井口装置自动定位检测技术

1.目的

井口装置是油气井井筒最上部的重要设备之一，发挥着控制井筒、调节油气生产、确保气井安全生产等作用。在生产过程中，不时有井口装置因冲蚀腐蚀等造成刺漏、泄漏等事故发生。因此在役高风险气井井口装置检测是确保其安全运行的关键。目前主要的检测手段是通过相控阵超声波技术对关键部位进行无损检测，获取井口装置的耐腐蚀合金涂层、壁厚及内部缺陷的相关数据，并据此判断其当前的完整性状态。然而，井口装置几何结构复杂，检测人员在扫查过程中受环境空间的限制较大，检测效率低，并且人工扫查难以准确掌握扫查路径及时间，无法保障检测路径和速度的一致性，有可能影响数据的准确性。

2. 方法

为了解决了人工定位难、扫查效率低等问题，笔者团队创新性的研发了井口自动定位装置，以此来优化井口相控阵检测技术，并提高检测效率及检测精度。该装置由固定机构、检测机构和自动扫查机构组成，如图1所示。

图1 井口自动定位装置设计示意图与实物照片

1）固定机构是由普通链节和内径调节链节通过铰接方式连接组成的环状结构，固定于阀门脖颈或阀门连接处外表面。普通链节两侧设计有滚轮，可以沿周向旋转运动，调整扫查方向；内径调节链节包含不同长度的弧形链节，用于改变固定机构内径，以适应不同半径的阀门脖颈或阀门连接处。同时，在靠近检测机构一端的普通链节处设有套筒式定位装置，通过法兰盘的螺栓位置设定检测点。

2）检测机构由轴向导轨、径向导轨、滑块和相控阵探头检测组件构成。轴向导轨与普通链节的端面垂直固定连接，与脖颈的中轴线平行设置，提供探头在水平方向移动的轨道；滑块与上述的轴向导轨通过滑动连接固定，用于在水平方向移动探头；径向导轨与滑块通过滑动连接固定，并在靠近脖颈处的一端设置有探头检测组件，用于在垂直方向移动探头位置与脖颈的外壁贴合。

3）自动扫查机构由编码器和编码器底座构成。编码器底座固定于轴向导轨和普通链节的结合处，编码器固定于底座上，可以驱动上述滑块在水平方向上的往复运动。具体实施时，首先根据待检井口法兰盘的大小，设定相应的内径调整链节数量，随后通过套筒式定位装置确定起始检测点，利用编码器匀速移动检测探头对脖颈进行自动扫查，记录相应的检测数据和扫查速度。完成上述操作后，移动固定数量的螺栓进行二次定位、检测，重复以上步骤直至完成检测周期。

3.作用和效果

该装置已在常规气井和非常规气井开展了大量现场应用试验，结果表明：①定位准确度得到了大幅度提升，所研发的井口自动定位装置通过法兰盘处的螺栓对检测点进行定位，消除了人工观察所带来的误差，检测精度提升6倍，效率提高60%；②检测速度量化可控，通过编码器的内置电机及相应的编码软件，探头可实现5～30 mm/s速度内的匀速扫查，满足了相控阵超声波对检测速度的要求，解决了人工扫查难以精确控制的问题；③检测路径统一，通过固定探头于轴向轨道上，规定了扫查时的移动路径，消除了人工扫查路径漂移现象。结论认为，该装置为准确客观地获取井口装置腐蚀与冲蚀结果提供了可靠的、有效的技术储备，彻底解决了人工定位不准确、扫查路径不统一及检测效率低的问题，保证了检测数据的一致性和准确性，进一步掌握了川渝地区井口装置的完整性状态，为促进常规气井、非常规气井安全高效生产提供了数据支撑。目前，该装置的发明创造专利已被国家知识产权局受理（图2）。

图2 发明专利受理证书