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聲發(fā)射檢測技術(shù)在井控裝置安全測評中的應(yīng)用
摘 要：聲發(fā)射是指材料局部因能量的快速釋放而發(fā)出瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象。聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種新興的動(dòng)態(tài)無損檢測技術(shù)。將聲發(fā)射技術(shù)運(yùn)用于對石油工業(yè)井控設(shè)備的安全測評，成為其無損檢測手段中的一大突破。利用該檢測技術(shù)不僅可以在設(shè)備返修試驗(yàn)中及時(shí)和全面的檢查、評價(jià)設(shè)備在整個(gè)承壓過程中活動(dòng)裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的全過程，還可以減少對正常生產(chǎn)的影響 。本文介紹了聲發(fā)射檢測技術(shù)的原理及特征，同時(shí)介紹了其在石油工業(yè)井控裝置安全測評中的運(yùn)用和帶來的效益。
??? 關(guān)鍵詞：聲發(fā)射技術(shù)；聲源；安全測評 聲發(fā)射（AE）；無損檢測；評定 超聲波液位計(jì) 超聲波物位計(jì) 超聲波清洗機(jī) 超聲波測厚儀 洗片機(jī)
0 引言
防噴器在使用過程中，其內(nèi)部由于受到碰撞、腐蝕以及壓力等因素，會(huì)產(chǎn)生裂紋，而這些內(nèi)部裂紋在對返修試壓中很難被發(fā)現(xiàn)。如果防噴器殼體內(nèi)部裂紋長期存在并且日漸膨脹，必定會(huì)造成殼體在工作狀態(tài)下就開裂甚至爆炸。雖然也能夠通過傳統(tǒng)的無損探傷手段（如磁粉、超聲波、射線等）來檢測和發(fā)現(xiàn)裂紋，但是常規(guī)的探傷技術(shù)是一種靜態(tài)手段，只能檢查和發(fā)現(xiàn)設(shè)備已有的缺陷，不能及時(shí)和全面的檢查、評價(jià)設(shè)備在整個(gè)承壓過程中裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。為了既能確保井控裝置（防噴器等）的安全使用，又盡可能減少對正常生產(chǎn)的影響，運(yùn)用先進(jìn)的無損檢測手段及時(shí)檢測設(shè)備的安全情況具有重要的意義。
??? 目前，國內(nèi)對井控裝置的安全測評還局限于傳統(tǒng)的無損檢測手段，或者僅僅通過設(shè)備的靜水壓強(qiáng)度試驗(yàn)來評定其安全可靠性。將聲發(fā)射技術(shù)成功運(yùn)用于對石油工業(yè)井控裝置的安全測評，這不僅充分利用了聲發(fā)射檢測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，拓寬了聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，更重要的是保證了石油勘探開發(fā)的安全生產(chǎn)。本文重點(diǎn)介紹聲發(fā)射檢測技術(shù)的理論和這一新技術(shù)在防噴器殼體安全測評中的運(yùn)用。
??? 1 聲發(fā)射技術(shù)的原理及特征
??? 聲發(fā)射 （Acoustic Emission，簡稱AE），是一種新興的動(dòng)態(tài)無損檢測技術(shù)。它于六十年代開始并逐步成熟起來，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于材料試驗(yàn)、壓力容器、立式儲(chǔ)罐檢驗(yàn)、航空、航天、鐵路、建筑、橋梁及起重機(jī)等工程結(jié)構(gòu)的完整性檢測和評價(jià)。
??? AE檢測原理：受力構(gòu)件的材料內(nèi)部在損傷缺陷萌生、擴(kuò)展過程中會(huì)釋放塑性應(yīng)變能，應(yīng)變能以瞬態(tài)應(yīng)力波形式向外傳播擴(kuò)展，這種現(xiàn)象即稱聲發(fā)射現(xiàn)象。聲發(fā)射技術(shù)就是采用高靈敏度的聲發(fā)射傳感器置于受力構(gòu)件表面，實(shí)時(shí)接收和采集來自于材料缺陷的聲發(fā)射信號，進(jìn)而通過對這些聲發(fā)射信號的識(shí)別、判斷和分析推斷出材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部活動(dòng)缺陷的位置、狀態(tài)變化程度和發(fā)展趨勢。若將背景噪聲識(shí)別和輔助信息（例如載荷、位移、溫度和應(yīng)變等）的綜合分析考慮在內(nèi)，可得如圖1所示的聲發(fā)射檢測瞬態(tài)應(yīng)力波發(fā)生過程示意圖和聲源檢測原理圖。
??? AE作為一項(xiàng)新的無損檢測技術(shù)，它最能直接反映材料內(nèi)部缺陷、故障萌生及發(fā)展過程。它與其它常規(guī)無損檢測手段，比如超聲檢測、射線探傷、渦流檢測、磁粉等表面探傷方法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
??? 1、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性。它能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測裂紋、缺陷的萌生，發(fā)展和破壞過程。
??? 2、整體性檢測。通過按一定陣列布置少量固定不動(dòng)的傳感器，聲發(fā)射儀就可獲得被檢對象中聲源在檢測過程中的一切活動(dòng)信息，并可由時(shí)差定位技術(shù)確定缺陷的具體位置，這為實(shí)際檢測和評價(jià)工作帶來了極大的方便。
??? 3、高精度和靈敏性。嚴(yán)格來講，材料在裂紋萌生時(shí)的塑性鈍化階段就伴隨著聲發(fā)射信號的產(chǎn)生。如果傳感器和儀器設(shè)置較好，它可以發(fā)現(xiàn)非常小的裂紋萌生和擴(kuò)展過程。
??? 4、快捷和經(jīng)濟(jì)性。通常情況下，利用聲發(fā)射檢測所需的時(shí)間僅為常規(guī)檢測所花費(fèi)時(shí)間的五分之一。
??? 此外，由于它在工作時(shí)傳感器位置是固定的，所有信號采集及處理都由系統(tǒng)來執(zhí)行，而采用CAT技術(shù)的現(xiàn)代聲發(fā)射測試系統(tǒng)具有非常強(qiáng)的處理/分析能力，它可以將像其它無損檢測手段由于人的主觀和經(jīng)驗(yàn)等因素所造成的結(jié)果偏差的影響減到最小。
??? 2 聲發(fā)射技術(shù)在井控裝置安全測評中的應(yīng)用
??? 2002年技術(shù)檢測中心從PAC（物理聲學(xué)公司）引進(jìn)了24通道DSP聲發(fā)射檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的軟件和硬件都具有較先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。
??? 石油井控裝置對鉆井生產(chǎn)的安全性至關(guān)重要，因此對其檢測是十分必要的。但是像防噴器這種外形不是很規(guī)則，內(nèi)部也比較復(fù)雜，而使用時(shí)間相對較長的設(shè)備，運(yùn)用聲發(fā)射檢測來測評其安全可靠性，同樣存在許多實(shí)際問題。在充分理解聲發(fā)射檢測技術(shù)原理以及優(yōu)點(diǎn)后，首次將該技術(shù)成功運(yùn)用于對石油井控裝置的安全測評。通過大量試驗(yàn)和現(xiàn)場測評，取得了較為滿意的效果；同時(shí)對具體的操作總結(jié)出了一套合理的方案。
防噴器作為井控裝置的重要設(shè)備，是形狀復(fù)雜的壓力容器。對這類承壓設(shè)備的檢驗(yàn)，包括三個(gè)方面：
??? 1、新產(chǎn)品防噴器殼體靜水壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)的檢驗(yàn)；
??? 2、防噴器使用后檢修時(shí)的檢驗(yàn)。
??? 由于靜水壓強(qiáng)度試驗(yàn)過程是一個(gè)簡單的應(yīng)力循環(huán)過程，聲學(xué)和電學(xué)方面的干擾因素較小，便于聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用。但是由于單閘板、雙閘板和環(huán)形防噴器這三種防噴器在結(jié)構(gòu)上存在很大的差異，使得在運(yùn)用聲發(fā)射檢測時(shí)，傳感器的布置列陣也有明顯區(qū)別。經(jīng)過大量有針對性的試驗(yàn)，得出了單閘板防噴器較為優(yōu)化和合理的傳感器布置列陣以及位置；同時(shí)獲得大量非常有價(jià)值的數(shù)據(jù)，這對分析防噴器這種特殊結(jié)構(gòu)的壓力設(shè)備的安全性意義重大。
??? 利用AE對防噴器殼體進(jìn)行安全評定，也要求防噴器在試驗(yàn)中殼體受力能夠模擬現(xiàn)場使用情況。對情況特殊的環(huán)形防噴器，做密封試驗(yàn)的同時(shí)做聲發(fā)射檢測，這樣檢測結(jié)論更加合理。
??? PAC公司的AE檢測軟件有便捷的重放功能--能夠在檢測后處理的時(shí)候分析傳感器采集到的有效信號，對一些基本數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，這能準(zhǔn)確的對聲源定位。由該檢測軟件的檢測記錄圖我們可以得到檢測系統(tǒng)記錄的在整個(gè)試驗(yàn)過程中傳感器接收到的聲發(fā)射信號和壓力的穩(wěn)定情況。分析采集圖中的聲信號幅度和接收時(shí)間，就可以找出有效聲發(fā)射信號的大概位置。
在最近兩年中，已用聲發(fā)射檢測雙閘板防噴器、單閘板防噴器、環(huán)形防噴器、鉆井四通、防噴管匯以及采氣井口共300余臺(tái)，其結(jié)果的可靠性和檢測的便捷性不僅為技術(shù)檢測中心創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，且受到客戶廣泛好評。
??? 3 結(jié)束語
??? 聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種新興的無損檢測方法，具有常規(guī)檢測方法所沒有的優(yōu)點(diǎn)。因此，它的應(yīng)用范圍會(huì)更加廣泛。然而，聲發(fā)射檢測對環(huán)境噪聲十分敏感，所以排除噪聲干擾是聲發(fā)射檢測成功的首要問題，應(yīng)從提高儀器設(shè)備的性能、加強(qiáng)分析軟件的功能和提高檢測人員的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)等方面入手，使聲發(fā)射技術(shù)真正服務(wù)在各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
摘 要：聲發(fā)射是指材料局部因能量的快速釋放而發(fā)出瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象。聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種新興的動(dòng)態(tài)無損檢測技術(shù)。將聲發(fā)射技術(shù)運(yùn)用于對石油工業(yè)井控設(shè)備的安全測評，成為其無損檢測手段中的一大突破。利用該檢測技術(shù)不僅可以在設(shè)備返修試驗(yàn)中及時(shí)和全面的檢查、評價(jià)設(shè)備在整個(gè)承壓過程中活動(dòng)裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的全過程，還可以減少對正常生產(chǎn)的影響 。本文介紹了聲發(fā)射檢測技術(shù)的原理及特征，同時(shí)介紹了其在石油工業(yè)井控裝置安全測評中的運(yùn)用和帶來的效益。
??? 關(guān)鍵詞：聲發(fā)射技術(shù)；聲源；安全測評 聲發(fā)射（AE）；無損檢測；評定 超聲波液位計(jì) 超聲波物位計(jì) 超聲波清洗機(jī) 超聲波測厚儀 洗片機(jī)
0 引言
防噴器在使用過程中，其內(nèi)部由于受到碰撞、腐蝕以及壓力等因素，會(huì)產(chǎn)生裂紋，而這些內(nèi)部裂紋在對返修試壓中很難被發(fā)現(xiàn)。如果防噴器殼體內(nèi)部裂紋長期存在并且日漸膨脹，必定會(huì)造成殼體在工作狀態(tài)下就開裂甚至爆炸。雖然也能夠通過傳統(tǒng)的無損探傷手段（如磁粉、超聲波、射線等）來檢測和發(fā)現(xiàn)裂紋，但是常規(guī)的探傷技術(shù)是一種靜態(tài)手段，只能檢查和發(fā)現(xiàn)設(shè)備已有的缺陷，不能及時(shí)和全面的檢查、評價(jià)設(shè)備在整個(gè)承壓過程中裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。為了既能確保井控裝置（防噴器等）的安全使用，又盡可能減少對正常生產(chǎn)的影響，運(yùn)用先進(jìn)的無損檢測手段及時(shí)檢測設(shè)備的安全情況具有重要的意義。
??? 目前，國內(nèi)對井控裝置的安全測評還局限于傳統(tǒng)的無損檢測手段，或者僅僅通過設(shè)備的靜水壓強(qiáng)度試驗(yàn)來評定其安全可靠性。將聲發(fā)射技術(shù)成功運(yùn)用于對石油工業(yè)井控裝置的安全測評，這不僅充分利用了聲發(fā)射檢測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，拓寬了聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，更重要的是保證了石油勘探開發(fā)的安全生產(chǎn)。本文重點(diǎn)介紹聲發(fā)射檢測技術(shù)的理論和這一新技術(shù)在防噴器殼體安全測評中的運(yùn)用。
??? 1 聲發(fā)射技術(shù)的原理及特征
??? 聲發(fā)射 （Acoustic Emission，簡稱AE），是一種新興的動(dòng)態(tài)無損檢測技術(shù)。它于六十年代開始并逐步成熟起來，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于材料試驗(yàn)、壓力容器、立式儲(chǔ)罐檢驗(yàn)、航空、航天、鐵路、建筑、橋梁及起重機(jī)等工程結(jié)構(gòu)的完整性檢測和評價(jià)。
??? AE檢測原理：受力構(gòu)件的材料內(nèi)部在損傷缺陷萌生、擴(kuò)展過程中會(huì)釋放塑性應(yīng)變能，應(yīng)變能以瞬態(tài)應(yīng)力波形式向外傳播擴(kuò)展，這種現(xiàn)象即稱聲發(fā)射現(xiàn)象。聲發(fā)射技術(shù)就是采用高靈敏度的聲發(fā)射傳感器置于受力構(gòu)件表面，實(shí)時(shí)接收和采集來自于材料缺陷的聲發(fā)射信號，進(jìn)而通過對這些聲發(fā)射信號的識(shí)別、判斷和分析推斷出材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部活動(dòng)缺陷的位置、狀態(tài)變化程度和發(fā)展趨勢。若將背景噪聲識(shí)別和輔助信息（例如載荷、位移、溫度和應(yīng)變等）的綜合分析考慮在內(nèi)，可得如圖1所示的聲發(fā)射檢測瞬態(tài)應(yīng)力波發(fā)生過程示意圖和聲源檢測原理圖。
??? AE作為一項(xiàng)新的無損檢測技術(shù)，它最能直接反映材料內(nèi)部缺陷、故障萌生及發(fā)展過程。它與其它常規(guī)無損檢測手段，比如超聲檢測、射線探傷、渦流檢測、磁粉等表面探傷方法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
??? 1、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性。它能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測裂紋、缺陷的萌生，發(fā)展和破壞過程。
??? 2、整體性檢測。通過按一定陣列布置少量固定不動(dòng)的傳感器，聲發(fā)射儀就可獲得被檢對象中聲源在檢測過程中的一切活動(dòng)信息，并可由時(shí)差定位技術(shù)確定缺陷的具體位置，這為實(shí)際檢測和評價(jià)工作帶來了極大的方便。
??? 3、高精度和靈敏性。嚴(yán)格來講，材料在裂紋萌生時(shí)的塑性鈍化階段就伴隨著聲發(fā)射信號的產(chǎn)生。如果傳感器和儀器設(shè)置較好，它可以發(fā)現(xiàn)非常小的裂紋萌生和擴(kuò)展過程。
??? 4、快捷和經(jīng)濟(jì)性。通常情況下，利用聲發(fā)射檢測所需的時(shí)間僅為常規(guī)檢測所花費(fèi)時(shí)間的五分之一。
??? 此外，由于它在工作時(shí)傳感器位置是固定的，所有信號采集及處理都由系統(tǒng)來執(zhí)行，而采用CAT技術(shù)的現(xiàn)代聲發(fā)射測試系統(tǒng)具有非常強(qiáng)的處理/分析能力，它可以將像其它無損檢測手段由于人的主觀和經(jīng)驗(yàn)等因素所造成的結(jié)果偏差的影響減到最小。
??? 2 聲發(fā)射技術(shù)在井控裝置安全測評中的應(yīng)用
??? 2002年技術(shù)檢測中心從PAC（物理聲學(xué)公司）引進(jìn)了24通道DSP聲發(fā)射檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的軟件和硬件都具有較先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。
??? 石油井控裝置對鉆井生產(chǎn)的安全性至關(guān)重要，因此對其檢測是十分必要的。但是像防噴器這種外形不是很規(guī)則，內(nèi)部也比較復(fù)雜，而使用時(shí)間相對較長的設(shè)備，運(yùn)用聲發(fā)射檢測來測評其安全可靠性，同樣存在許多實(shí)際問題。在充分理解聲發(fā)射檢測技術(shù)原理以及優(yōu)點(diǎn)后，首次將該技術(shù)成功運(yùn)用于對石油井控裝置的安全測評。通過大量試驗(yàn)和現(xiàn)場測評，取得了較為滿意的效果；同時(shí)對具體的操作總結(jié)出了一套合理的方案。
防噴器作為井控裝置的重要設(shè)備，是形狀復(fù)雜的壓力容器。對這類承壓設(shè)備的檢驗(yàn)，包括三個(gè)方面：
??? 1、新產(chǎn)品防噴器殼體靜水壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)的檢驗(yàn)；
??? 2、防噴器使用后檢修時(shí)的檢驗(yàn)。
??? 由于靜水壓強(qiáng)度試驗(yàn)過程是一個(gè)簡單的應(yīng)力循環(huán)過程，聲學(xué)和電學(xué)方面的干擾因素較小，便于聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用。但是由于單閘板、雙閘板和環(huán)形防噴器這三種防噴器在結(jié)構(gòu)上存在很大的差異，使得在運(yùn)用聲發(fā)射檢測時(shí)，傳感器的布置列陣也有明顯區(qū)別。經(jīng)過大量有針對性的試驗(yàn)，得出了單閘板防噴器較為優(yōu)化和合理的傳感器布置列陣以及位置；同時(shí)獲得大量非常有價(jià)值的數(shù)據(jù)，這對分析防噴器這種特殊結(jié)構(gòu)的壓力設(shè)備的安全性意義重大。
??? 利用AE對防噴器殼體進(jìn)行安全評定，也要求防噴器在試驗(yàn)中殼體受力能夠模擬現(xiàn)場使用情況。對情況特殊的環(huán)形防噴器，做密封試驗(yàn)的同時(shí)做聲發(fā)射檢測，這樣檢測結(jié)論更加合理。
??? PAC公司的AE檢測軟件有便捷的重放功能--能夠在檢測后處理的時(shí)候分析傳感器采集到的有效信號，對一些基本數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，這能準(zhǔn)確的對聲源定位。由該檢測軟件的檢測記錄圖我們可以得到檢測系統(tǒng)記錄的在整個(gè)試驗(yàn)過程中傳感器接收到的聲發(fā)射信號和壓力的穩(wěn)定情況。分析采集圖中的聲信號幅度和接收時(shí)間，就可以找出有效聲發(fā)射信號的大概位置。
在最近兩年中，已用聲發(fā)射檢測雙閘板防噴器、單閘板防噴器、環(huán)形防噴器、鉆井四通、防噴管匯以及采氣井口共300余臺(tái)，其結(jié)果的可靠性和檢測的便捷性不僅為技術(shù)檢測中心創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，且受到客戶廣泛好評。
??? 3 結(jié)束語
??? 聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種新興的無損檢測方法，具有常規(guī)檢測方法所沒有的優(yōu)點(diǎn)。因此，它的應(yīng)用范圍會(huì)更加廣泛。然而，聲發(fā)射檢測對環(huán)境噪聲十分敏感，所以排除噪聲干擾是聲發(fā)射檢測成功的首要問題，應(yīng)從提高儀器設(shè)備的性能、加強(qiáng)分析軟件的功能和提高檢測人員的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)等方面入手，使聲發(fā)射技術(shù)真正服務(wù)在各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
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