儲(chǔ)氣井檢測(cè)綜合試驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)

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(安徽省特種設(shè)備檢測(cè)院, 合肥 230041)

儲(chǔ)氣井作為CNG(壓縮天然氣)汽車(chē)加氣站的儲(chǔ)氣設(shè)備，目前全國(guó)在用數(shù)量約1萬(wàn)口，且大多建于人口較密集的城市，一旦發(fā)生安全事故，將會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響。一般,CNG地下儲(chǔ)氣井埋地總深度為50～200 m，外徑為177.8 mm或244.48 mm,正是由于其具有埋地深度大和直徑小的特征，對(duì)其缺陷實(shí)施檢測(cè)的難度較大。

儲(chǔ)氣井系統(tǒng)的主要失效模式包括：井口泄漏、井筒泄漏、井筒竄動(dòng)與井筒爆裂等[1]。井筒泄漏和井筒爆裂主要是由于儲(chǔ)氣井在長(zhǎng)期使用過(guò)程中產(chǎn)生了腐蝕減薄、井壁裂紋或絲扣松動(dòng)，且無(wú)有效補(bǔ)救措施而造成的。為了保障儲(chǔ)氣井安全運(yùn)行，除了要嚴(yán)格控制儲(chǔ)氣井建造質(zhì)量外，通過(guò)定期檢驗(yàn)判斷儲(chǔ)氣井井筒的腐蝕程度、線性缺陷情況就顯得尤為重要。

1 儲(chǔ)氣井檢測(cè)綜合試驗(yàn)平臺(tái)

1.1 目前儲(chǔ)氣井檢測(cè)工作存在的問(wèn)題

我國(guó)自2009年開(kāi)展儲(chǔ)氣井檢驗(yàn)檢測(cè)工作以來(lái)，前后多家機(jī)構(gòu)投入到該項(xiàng)研究工作中，但檢測(cè)技術(shù)仍沒(méi)有突破性進(jìn)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：① 對(duì)井筒的探傷僅局限于壁厚檢測(cè)，且沒(méi)有可靠的手段對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，檢測(cè)設(shè)備對(duì)局部腐蝕坑的檢測(cè)靈敏度也缺少試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證；② 對(duì)井筒橫向線性缺陷的檢測(cè)手段已經(jīng)具備，但對(duì)檢測(cè)結(jié)果無(wú)法評(píng)定，欠缺對(duì)此類(lèi)缺陷的評(píng)定與評(píng)價(jià)依據(jù)；③ 尚未研究出井筒縱向線性缺陷的檢測(cè)方法和檢測(cè)設(shè)備。

1.2 研發(fā)試驗(yàn)平臺(tái)的目的

文獻(xiàn)檢索表明，目前沒(méi)有關(guān)于儲(chǔ)氣井檢測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)的相關(guān)研究報(bào)道。筆者通過(guò)加工人工模擬缺陷的方式，搭建試驗(yàn)平臺(tái)，有以下幾個(gè)目的：① 調(diào)試與校準(zhǔn)檢測(cè)儀器精度，理論與檢測(cè)實(shí)踐相結(jié)合，分析影響缺陷識(shí)別能力的因素；② 通過(guò)大量試驗(yàn)掃查，歸納典型缺陷超聲成像(顯示)特征，為檢測(cè)結(jié)果的判定提供試驗(yàn)依據(jù)；③ 研究?jī)?chǔ)氣井井筒縱向線性缺陷的檢測(cè)方法，并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備；④ 探索新的檢測(cè)方法或分析手段，提升儲(chǔ)氣井檢測(cè)技術(shù)能力。

1.3 試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)時(shí)，充分考慮在用儲(chǔ)氣井的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)條件和失效模式，是研究成果能夠得到快速轉(zhuǎn)化與推廣的前提條件。圖1為試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意。操作臺(tái)上放置試驗(yàn)系統(tǒng)的控制與信號(hào)接收、處理設(shè)備，檢測(cè)器采集到的信號(hào)通過(guò)鎧裝電纜傳送到操作臺(tái)。卷?yè)P(yáng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備，通過(guò)與排線器、滑輪與電動(dòng)葫蘆一起配合而控制檢測(cè)器的行程和位置。以水槽作為試驗(yàn)時(shí)盛裝超聲耦合劑水的容器，其底部采用304不銹鋼加增強(qiáng)筋制作，四周框架用鋼化玻璃制造以便于試驗(yàn)觀察?？紤]到內(nèi)表面人工缺陷的加工難度，儲(chǔ)氣井樣管選擇1.4 m長(zhǎng)的材料分別為P110與N80的套管制作，在樣管內(nèi)、外表面不同深度處加工平底孔、橫向刻槽、縱向刻槽等人工缺陷，并在樣管外表面作相應(yīng)標(biāo)注。有關(guān)樣管規(guī)格數(shù)量和人工缺陷的規(guī)格、布置及設(shè)計(jì)原因，筆者在此不作詳述。

圖1 試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意

采用256與64通道兩組矩陣式探頭為核心的檢測(cè)器(見(jiàn)圖2)進(jìn)行試驗(yàn)。256通道檢測(cè)器用于對(duì)套管腐蝕型缺陷與縱向線性缺陷進(jìn)行掃查；64通道檢測(cè)器用于對(duì)套管橫向線性缺陷進(jìn)行掃查；兩組檢測(cè)器上均設(shè)計(jì)上、下兩組扶正器作為設(shè)備的居中裝置。有關(guān)檢測(cè)器上檢測(cè)探頭的分布及檢測(cè)原理，筆者在此不再作詳細(xì)闡述。

圖2 檢測(cè)器外觀示意

2 試驗(yàn)方法

超聲波探頭位于檢測(cè)器的最下端，試驗(yàn)前，樣管應(yīng)置于水槽中，向水槽中注水至水面與樣管上端面平齊。試驗(yàn)時(shí)，盡量調(diào)整樣管與檢測(cè)器，使之處于同軸位置，卷?yè)P(yáng)機(jī)與電動(dòng)葫蘆帶動(dòng)檢測(cè)器以一定速度在樣管內(nèi)作升降運(yùn)動(dòng)，使探頭對(duì)樣管壁進(jìn)行掃查，檢測(cè)器上安裝的扶正器能使其在樣管內(nèi)保持平衡居中。聲波和圖像信號(hào)通過(guò)鎧裝電纜傳送到操作臺(tái)上的信號(hào)接收與處理設(shè)備，再通過(guò)專用軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與研究分析。

試驗(yàn)人員分別對(duì)樣管內(nèi)、外表面的各人工缺陷開(kāi)展多組、多次對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)實(shí)時(shí)觀察，記錄、分析聲波和圖像信號(hào)的特征，并結(jié)合人工缺陷和探頭所處的實(shí)際位置，判斷探頭對(duì)缺陷的識(shí)別能力及總結(jié)典型缺陷超聲成像(顯示)特征，進(jìn)而制作相關(guān)譜圖。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)儲(chǔ)氣井檢驗(yàn)檢測(cè)工作中存在的問(wèn)題，提出了搭建儲(chǔ)氣井檢測(cè)綜合試驗(yàn)平臺(tái)的方法。利用該平臺(tái)，對(duì)樣管的腐蝕型缺陷、橫向線性缺陷及縱向線性缺陷進(jìn)行超聲波掃查，歸納典型缺陷超聲成像(顯示)特征，為儲(chǔ)氣井地下井筒各類(lèi)缺陷的定性和定量檢測(cè)提供參考。