应用声发射技术对防喷器进行动态探伤检测

范英彬，郭萍，景小强

刘丽，范连锐（胜利油田东胜精攻石油开发集团股份有限公司，山东 东营 257061）

防喷器是钻井作业过程中控制溢流、防止井喷的关键设备，其常年在野外使用，工作环境恶劣，与大量的腐蚀性物质接触，存在不同程度损伤。目前的防喷器等井控装置检测内部缺陷，主要是生产厂家在生产过程和出厂前采用超声波、磁探、渗透等常规方法对壳体探伤检测已有的缺陷和裂纹，但难以发现和准确判定壳体内部微小裂纹的发育和程度；并且单纯的试压检测存在着严重的片面性，试压加速了金属内部原有缺陷的发育。防喷器内部结构复杂、连接件多、壳体壁较厚，这对防喷器的检测提出了特殊的要求。针对上述问题，采用声发射无损检测技术，结合防喷器的受力特点实现动态检测，同时解决以下3个主要问题：检测出防喷器中存在的缺陷；确认缺陷的危害性；提高检测速率。

1 声发射技术防喷器无损检测原理与流程

针对防喷器的受压特点，参考GB／T 18182—2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》，将声发射检测技术应用到防喷器的无损检测中，在防喷器压力检测的同时进行声发射检测［1］；防喷器加压产生声发射信号，信号通过布置在防喷器上的传感器传输到计算机，通过观察声发射信号参数可实时发现检测中的情况；根据标准对采集的信号进行分析与推断，判定信号源的活度和强度，确定受损部位及受损程度，给予综合等级评定。

通过试验研究，从设备配套、采集应用、数据分析与结果评定等方面已符合探伤检测规范，并制定了整个防喷器声发射检测流程。如图1所示。

2 数据采集应用

2.1 传感器布置

考虑更准确发现声发射源，确定在防喷器壳体上布置8个传感器。重点布置传感器在壳体的4个角上，从8个传感器中选择相近的4个组成2个四方形（1－2－6－5、4－3－7－8）（图2）。

图1 防喷器声发射检测流程图

2.2 软件参数设定

基本参数设置主要是对采集卡和前置放大器的设置，让采集到的数据进行预筛选，以便采集到合适频段的数据，屏蔽明显的干扰信号。

如图3所示，图形参数设置主要是对设置的显示图进行设置，包括需要显示参数、显示参数范围、显示参数方式等。

图2 传感器布置图

如图4所示，声发射历程图就是信号参数随外变量变化的图形，可以进行声发射波源的活动性评价，也可以用于材料起裂点的测量。水平轴是时间、载荷等外变量。纵轴是事件计数、振铃计数、能量计数、幅度等信号参数。

如图5所示，定位显示图就是用点来表示每个事件在传感器阵列中的位置，可以确定声发射波源的位置，并进行事件集中区的数据评价。

如图6所示，数据列表显示是指将声发射数据按操作人员选定的格式输出至显示器，让操作人员直接对数据进行分析的一种显示方式。这种显示的优点是直观、便于排除噪声信号。

图3 图形参数设置图

3 声发射检测数据分析及结果评价

以一台规格型号为2FZ18－35的防喷器为例进行实际案例数据分析。

3.1 加载程序

根据GB／T 18182—2000的规定，采用2次加载方法，使检测数据更充分、结果更可靠。具体加载方案是第1次加载到试验压力后稳压15min，然后完全卸载防喷器内压力；进行第2次加载，到试验压力后再保压15min。升压过程要平稳、缓慢，压力波动量要小，保压期间无泄漏。

3.2 数据分析

通过采集的信号发现，信号在5号传感器附近较为集中，对于该区域进行模拟源标定，以模拟源信号的参数为参考进行信号对比分析。对比后，该区域信号幅度、能量与模拟源信号幅值、能量近似，判定这些信号为有效缺陷信号。

图4 声发射历程图

3.3 结果评定

此次检测中第1次加压过程中产生有效声发射信号，最高幅值为74dB；第1次保压阶段产生有效声发射信号，最高幅值为70dB；第2次升压阶段产生有效声发射信号，最高幅值为65dB；第2次保压阶段产生有效信号，最高幅值为62dB。按照标准评定：活度等级为强活性，强度级别为中强度，评定综合等级为E级。

根据声速计算法确定缺陷位置，按照标准要求，用超声对缺陷部位进行复验。复验发现该部位存在裂纹。

图5 声发射定位图

3.4 综合结果评定及结论

根据有缺陷声发射源的评定标准，在10×20mm2复验区域内，防喷器壳体厚度为45mm，缺陷点数为19点，评定缺陷严重性级别为Ⅲ级，声发射源的综合等级为E级。根据有缺陷声发射源严重度级别的评定标准，评定为严重，判定此防喷器报废。

1）利用声发射检测技术，能够及时有效地反映出防喷器在试检阶段的受力情况，动态探测到在外力作用下缺陷的活动情况，在加载程序完成后能马上对检测情况做出基本的判断，发挥出了声发射速判检测的主要优点。

2）试检结束后，利用声发射定位及显示方式进行数据分析，排除噪声信号，得出详实的检测结论，从而确定防喷器是否存在质量缺陷、是否可继续使用。

图6 数据列表显示

4 结语

应用美国AE公司声发射检测系统，检测了防喷器、压井节流管汇、压裂井口、压裂高压管汇、试油测试三级降压管汇等装置，检测部位涵盖壳体、管体、棱角、弯体、螺纹，已检测400多套，技术配套成熟；2013年9月10日，公司井控实验室和质检项目获得中国合格评定国家认可委员会（CNAS）下发的资质证书，资质范围包括井控和质检共7个项目，这表明井控和质检实验室具备了国家认可准则ISO／IEC 17025：2005《检测和校准实验室能力的通用要求》，井控技术服务能够在互认协议方国家和地区的油田市场范围内开展工作，可参与国际间合格评定机构认可双边、多边合作交流，可使用CNAS国家实验室认可标志和ILAC国际互认联合标志。

［1］朱祥军 .单闸板防喷器的声发射检测初步实践 ［J］.钻采工艺，2006，29（4）：86～87.