声发射技术在防喷器检测中的应用

    1 引 言

    随着目前我国钻井工作量的逐年增加, 防喷器、节流压井管汇等井控设备的使用次数也越来越频繁。为提前发现隐患, 保障钻井、修井作业的安全,适时对防喷器、节流压井管汇等井控设备进行彻底的可靠性检测势在必行。

    声发射作为一种新兴的无损检测方法, 目前已经在全国普及, 声发射的应用也扩大到各行各业。材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射( AE) , 声发射是一种常见的物理现象, 大多数材料变形和断裂时有声发射发生, 但许多材料的声发射信号强度很弱, 人耳不能直接听见, 需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来, 用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术。

    2 声发射检测的依据及设备

    2.1 检验依据的标准

    声发射检测的操作规则和评级方法, 主要遵循KT/WG5.4- 102- 07《石油井口设备声发射检测及结果评价方法》, KT/WG5.4- 102- 07 结合了ASTME 569- 2002 《结构在受载中声发射监控的标准实施》和 GB/T 18182- 2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》两项标准, 此外, 还依据 API 16A《钻通设备规范》进行静水压密封试验。

    2.2 测试手段及仪器设备

    声发射的信号检测过程如图 1 所示。

   声发射检测使用的是从美国进口的 DiSP 声发射检测仪。DiSP 采集卡是在成功的 AEDSP- 32/16卡基础上开发的新一代 DSP 卡, 它是以 32 位数字信号处理( DSP) 为基础的数字化声发射卡。分析系统采用美国的声发射采集软件, 这套软件在 WINDOWS环境下能实时声发射采集、外参量输入采集及进行分析。包括前端数字滤波、图解滤波, AE 特征提取、报警输出, 各种定位功能, 2- D、3- D 图形, 多参数分析、相关分析、聚类分析; 波形处理及相关分析, FFT分析; 灵活的图形功能, 图形打印及输出; HIT 数据线形显示、统计及重放功能等。

    2.3 可检测的种类

    声发射检测适用于多种防喷器类型。如: 单闸板防喷器, 环形防喷器以及双闸扳防喷器。

    到目前为止, 共检测防喷器 521 台, 其中单闸板防喷器 165 台; 环形防喷器 155 台; 双闸板防喷器 199 台, 在役的防喷器有 459 台。声发射对防喷器的检测已经遍布全国。

    3 声发射技术应用研究

    3.1 信号分析技术

    在声发射检测技术中如何排除噪声干扰一直是声发射检测技术的难题。在防喷器声发射检测中, 我们关心的声源为容器本身的缺陷, 例如裂纹、局部偏析、应力集中点、各种焊接缺陷、母材缺陷等等, 但在压力试验过程中, 还有很多来自容器或外界的非结构意义的声发射机制产生的噪声干扰, 例如摩擦、振动、粘连开裂、气泡开裂等等, 由于防喷 器 本 身 结 构 特点, 除了重要的壳体外, 大量的外部零件组装一起, 在受载条件下由于摩擦和零件自身变形产生大量的噪声信号, 特别在试验升压速度较快的过程中是十分常见的信号, 这为我们正确的分析带来相当大的困难, 因而在检测技术中我们通常还会利用空间鉴别排除定位阵列之外的声发射信号, 并将声发射事件作为分析的主要数据类型, 此外还利用振铃计数、能量及上升时间、持续时间进行参数鉴别, 排除某些不符合的声发射事件, 还利用高频窄带传感器及相应的频率滤波范围进行噪声的频率鉴别。