浅析油田高压管汇声发射检测技术的应用

刘丽

摘 要：在油田井控设备和压裂作业高压管汇应用中，一个重要病害是管道损伤泄漏，严重情况下会引发危险的作业事故，而声发射检测技术是管汇探伤的一种有效手段，本文就是对声发射检测技术在高压管汇检测中应用工作进行的探究。

关键词：高压管汇；压裂作业；声发射检测

高压管汇在油田勘探开发中应用较多，其完好性直接关系到油田安全高效作业，所以在应用中要强化无损检测等检测手段，确保提前发现各类管汇质量问题并采取措施，预防和抑制事故发生。声发射技术作为管汇动态无损检测的一种重要手段，可以针对管汇材料实现瞬间弹性波变化和释放，发现管道存在的质量问题。所以，该技术在高压管汇的无损检测、承压检查、设备性能评价等工作中具有重要的应用成效。

1 声发射检测技术应用必要性及技术原理

1.1声发射检测技术应用的必要性

在油田的井控设备使用、油气勘探开发和压裂作业等重点作业环节中，需要配套应用较多的高压管汇，因为管道内需要不断承受各种压裂液、支撑剂等作业试剂的冲刷、腐蚀和高压等，会对管道的管壁造成一定损伤，造成管壁变薄、产生裂缝等问题，传统的检测手段多是压力封闭性试验，虽然可以检测出一定的损伤，但是对内部裂缝等无法及时发现，一旦出现内部裂缝就会造成裂缝的延伸拓展，造成管道在承受的内部高压状态下的管道开裂、爆炸等事故，不仅会造成巨大的损失，甚至会产生巨大的人员伤亡，影响现场采油作业的正常实施。

基于上述分析，可以发现在油田高压管汇投入使用后，定期对管道进行无损检测和探伤，可以提前发现各类质量隐患和问题，对存在一定缺陷的管道及时进行修复，对存在重大质量隐患的管道及时淘汰和更换，确保采油作业安全。传统的无损探伤技术包括磁粉探伤、超声波探伤、射线探伤等，这些技术具备一定的应用优势，应用也比较成熟，但都属于静态的检测手段，对当前已经存在的质量问题可能发现比较及时，但是检查的全面性和超前性较差，无法对管道使用状况进行全面准确、适度超前的评价。而声发射技术作为一种动态监测手段，可以通过释放的能量对管道厚度、质量等进行提前预判，可以在裂缝出现前就已经发现。所以，声发射技术应用后可以及时对存在质量隐患的管道进行淘汰更换，确保作业安全，同时可以对管道进行科学评价，在确保管道质量达标的情况下可以继续使用，降低管道更换的成本。当前，对油田高壓管汇特别是压裂作业管道的无损检测较少，主要是传统无损检测手段对压裂作业管道检测存在较大的局限，可以充分发挥声发射检测技术的优势，加强在高压管汇和压裂管汇中的检测应用。

1.2声发射检测技术的工作原理

声发射检测技术作为一种动态无损检测手段，从上个世纪中期开始逐步应用，当前在航天、交通基础设施、起重作业机械、压力容器、材料检测、储罐性能评价中应用比较广泛，在高压管汇检测中应用也逐步增多。声发射检测技术可以对被检测材料进行动态评价，对管道构件材料内部出现变薄、裂缝性损伤的初期形成、中期拓展和后期变化中可以释放出塑性应变能，这些塑性应变能会通过瞬时应力波的形式不断的拓展延伸，这就是声发射现象，声发射技术就是利用这一原理，通过高精度、高灵敏性的声发射传感器，在被检测管道的构件表面进行声发射信号的发射和接收，通过对信号能量变化、强度差异的识别和判断，对材料和结构内部出现的缺陷或质量隐患进行分析评判，并能结合现有情况对发展状态进行预判和评价。在高压管汇的无损检测应用中，可以通过动态评价对管道材质的缺陷产生及演变过程进行直观展示，具有明显的检测优势：一是动态性，可以对裂缝等病害的萌发和演变过程进行动态监测，实时展现质量隐患发生和延伸拓展状况。二是整体性，可以根据被检测管道的长度和尺寸，合理进行阵列布置，通过合理布局传感器和声发射仪器，可以获取被检测管道的全面质量信息，并利用时差定位的方式，对质量隐患存在的具体位置进行准确评价，方便检测工艺实施过程、提升检测便捷度。三是高灵敏性，对管道材质而言，材料的塑性钝化阶段就会产生声发射信号，在传感器和声发射仪器阵列布局较好时可以及时发现微小病害的萌发和延展过程，精度较高。同时，因为各类信号发射和接收仪器的位置是固定不变的，所有的检测过程都由固定设备执行，特别是声发射检测技术因为可以利用计算机技术配套使用，信号分析和处理性能较强，不存在因为操作人员的操作行为以及主观原因和工作经验等造成的结果偏差。

2声发射检测技术在高压管汇检测中的应用

声发射检测技术的应用，需要油田井控部门与装备制造和使用的质检部门合作，根据检测数据对管道的使用性能进行安全准确的评价。具体的操作实践中，可以利用井控作业和压裂作业中常用的105MPa的高压直管和活动弯头作为检测对象，在构件的表面合适位置进行传感器的固定，将管道模拟使用环境进行升压试验，可根据需要测定的指标确定试验最高压力，在升压过程中对声发射仪器发射的数据进行记录，在压力达到试验最高值并保持稳定时，可以对压力稳定阶段监测数据进行记录。因为检测对象除了直管外，还存在较多形状规则性较差的旋塞阀、活动弯头等构件，在构件外表面结构上也存在较大的差异，所以需要根据构件外表面形态，通过试验和评价确定合适的阵列布置方式，确保检测数据准确度最高。在高压管汇中，旋塞阀门泄漏问题非常严重，在台中阀门处于封闭状态时，发生泄漏会造成射流引发管内流体紊乱，与泄漏孔壁作用后会出现应力波，通过应力波和声信号检测到阀门泄漏的具体位置，并能在声信号转换为电信号后确定泄漏位置、程度和漏洞大小。

3 结论

综上所述，油田勘探开发中，压裂作业和井控作业需要配套使用较多的高压管汇，为确保管道质量符合使用要求，需要进行无损检测，声发射检测技术作为一种动态检测手段，具备较强的检测应用优势，对确保管道检测的精准度存在较强的辅助作业。

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