儲(chǔ)氣井內(nèi)檢測(cè)超聲相控陣技術(shù)工藝試驗(yàn)研究

摘 要 隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)水平的顯著提高，對(duì)能源資源的需求量在不斷提升。而天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)的清潔環(huán)保型能源資源，其具備轉(zhuǎn)換效率高、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。而要想實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣資源的高效利用，儲(chǔ)氣井是一種不可或缺的裝置設(shè)備，其作為一種特殊的立壓式容器，具有較強(qiáng)的安全性，且占地面積較小，故得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是，當(dāng)其外表面受到長(zhǎng)期腐蝕后，整個(gè)外壁就會(huì)變薄，以此也就會(huì)影響其的使用性能。而開展相應(yīng)的儲(chǔ)氣井內(nèi)檢測(cè)超聲相控陣技術(shù)工藝試驗(yàn)工作，就可有效檢測(cè)出儲(chǔ)氣井的受腐蝕程度。

關(guān)鍵詞 儲(chǔ)氣井;超聲相控陣技術(shù);工藝試驗(yàn);檢測(cè)

引言

為了確保儲(chǔ)氣井能夠正常使用，需要對(duì)高壓地下的儲(chǔ)氣井開展定期的檢驗(yàn)。而檢驗(yàn)工作的展開不僅應(yīng)包含：宏觀檢查、水壓試驗(yàn)以及資料審查等相關(guān)方面，而且還應(yīng)包含腐蝕減薄的無損檢測(cè)。而超聲相控陣技術(shù)，對(duì)于儲(chǔ)氣井內(nèi)的受腐蝕程度具有較強(qiáng)的靈敏度，且檢測(cè)結(jié)果不受儲(chǔ)氣井材質(zhì)等相關(guān)因素的影響，具有較高的精準(zhǔn)度。因此，在研究的過程中，就根據(jù)儲(chǔ)氣井的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了圓柱形凸面相控陣檢測(cè)技術(shù)，并通過帶有人工缺陷的儲(chǔ)氣井試樣來檢測(cè)超聲相控陣內(nèi)相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)置的有效性和合理性，以此就能更好地發(fā)揮出儲(chǔ)氣井的使用性能，確保實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)氣井的高效檢測(cè)。本文就針對(duì)儲(chǔ)氣井內(nèi)檢測(cè)超聲相控陣技術(shù)工藝試驗(yàn)展開具體的分析與討論。

1凸面超聲相控陣內(nèi)檢測(cè)技術(shù)

凸面超聲相控陣內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的使用，主要就是為了滿足儲(chǔ)氣井內(nèi)為凹面的情況，確保能夠有效地檢測(cè)出儲(chǔ)氣井內(nèi)壁的受腐蝕程度。其中，有N個(gè)條形陣元均勻分布在圓柱形的結(jié)構(gòu)表面，這樣就給后續(xù)檢測(cè)工作的展開奠定了基礎(chǔ)。而在具體檢測(cè)時(shí)，一般需要將凸面相控陣的探頭伸入到管狀設(shè)備的內(nèi)部，并運(yùn)用充水耦合的方式，來確保探頭所發(fā)射的光束能夠完整地覆蓋整個(gè)管道的橫截面，以此也就能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)儲(chǔ)氣井內(nèi)部凹面的檢測(cè)。此外，凸面相控陣電子線掃描的原理主要為：運(yùn)用電子聚集的方式，按照相應(yīng)的激發(fā)時(shí)間，激發(fā)多個(gè)陣元組，并逐漸的聚集為聚焦聲束，直到完成整個(gè)圓周向的電子線掃描。其中，凸面超聲相控陣內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的使用可以利用延時(shí)聚集法來實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)外管壁的成像掃描，這樣就能有效檢測(cè)出某一軸向位置儲(chǔ)氣井周向壁厚的變化和儲(chǔ)氣井橢圓度的變化。此外，當(dāng)探頭沿著軸逐漸開始移動(dòng)時(shí)，就可形成管壁的彩色C掃成像，以此也就能完成對(duì)儲(chǔ)氣井內(nèi)壁的檢測(cè)[1]。

2圓形凸面相控陣工藝參數(shù)與試驗(yàn)研究

為了有效驗(yàn)證圓形凸面相控陣工藝參數(shù)設(shè)置的合理性，就有效的模擬了人工缺陷的儲(chǔ)氣井，其中不僅模擬了儲(chǔ)氣井的規(guī)格，而且還模擬了儲(chǔ)氣井的聲學(xué)特性。而當(dāng)驗(yàn)證并確定好凸面相控陣的工藝參數(shù)后，就可有效的調(diào)整探頭孔徑D、焦距F、增益和閘門等參數(shù)，確保實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的有效優(yōu)化，確保能夠更精準(zhǔn)地檢測(cè)出儲(chǔ)氣井內(nèi)壁的受腐蝕程度。

（1）主動(dòng)孔徑。超聲相控陣探頭的主動(dòng)孔徑在一定程度上影響著整個(gè)探頭的聚集性能。因此，就應(yīng)做好對(duì)主動(dòng)孔徑相關(guān)參數(shù)的試驗(yàn)和優(yōu)化工作，避免給整個(gè)探頭的使用帶來影響。其中，對(duì)于焦點(diǎn)的尺寸而言，其主要與主動(dòng)孔徑D和超聲波的波長(zhǎng)有關(guān)。因此，為了影響凸面相控陣的結(jié)構(gòu)，就應(yīng)設(shè)置并同時(shí)激發(fā)4，6，8，12，14，16個(gè)陣元，確保能夠有效獲得聲場(chǎng)的分布，這樣也就能幫助我們獲得探頭軸向聲場(chǎng)隨著主動(dòng)孔徑變化的規(guī)律。其中，當(dāng)主動(dòng)孔徑不斷增加時(shí)，聚焦的效果也呈現(xiàn)出逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)。然而在越靠近外壁的地方，其聚焦的效果就越差。此外，當(dāng)激發(fā)的陣元的個(gè)數(shù)越多，相應(yīng)的聚焦效果也就越好。但是，當(dāng)激發(fā)陣元的個(gè)數(shù)為6～8個(gè)時(shí)，聚焦效果基本相同，只是在靈敏度方面存有差別。因此，為了確保具有較高的靈敏度和較高的聚焦效果，就可使用6個(gè)激發(fā)陣元，以此才能實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)氣井的高效檢測(cè)[2]。

（2）焦距。焦距也是影響相控陣檢測(cè)質(zhì)量的一大因素。其中，當(dāng)焦距太小時(shí)，其就會(huì)無法完成聲束的聚集。而當(dāng)焦距處于進(jìn)場(chǎng)區(qū)的范圍時(shí)，就會(huì)具備較高的聚集效果。而隨著焦距離遠(yuǎn)場(chǎng)距離越來越遠(yuǎn)時(shí)，相應(yīng)的聚焦效果也會(huì)越來越不明顯。因此，為了確保能夠獲得較高的聚焦效果，焦距的位置應(yīng)設(shè)置在儲(chǔ)氣井壁內(nèi)，且深度應(yīng)以試樣的內(nèi)壁為主要衡量基準(zhǔn)。只有將焦距設(shè)置在儲(chǔ)氣井壁厚所規(guī)定的范圍之內(nèi)，就會(huì)取得相同的聚集效果，以此也就能較為靈敏的檢測(cè)儲(chǔ)氣井內(nèi)外壁的腐蝕程度。

（3）閥門設(shè)置。在使用超聲相控陣技術(shù)檢測(cè)儲(chǔ)氣井時(shí)，對(duì)于閥門的設(shè)置，通常應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)氣井的厚度和水層的厚度來進(jìn)行設(shè)置，否則就會(huì)給最終的檢測(cè)結(jié)果帶來較大的影響。其中，在對(duì)閥門進(jìn)行設(shè)置時(shí)，應(yīng)確保其能夠套住最小的有用信號(hào)，并且還能較好的抑制住最大的噪聲信號(hào)，這樣才能真正發(fā)揮出閥門設(shè)置的性能。倘若對(duì)閥門的設(shè)置沒有滿足相應(yīng)的設(shè)置要求，就會(huì)導(dǎo)致許多噪聲信號(hào)出現(xiàn)在掃描圖中，并且還能抑制一些有用的信號(hào)，這樣也就影響了最終的檢測(cè)效果[3]。

（4）增益。增益主要是用來設(shè)置激活通道的接收增益值。其中，在設(shè)置增益值時(shí)，應(yīng)確保其能夠使正常外壁反射波高處于50%，以此才能保證增益設(shè)置的合理性和有效性。倘若外壁的反射波高出現(xiàn)較小的情況，就會(huì)遺漏大量的有用信號(hào)。而當(dāng)反射的波高超出正常范圍時(shí)，就會(huì)引發(fā)較多的雜散信號(hào)，以此也就增大了噪聲出現(xiàn)的概率。因此，就應(yīng)根據(jù)具體情況，來合理設(shè)置增益值。

3結(jié)束語

不斷研究與分析儲(chǔ)氣井內(nèi)檢測(cè)超聲相控陣技術(shù)工藝，對(duì)于有效實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)氣井內(nèi)受腐蝕程度的高效檢測(cè)，合理的優(yōu)化超聲相控陣技術(shù)工藝的相關(guān)參數(shù)以及有效的提升儲(chǔ)氣井的使用價(jià)值，滿足人們對(duì)于能源資源的使用需求都具有至關(guān)重要的作用。因此，我們應(yīng)首先認(rèn)識(shí)與了解凸面超聲相控陣內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，進(jìn)而從主動(dòng)孔徑、焦距、閥門設(shè)置以及增益四個(gè)方面來完成圓形凸面相控陣工藝參數(shù)與試驗(yàn)工作，確保有效的優(yōu)化相關(guān)使用參數(shù)，確保提升超聲相控陣技術(shù)的使用性能，以此來有效提升對(duì)儲(chǔ)氣井檢測(cè)的靈敏度和檢測(cè)效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡震.基于超聲相控技術(shù)的儲(chǔ)氣井套管檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)問題研究[D].南京：東南大學(xué)，2019.

[2] 鐘海見，郭偉燦，繆存堅(jiān).儲(chǔ)氣井內(nèi)檢測(cè)超聲相控陣技術(shù)工藝試驗(yàn)研究[J].壓力容器，2018，35（8）：63-69.

[3] 呂劍雄.脫硫脫水對(duì)CNG加氣站地下儲(chǔ)氣井腐蝕過程影響研究[D].舟山：浙江海洋大學(xué)，2018.

作者簡(jiǎn)介

陳濤（1978-），男，重慶市大足縣人;學(xué)歷：碩士研究生，職稱：高級(jí)工程師，現(xiàn)就職單位：克孜勒蘇柯爾克孜自治州特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)所，研究方向：熱能動(dòng)力裝備和流體機(jī)械的運(yùn)行優(yōu)化與節(jié)能、特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)。