环形防喷器声发射动态检测研究

裴东林

摘 要：在钻井作业中，为了防止井涌和井喷，实现安全高效的勘探开发作业，可靠的井控设备十分重要。防喷器等井口装置，对井控系统安全性能，特别是高压井井控系统的工作性能具有举足轻重的作用。目前，对防喷器等井控装置检测内部缺陷主要是采用超声波、磁探、渗透等常规检测以及进行耐压试验，难以发现和判定已有裂纹的扩展。该研究是利用声发射检测技术来分析裂纹和缺陷的发展归规律和极限缺陷的发展过程研究。

关键词：环形防喷器 声发射动态检测

中图分类号：TH878 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0066-03

由于防喷器等井口装置在钻井中起着重要的作用，加之环形防喷器的功能较为全面，能适应井口的多种工况迅速封井，所以应用得非常广泛。现主要对环形防喷器声发射检测原理、布点位置、模拟试验结果、及在实际工作状态下应用的研究。选用4台防喷器试验进行试验，其中3台防喷器未检测出超标缺陷，一台35-35FH防喷器出现了超标缺陷。

1 声发射检测原理

声发射（ACOUSTIC EMISSION简称AE）的原理是：受力构件的材料内部在损伤缺陷萌生、扩展过程中会释放塑性应变能，应变能以应力波形式向外传播扩展，这种现象即称声发射现象。声发射技术是将高灵敏度的声发射压电传感器安装在受力构件表面上，并形成一定形式的传感器阵列，实时接受和采集来自于材料缺陷的声发射信号，进而通过对这些声发射信号的识别、判断和分析等过程，对材料损伤缺陷进行检测研究，对构件的完整性进行评定，并为设备在使用工况下的寿命进行预测。

2 传感器布点方案

根据环形防喷器的结构，其主要的受力部位在壳体，当环形防喷器受压时，壳体受到来自内部向外的压力，除此之外，顶盖会受到内部向上挤的压力。如图1所示。

环形防喷器材料分布不均匀，内部有大量的零件，用三维定位方法会出现定位不准，噪声信号特别多的现象。因此，我们采用二维定位方式，重点布置传感器在壳体及顶盖部位，每个部位采用4个传感器，从8个传感器中选择相近的4个，可以组成6个四方形，对环形防喷器全方位检测。传感器布置如图2所示，检测到的部位如图1及表1所示。

3 试验前校准

对35-35环形防喷器上的8个传感器进行定位校准试验，环形防喷器的顶盖组传感器间距为720mm，壳体组传感器间距为1000mm，上下两组的传感器间距为600mm，用铅笔芯折断作为模拟源，每个传感器作2次测试，并且在顶盖和壳体之间4个矩阵的中点也做2次测试，测试到的模拟信号如表2所示。

从表2可以看出，顶盖上的传感器矩阵1-2-3-4和壳体上的传感器矩阵5-6-7-8模拟定位效果很好，显示的信号坐标和模拟源的实际坐标相差不大；而对于连接顶盖和壳体的4个矩阵1-2-5-6，3-4-7-8，1-4-5-8，2-3-6-7传感器位置的模拟源形成的声发射信号坐标偏差大，但在这4个矩阵中间打的模拟源定位却很准确。虽然中间的4个矩阵中传感器位置的定位偏差大，但这些传感器在上下两组矩阵中的定位却很准确，同时中间4个矩阵的中间位置定位也很准，那么我们在检测环形防喷器时，采用传感器重复组合、多个定位面综合观察试验数据的方式，用上下两个矩阵分别观察顶盖和壳体部位的信号，用中间4个矩阵重点观察顶盖和壳体间的信号，这样才能令检测更准确、更全面。

4 工作状态下检测及安全性测评

通过两次打压，第一次打压产生33个声发射信号，第二产生13个，两次打压中信号的集中区主要在1-2-3-4号传感器的顶盖，而且有个集中区域两次打压都产生信号，接下来我们主要针对这个区域的信号进行分析。

在表3中我们可以看到，两次打压中这个范围内都产生了数个信号，这些信号能量偏大，计数量大，而且具有重复性，按照GB/T 18182的规定，该声发射源属于中强度、强活性，判为E级，可以认定该防喷器顶盖坐标为（580，160）的点，周围60mm面积区域内的有严重的缺陷。为了进一步确定我们的判断，我们采用超声波探伤对这个部位进行复检，通过复检，确认该部位存在一个裂纹。经过综合分析后，该环形防喷器评定为E级，不能继续使用。

5 结语

通过对声发射在环形防喷器上的应用，能够准确判断裂纹和缺陷发育规律和极限缺陷的发展过程。具有其他无损检测手段不能优势，利用声发射检测技术正好弥补这些不足，声发射检测只打磨布置传感器所需要的表面，而且通过声发射传感器组成的矩阵可以同时检测很大面积的壳体承压能力，这极大程度为检测节约了时间；无论是表面还是在壳体内部，只要缺陷扩展，声发射都能准确的识别，并且只对风速、风沙、温度等周围检测环境有简单的要求。声发射检测技术在防喷器等井口装置检测中的应用将越来越广泛。

参考文献

[1] 耿容生.声发射技术在航空工业中的应用-现状、困难及对策[C].中国第十届声发射学术研讨会论文集，2004.

[2] 沈功田，戴光，刘时风.中国声发射技术发展[C].中国第十届声发射学术研讨会论文集，2004.

[3] 沈功田，李邦宪，王勇.声发射技术在压力容器检测方面的应用进展[C].中国第十届声发射学术研讨会论文集，2004.

[5] 耿荣生，沈功田，刘时风.声发射信号处理和分析技术[J].无损检测，2002，24（1）：23-28.

[6] 沈功田，周裕峰，段庆儒，等.现场压力容器检验的声发射源[J].无损检测，1999（7）：321-325，332.