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摘 要：本文简要介绍了一种石油钻井防喷器的设计性能，同时为保证防喷器应用的安全性与可靠性, 需定期采用相应的技术措施对其进行严格的检测, 因此, 声发射检测技术在其中的应用已成为必然趋势。本文详细阐述石油钻井防喷器的概念及声发射检测装备与技术在其中的应用, 以供相关人员参考所用。
关键词：石油；钻井防喷器；检测装备；应用
前 言
在石油天然气钻井工程中, 避免钻井井喷失控事故发生的同时, 一般都需要在钻井的井口上安装一套钻井井控装置设备。而钻井井控装置设备包括有司钻操作台、远程控制台、节流压井放喷管汇、防喷器、四通等。其中, 石油钻井防喷器主要是指在试油、修井、完井等作业过程中关闭井口, 防止发生井喷事故的一种装置。石油钻井所采用的防喷器一般具有零部件多、体积大、内部结构复杂等特性,这也会导致其在使用中由于多种因素作用使性能受到影响或使零件受到损伤。因此,对石油钻井防喷器采用相应的技术进行检测, 也已成为保证其性能良好并能够正常应用的重要手段。
1 石油钻井防喷器
石油钻井防喷器作为在石油钻井作业中防止井喷等事故发生的重要装置,其集半封与全封两种功能于一体, 在有效防止井喷事故的同时, 还具有操作简单、耐高压等特点。在进行石油钻井时, 防喷器安装于井口的套管头上, 并对高压油、水、气等进行有效的控制。当井内的油气压力很高时, 通过防喷器将井口封闭, 作业人员从钻杆内压人重泥浆时, 经由闸板下的四通装置对受气侵的泥浆进行替换, 增加井内液柱的压力,从而压制高压油气被喷
出。石油钻井防喷器包括有万能防喷器、旋转防喷器与普通防喷器等。其中, 万能防喷器适用于任何尺寸的空空井与钻具中; 而旋转防喷器可应用于边喷边作业的模式当中; 除此之外, 普通防喷器的钻井中的应用也十分广泛 。
该闸板防喷器的主要承压件壳体、测门、闸板等采用炉外精炼合金钢，严格控制材料的有害化学成分和非金属杂物，毛坯为锻造成形，组织致密无缺陷，经过适当热处理具有优良的综合机械性能和良好的低温冲击韧性。闸板采用长圆形结构，极大程度的降低了壳体应力，提高了壳体承载性能。闸板的开关和侧门的开关均为液压操作，并且采用同一液压接口。
2 石油钻井防喷器检测装备的应用
2.1 试验设备基本情况与方案布置
选择某油田所采用的单闸板防喷器, 所示。壳体侧门为铸件, 以水作为试压介质, 并于试验前,对防喷器不合格的螺母、螺栓、密封圈与密封胶芯等进行了更换。依据检测仪器的选择与单闸板防喷器的受力特点, 本次检测决定于防喷器的正、反两面各布置一组平面定位的方形阵列, 并于每个阵列中布设四个传感器。在进行传感器布设时, 需注意将传感器布设
在防喷器表面的凹槽中, 以确保对防喷器重点部位检测时的信号准确度。
2.2 检侧仪器的选择与参数的设置
检测仪器选择为:( 1 ) 主机。主机选择通道发射测试系统;( 2 ) 软件。 ( 3 ) 传感器型号。型号选择为R 巧压电传感器;( 4 ) 门槛值。门槛值设置为4 O d B ;( 5 ) 前置放大器。前置放大器选择为2 /4 /6 型;( 6 ) 祸合剂。祸合剂选择黄油;( 7 ) 增益。增益为4 O d B。先以砂轮将需要安装传感器的防喷器表现氧化皮和油漆打磨掉,再使用砂纸摩擦使表现平整光滑,之后, 以黄油作为祸合剂,将传感器贴在防喷器相应的位置上。全部连线完成以后,将拆断铅芯作为模拟信号源,对各通道工作状态进行校核,检验定位的精度, 并对声波在防喷器中的的传播速度进行测定。
3.3 程序加载
为保证本次检测数据与结果的准确与充分, 采用二次加载法进行。具体为: 于第一次加载到3 5 M P a 之后, 稳压1 5m i n , 对防喷器内压力进行完全地卸载; 再进行第二次加载, 同样加载到3 5 M P a 之后, 稳压15 m i n。设备在进行程序加载时, 一定要保证其升压的缓慢与平稳性, 并保证压力波的动量小, 保压期间不会出现泄漏现象。在两次加载过程中, 都需同时将声发射检测系统打开, 对数据进行收集, 并详细观察显示窗口中数据或图形随着压力的增加而产生的变化。在加载过程中, 若是发现异常信号, 则应及时地停止加载, 并对其进行保压观察, 根据实际的情况决定后续是进行降压操作还是升压操作团。
3.4 有效声发射数据的确定
对信号进行识别作为石油钻井防喷器声发射检测中的重要环节, 防喷器由于结构复杂等特征, 也使得其在加载过程中多会同时出现很多的信号, 这些信号会被记录在检测仪器的数据文件或是显示屏幕上,由于信号的众多, 也会致使防喷器开裂信号的真实度难以分辨。基于以上因素考虑,对防喷器进行评定时, 不建议采用在加载过程中所收集到的信号, 应该以防喷器保压阶段的信号数据为准。通过石油钻井防喷器的声发射检测,其缺陷信号主要体现在两个方法: 其一,有效信号的产生。有效信号主要是指由于缺陷活动而产生的信号, 此类信号具有参数数值大、定位源集中、重复性出现等特征。有效低号大多低于防喷器工作压力下的无声发射信号, 在高于工作压力的升压与保压阶段才会有声发射信号。根据第一次升
压和保压阶段时有效信号的位置, 在降压后对第二次升压和保压阶段此信号的位置与强
弱进行核实, 以确定声发射源的活性程度。而噪音信号主要是指螺栓受力导致的变形、壳体与内部结构件之间发生的摩擦、螺栓受力不均致使载荷重新分配等方面发生的一种信号。以上现象在保压期间一般不会发生,但是对于不稳定状态结构也不能完全杜绝。且因为摩擦机制与一块金属材料变形而产生的声发射信号机制不同, 所以其不能满足K ia s e r 效应。一般而言, 噪声信号的能量较小, 且幅度也较低。每次试验结束之后, 根据幅度分析法对声发射信号参数随压力、时间变化的现象进行综合分析, 并对其声发射源所处位置进行统计。当发现两次试验信号大体一致时, 则说明声发射检测具有较高的准确性,因此也可证明其对于石油钻井防喷器的活动缺陷可有效地检测出来。
综上所述, 采用声发射检测装备对石油钻井防喷器进行检测与安全评价,其具有无损、准确性高、操作简单等特征。随着石油行业的发展及其在钻井作业中对油田井控设备的频繁使用,对防喷器的安全性与可靠性也越来越重视,因此, 高效地检测装备在石油钻井防喷器中的应用也已成为必然的趋势。
参考文献
l 蔡德若.石油钻井自动化关键技长应用方案分析田.中国新技术新产品, 2013.08.
关键词：石油；钻井防喷器；检测装备；应用
前 言
在石油天然气钻井工程中, 避免钻井井喷失控事故发生的同时, 一般都需要在钻井的井口上安装一套钻井井控装置设备。而钻井井控装置设备包括有司钻操作台、远程控制台、节流压井放喷管汇、防喷器、四通等。其中, 石油钻井防喷器主要是指在试油、修井、完井等作业过程中关闭井口, 防止发生井喷事故的一种装置。石油钻井所采用的防喷器一般具有零部件多、体积大、内部结构复杂等特性,这也会导致其在使用中由于多种因素作用使性能受到影响或使零件受到损伤。因此,对石油钻井防喷器采用相应的技术进行检测, 也已成为保证其性能良好并能够正常应用的重要手段。
1 石油钻井防喷器
石油钻井防喷器作为在石油钻井作业中防止井喷等事故发生的重要装置,其集半封与全封两种功能于一体, 在有效防止井喷事故的同时, 还具有操作简单、耐高压等特点。在进行石油钻井时, 防喷器安装于井口的套管头上, 并对高压油、水、气等进行有效的控制。当井内的油气压力很高时, 通过防喷器将井口封闭, 作业人员从钻杆内压人重泥浆时, 经由闸板下的四通装置对受气侵的泥浆进行替换, 增加井内液柱的压力,从而压制高压油气被喷
出。石油钻井防喷器包括有万能防喷器、旋转防喷器与普通防喷器等。其中, 万能防喷器适用于任何尺寸的空空井与钻具中; 而旋转防喷器可应用于边喷边作业的模式当中; 除此之外, 普通防喷器的钻井中的应用也十分广泛 。
该闸板防喷器的主要承压件壳体、测门、闸板等采用炉外精炼合金钢，严格控制材料的有害化学成分和非金属杂物，毛坯为锻造成形，组织致密无缺陷，经过适当热处理具有优良的综合机械性能和良好的低温冲击韧性。闸板采用长圆形结构，极大程度的降低了壳体应力，提高了壳体承载性能。闸板的开关和侧门的开关均为液压操作，并且采用同一液压接口。
2 石油钻井防喷器检测装备的应用
2.1 试验设备基本情况与方案布置
选择某油田所采用的单闸板防喷器, 所示。壳体侧门为铸件, 以水作为试压介质, 并于试验前,对防喷器不合格的螺母、螺栓、密封圈与密封胶芯等进行了更换。依据检测仪器的选择与单闸板防喷器的受力特点, 本次检测决定于防喷器的正、反两面各布置一组平面定位的方形阵列, 并于每个阵列中布设四个传感器。在进行传感器布设时, 需注意将传感器布设
在防喷器表面的凹槽中, 以确保对防喷器重点部位检测时的信号准确度。
2.2 检侧仪器的选择与参数的设置
检测仪器选择为:( 1 ) 主机。主机选择通道发射测试系统;( 2 ) 软件。 ( 3 ) 传感器型号。型号选择为R 巧压电传感器;( 4 ) 门槛值。门槛值设置为4 O d B ;( 5 ) 前置放大器。前置放大器选择为2 /4 /6 型;( 6 ) 祸合剂。祸合剂选择黄油;( 7 ) 增益。增益为4 O d B。先以砂轮将需要安装传感器的防喷器表现氧化皮和油漆打磨掉,再使用砂纸摩擦使表现平整光滑,之后, 以黄油作为祸合剂,将传感器贴在防喷器相应的位置上。全部连线完成以后,将拆断铅芯作为模拟信号源,对各通道工作状态进行校核,检验定位的精度, 并对声波在防喷器中的的传播速度进行测定。
3.3 程序加载
为保证本次检测数据与结果的准确与充分, 采用二次加载法进行。具体为: 于第一次加载到3 5 M P a 之后, 稳压1 5m i n , 对防喷器内压力进行完全地卸载; 再进行第二次加载, 同样加载到3 5 M P a 之后, 稳压15 m i n。设备在进行程序加载时, 一定要保证其升压的缓慢与平稳性, 并保证压力波的动量小, 保压期间不会出现泄漏现象。在两次加载过程中, 都需同时将声发射检测系统打开, 对数据进行收集, 并详细观察显示窗口中数据或图形随着压力的增加而产生的变化。在加载过程中, 若是发现异常信号, 则应及时地停止加载, 并对其进行保压观察, 根据实际的情况决定后续是进行降压操作还是升压操作团。
3.4 有效声发射数据的确定
对信号进行识别作为石油钻井防喷器声发射检测中的重要环节, 防喷器由于结构复杂等特征, 也使得其在加载过程中多会同时出现很多的信号, 这些信号会被记录在检测仪器的数据文件或是显示屏幕上,由于信号的众多, 也会致使防喷器开裂信号的真实度难以分辨。基于以上因素考虑,对防喷器进行评定时, 不建议采用在加载过程中所收集到的信号, 应该以防喷器保压阶段的信号数据为准。通过石油钻井防喷器的声发射检测,其缺陷信号主要体现在两个方法: 其一,有效信号的产生。有效信号主要是指由于缺陷活动而产生的信号, 此类信号具有参数数值大、定位源集中、重复性出现等特征。有效低号大多低于防喷器工作压力下的无声发射信号, 在高于工作压力的升压与保压阶段才会有声发射信号。根据第一次升
压和保压阶段时有效信号的位置, 在降压后对第二次升压和保压阶段此信号的位置与强
弱进行核实, 以确定声发射源的活性程度。而噪音信号主要是指螺栓受力导致的变形、壳体与内部结构件之间发生的摩擦、螺栓受力不均致使载荷重新分配等方面发生的一种信号。以上现象在保压期间一般不会发生,但是对于不稳定状态结构也不能完全杜绝。且因为摩擦机制与一块金属材料变形而产生的声发射信号机制不同, 所以其不能满足K ia s e r 效应。一般而言, 噪声信号的能量较小, 且幅度也较低。每次试验结束之后, 根据幅度分析法对声发射信号参数随压力、时间变化的现象进行综合分析, 并对其声发射源所处位置进行统计。当发现两次试验信号大体一致时, 则说明声发射检测具有较高的准确性,因此也可证明其对于石油钻井防喷器的活动缺陷可有效地检测出来。
综上所述, 采用声发射检测装备对石油钻井防喷器进行检测与安全评价,其具有无损、准确性高、操作简单等特征。随着石油行业的发展及其在钻井作业中对油田井控设备的频繁使用,对防喷器的安全性与可靠性也越来越重视,因此, 高效地检测装备在石油钻井防喷器中的应用也已成为必然的趋势。
参考文献
l 蔡德若.石油钻井自动化关键技长应用方案分析田.中国新技术新产品, 2013.08.