控车间厂房试压间内，用一台报废环形防喷器进行试验。由于防喷器的壳体较厚，不可能因为腐蚀或减薄等情况出现泄漏的腐蚀孔或裂纹，因此在一个壳体无缺陷的防喷器上用气焊切割一个长度100mm，宽度5mm的缺口，再将缺口补焊（图1和2）。通过气动泵对防喷器加压，模拟防喷器额定工作环境。由于补焊位置相对脆弱，最容易发生破裂，所以重点采集这个部位的信号。根据测量要求布置传感器的位置，使仪器检测补焊位置的信号。

1.2 试验设备

试验采用的是美国PAC公司生产的SAMOS－Ⅱ声发射检测仪，检测系统配有PAC公司的最新版各类分析软件，可以实时显示出声发射信号的波形和参数数据列表以及各种类型的图表。选用美国WD宽带声发射传感器，以获取更广频率范围的信号。采用美国PAC公司生产的2／4／6型前置放大器。增益设为40dB。

1.3 传感器布置

根据环形防喷器的受力特点和检测仪器的实际条件，在环形防喷器上布置了两组三角定位的阵列，每一个阵列由三个传感器组成，分别为传感器1－2－3和传感器4－5－6，以保证对防喷器重点部位的检测。

2 试验过程

按检测方案及传感器布点图，在该防喷器外壁相应位置打磨出φ30mm见金属光泽的区域，作为安装传感器的位置。各通道连接完成后，设置采集程序，对各通道进行灵敏度标定，使各通道灵敏度与平均灵敏度之差＜3dB。

试验采用加载水压的方式对防喷器内部进行加压。防喷器的加压程序为：最初10%水压试验压力时进行10min背景噪声检测，在确定了低水平的背景噪声可接受之后，在加压过程中进行声发射检测。加压过程中的保压台阶为80%的设计压力、设计压力和水压试验压力，如图3所示。对加载设备的要求是升压平稳、缓慢，压力波动量要小，保压期间无泄漏。

图3 防喷器加载过程示意图

3 试验数据分析

对防喷器声发射在线监测数据进行分析，各阶段数据处理及分析结果表明：

（1）通过对防喷器第一保压阶段的声发射信号分析，发现存在弱活性、中强度声源。根据国标，源的综合等级划分为C级，定位图如图4（a）所示。

（2）通过对防喷器第二保压阶段的声发射信号分析，发现存在活性、高强度声源。根据国标，源的综合等级划分为E级，定位图如图4（b）所示。

（3）通过对防喷器第三保压阶段的声发射信号分析，发现存在强活性、高强度声源。根据国标，源的综合等级划分为F级，定位图如图4（c）所示。

综合上述分析结果，评定该防喷器声发射源级别为F级，应采用其他常规无损检测方法进行复检。

通过外观检查，如图5所示，发现防喷器有明显泄漏，泄漏部位与定位结果吻合，与声发射评价结果相符。

图5 防喷器泄漏外观

4 结论

通过试验，笔者认为运用声发射技术对防喷器在承压过程中的变化进行监测是可行的。

从检测结果的数据来看，声发射检测技术能够及时有效地反映出被测防喷器在外力作用下缺陷的活动情况，检测结果能反映防喷器壳体在承压过程中的破坏情况，且对缺陷的定位准确。

结合防喷器壳体材料的特性试验，可以加强在役防喷器新生裂纹的定期声发射检测、疲劳裂纹起始与扩展声发射检测工作，提高防喷器的在线检测应用水平。

［1］邓勇刚，林发权，张利红，等.AET技术在油田防喷器检测中的应用［J］.钻采工艺，2009，32（3）：83－85.

［2］朱祥军，吴怡.环形防喷器的声发射检测［J］.无损检测，2009，30（6）：359－362.