石油专用管的超声波检测技术

王子伟(长庆油田分公司物资供应处(物资管理部)商检所，陕西 咸阳 712000)

0 引言

石油专用管材种类诸多，其中涵盖了扩钻杆、方钻杆、钻铤、油管、套管等诸多设备，在石油开采的过程中，这些设备会受到复杂的应力作用，一旦出现故障则会造成严重的生命财产损失。超声波无损探测技术手段，可以对石油专用管材开展高效质量检测，确保石油开采工作高质量、稳定开展。从客观层次上来看，石油专用管材的质量检测方法较多，其中涵盖了目视检查法、漏磁检查法、射线检查法、磁粉检测、涡流检验等诸多技术方法。在常年实践经验当中，超声波检测技术是现场实践当中检测效果最好的技术之一，针对石油专用管材内部腐蚀检测、石油专用管材内部破损检测、石油专用管材壁厚检测具备绝佳效果。文章将针对石油专用管的超声波检测技术进行详细分析。

1 超声波检测技术原理

超声波检验技术主要是借助超声波技术，将超声波传入到金属材料内部当中。进入到金属材料内部的超声波，可以从一个金属截面传入到另一金属截面，不同截面的边缘，会发生反射作用，通过获取超声波在不同截面当中的反射波，便可以对金属材料内部缺陷、破损情况进行检测。超声波束会由探头出发，从管材表面传入到管材内部，若遇到了内部缺陷或者到达了管材底面，那么超声波则会发生反射，这样便会在超声波检测仪器当中形成脉冲波形，借助反射回来的超声波形状，便可以对管材内部破损、缺陷、位置、大小进行甄别[1]。超声波的波形有很多种，一般情况下可以检测到的波形有横波、纵波、板波、表面波等，不同波形表示了不同管材内部情况，每一种波形所运用的场合也不同。横波可以用于检测管材内部轴向或者周向裂纹、划痕、夹渣、气孔、焊接问题等[2]。纵波主要用于检测铸件、锻件、坯料内部白点、缩管、杂物、裂纹等诸多缺陷。板波主要用来检测薄板内部的缺陷，表面波主要用来检测石油专用管材表面或者内部缺陷。

2 超声波检测方法

2.1 穿透法

穿透法超声波检测技术在开展石油专用管材检测时，需要在待检测的管材两面设置两个探头，在一端发射超声波，超声波穿透待检测管材，使超声波从管材一个界面到达另一个界面，并在发射另一端接收超声波。通过对接收到超声波的能量值变化分析，便可以对管材内部的缺陷状况进行详细解析。若管材内部完整、完好，那么终端探头所接收到的超声波信号能量则相对较强，若管材内部出现了破损、缺陷等问题，那么超声波在传递到缺陷、破损位置时，会受到阻碍，并且影响到在此之后的超声波信号能量[3]。从客观层次上来看，穿透法在实际使用的过程中，有以下五个特点：其一，可以结合超声波能量差异，有效地判断管材内部是否存在缺陷、破损情况，但是往往很难确定管材内部破损位置；其二，针对石油专用管材内部微小微弱的损害，往往很难发现，细小问题检测灵敏性存在一定缺陷；其三，穿透法超声波检测技术运用起来较为简单，操作方便，可以实现自动化作业；其四，适用于材质较薄的管材检测，并且可以进行全面检测，避免了检测盲区[4]；其五，穿透法超声波检测技术，在放置超声波发射探头时，对管材的大小、长短、距离有一定要求，若管材较长，则实施穿透法检测的效率较低。

2.2 共振法

共振法超声波检测技术，在开展运用时，主要是借助连续超声波，借助调节超声波频率来使待测管材内部达到共振，通过此种手段来判断管材的厚度是否达到行业标准，并且也可以实现对管材内部缺陷进行检测。共振法超声波检测技术在进行石油管材检测时，更加适用于检测表面较为粗糙的管材，不仅可以对金属材料管材进行检测，还可以对复合材料、胶结材料、钢板内部夹层的缺陷进行检测[5]。在具体应用时，超声波在待测管材内部进行传播，适当地开展波频调节，若反射波的相位与入射波相位相同时，那么便会在管材内部实现共振现象，这时候待测管材厚度等于超声波波长的0.5 倍或者整倍数。在正确使用共振法超声波检测技术时，应该注重以下三点要求：其一，实施共振法时，应该有针对性地选择那些检测难度较大、表面粗糙程度较高的管材进行检测；其二，共振法对于管材厚度测量存在高效性，其精准度也相对较高；其三，针对薄管检测时，共振法超声波检测技术也具备良好效果，可以全面对薄质管材内部进行检测。

2.3 脉冲反射法

脉冲反射法超声波检测技术也是超声波检测技术当中一种较为常见的方法，在运用脉冲反射法超声波检测技术时，当发射超声波从一面传输到另一待检测面时，借助两个面的反应特征，来判断被检测管材是否存在缺陷。因为脉冲反射法超声波检测技术，是按照入射波波形作为检测标准，所以若出现了入射波波形变化，则代表被检测管材存在缺陷问题[6]。一般情况下，按照入射波的波形，可以将脉冲反射法超声波检测技术分成四大类，分别是横波检测法、纵波检测法、表面波检测法、兰姆波检测法。脉冲反射法超声波检测技术在运用时存在以下三个特点：其一，脉冲反射法的运用范围非常广，结合不同管材的特点，选择区别化的脉冲反射检测探测类型，借助不同波形来探测不同类别的管材；其二，脉冲反射法可以精准地检测到石油专用管材内部细微的缺失、大小、位置，具备高精准度特点；其三，脉冲反射法自身的灵敏度较高，可以对细小的缺陷进行严格把控，确保石油专用管材检测严谨性。

3 石油专用管材的超声波检测技术实现过程

借助超声波检测技术进行石油专用管材检测时，常常会运用的检测仪器是A 型显示脉冲反射式超声波探伤仪。该仪器可以充分在石油专用管材检测当中发挥出脉冲反射法的探测特点，能够对石油专用管材内部缺陷大小、缺陷位置、缺陷情况进行精准把控。脉冲反射法的探测依据是通过示波屏幕当中所反映出来的反射信号幅度，对反射信号、入射信号的相关位置与幅度进行展示，通过对测试当中的信号偏差来确定石油专用管材检测结果，并且确定检测结果中超声波不确定度[7]。在实施石油专用管材超声波检测时，需要以下三个过程：其一，测量数据。在垂直于待检测管材的中心轴线位置进行划分，并且装配好相关的检测探头，确保超声波探头与管材接触良好。例如，在开展管材厚度测量时，要求布置较为密集的测量点，并且移动探头，确保探头不接触管材表面，在保障屏幕上显示超声数值稳定之后，便可以实施检测；其二，引入δ =(ut)/2，其中δ (mm)为管材厚度，u(mm/s)为声波速度，t(s)为声波在管材当中往返的时间；其三，评定反射信号的不确定分量，对同一指标重复性检测内容进行确定，再确定超声波显示仪当中不确定程度。将评定的不确定分量进行列表，整合计算不确定程度，得出相关检测结果，出具超声波检测报告。

4 结语

总而言之，超声波无损探伤技术作为一种高科技检验技术，具备高精准性、高效率等诸多特点，适用于石油专用管材质量检验工作当中。在开展石油专用管材检测时，必须要认识到石油专用管材检测的重要性，明确超声波检测技术类型，并且引入专业的超声波检测技术人员。结合不同管材特点，选择区别化的超声波检测技术手段，切实保障石油专用管材质量，促进中国石油事业稳定发展。