石油專用管的超聲波檢測技術(shù)

王子偉(長慶油田分公司物資供應(yīng)處(物資管理部)商檢所，陜西 咸陽 712000)

0 引言

石油專用管材種類諸多，其中涵蓋了擴鉆桿、方鉆桿、鉆鋌、油管、套管等諸多設(shè)備，在石油開采的過程中，這些設(shè)備會受到復(fù)雜的應(yīng)力作用，一旦出現(xiàn)故障則會造成嚴(yán)重的生命財產(chǎn)損失。超聲波無損探測技術(shù)手段，可以對石油專用管材開展高效質(zhì)量檢測，確保石油開采工作高質(zhì)量、穩(wěn)定開展。從客觀層次上來看，石油專用管材的質(zhì)量檢測方法較多，其中涵蓋了目視檢查法、漏磁檢查法、射線檢查法、磁粉檢測、渦流檢驗等諸多技術(shù)方法。在常年實踐經(jīng)驗當(dāng)中，超聲波檢測技術(shù)是現(xiàn)場實踐當(dāng)中檢測效果最好的技術(shù)之一，針對石油專用管材內(nèi)部腐蝕檢測、石油專用管材內(nèi)部破損檢測、石油專用管材壁厚檢測具備絕佳效果。文章將針對石油專用管的超聲波檢測技術(shù)進行詳細(xì)分析。

1 超聲波檢測技術(shù)原理

超聲波檢驗技術(shù)主要是借助超聲波技術(shù)，將超聲波傳入到金屬材料內(nèi)部當(dāng)中。進入到金屬材料內(nèi)部的超聲波，可以從一個金屬截面?zhèn)魅氲搅硪唤饘俳孛妫煌孛娴倪吘?，會發(fā)生反射作用，通過獲取超聲波在不同截面當(dāng)中的反射波，便可以對金屬材料內(nèi)部缺陷、破損情況進行檢測。超聲波束會由探頭出發(fā)，從管材表面?zhèn)魅氲焦懿膬?nèi)部，若遇到了內(nèi)部缺陷或者到達(dá)了管材底面，那么超聲波則會發(fā)生反射，這樣便會在超聲波檢測儀器當(dāng)中形成脈沖波形，借助反射回來的超聲波形狀，便可以對管材內(nèi)部破損、缺陷、位置、大小進行甄別[1]。超聲波的波形有很多種，一般情況下可以檢測到的波形有橫波、縱波、板波、表面波等，不同波形表示了不同管材內(nèi)部情況，每一種波形所運用的場合也不同。橫波可以用于檢測管材內(nèi)部軸向或者周向裂紋、劃痕、夾渣、氣孔、焊接問題等[2]?？v波主要用于檢測鑄件、鍛件、坯料內(nèi)部白點、縮管、雜物、裂紋等諸多缺陷。板波主要用來檢測薄板內(nèi)部的缺陷，表面波主要用來檢測石油專用管材表面或者內(nèi)部缺陷。

2 超聲波檢測方法

2.1 穿透法

穿透法超聲波檢測技術(shù)在開展石油專用管材檢測時，需要在待檢測的管材兩面設(shè)置兩個探頭，在一端發(fā)射超聲波，超聲波穿透待檢測管材，使超聲波從管材一個界面到達(dá)另一個界面，并在發(fā)射另一端接收超聲波。通過對接收到超聲波的能量值變化分析，便可以對管材內(nèi)部的缺陷狀況進行詳細(xì)解析。若管材內(nèi)部完整、完好，那么終端探頭所接收到的超聲波信號能量則相對較強，若管材內(nèi)部出現(xiàn)了破損、缺陷等問題，那么超聲波在傳遞到缺陷、破損位置時，會受到阻礙，并且影響到在此之后的超聲波信號能量[3]。從客觀層次上來看，穿透法在實際使用的過程中，有以下五個特點：其一，可以結(jié)合超聲波能量差異，有效地判斷管材內(nèi)部是否存在缺陷、破損情況，但是往往很難確定管材內(nèi)部破損位置；其二，針對石油專用管材內(nèi)部微小微弱的損害，往往很難發(fā)現(xiàn)，細(xì)小問題檢測靈敏性存在一定缺陷；其三，穿透法超聲波檢測技術(shù)運用起來較為簡單，操作方便，可以實現(xiàn)自動化作業(yè)；其四，適用于材質(zhì)較薄的管材檢測，并且可以進行全面檢測，避免了檢測盲區(qū)[4]；其五，穿透法超聲波檢測技術(shù)，在放置超聲波發(fā)射探頭時，對管材的大小、長短、距離有一定要求，若管材較長，則實施穿透法檢測的效率較低。

2.2 共振法

共振法超聲波檢測技術(shù)，在開展運用時，主要是借助連續(xù)超聲波，借助調(diào)節(jié)超聲波頻率來使待測管材內(nèi)部達(dá)到共振，通過此種手段來判斷管材的厚度是否達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且也可以實現(xiàn)對管材內(nèi)部缺陷進行檢測。共振法超聲波檢測技術(shù)在進行石油管材檢測時，更加適用于檢測表面較為粗糙的管材，不僅可以對金屬材料管材進行檢測，還可以對復(fù)合材料、膠結(jié)材料、鋼板內(nèi)部夾層的缺陷進行檢測[5]。在具體應(yīng)用時，超聲波在待測管材內(nèi)部進行傳播，適當(dāng)?shù)亻_展波頻調(diào)節(jié)，若反射波的相位與入射波相位相同時，那么便會在管材內(nèi)部實現(xiàn)共振現(xiàn)象，這時候待測管材厚度等于超聲波波長的0.5 倍或者整倍數(shù)。在正確使用共振法超聲波檢測技術(shù)時，應(yīng)該注重以下三點要求：其一，實施共振法時，應(yīng)該有針對性地選擇那些檢測難度較大、表面粗糙程度較高的管材進行檢測；其二，共振法對于管材厚度測量存在高效性，其精準(zhǔn)度也相對較高；其三，針對薄管檢測時，共振法超聲波檢測技術(shù)也具備良好效果，可以全面對薄質(zhì)管材內(nèi)部進行檢測。

2.3 脈沖反射法

脈沖反射法超聲波檢測技術(shù)也是超聲波檢測技術(shù)當(dāng)中一種較為常見的方法，在運用脈沖反射法超聲波檢測技術(shù)時，當(dāng)發(fā)射超聲波從一面?zhèn)鬏數(shù)搅硪淮龣z測面時，借助兩個面的反應(yīng)特征，來判斷被檢測管材是否存在缺陷。因為脈沖反射法超聲波檢測技術(shù)，是按照入射波波形作為檢測標(biāo)準(zhǔn)，所以若出現(xiàn)了入射波波形變化，則代表被檢測管材存在缺陷問題[6]。一般情況下，按照入射波的波形，可以將脈沖反射法超聲波檢測技術(shù)分成四大類，分別是橫波檢測法、縱波檢測法、表面波檢測法、蘭姆波檢測法。脈沖反射法超聲波檢測技術(shù)在運用時存在以下三個特點：其一，脈沖反射法的運用范圍非常廣，結(jié)合不同管材的特點，選擇區(qū)別化的脈沖反射檢測探測類型，借助不同波形來探測不同類別的管材；其二，脈沖反射法可以精準(zhǔn)地檢測到石油專用管材內(nèi)部細(xì)微的缺失、大小、位置，具備高精準(zhǔn)度特點；其三，脈沖反射法自身的靈敏度較高，可以對細(xì)小的缺陷進行嚴(yán)格把控，確保石油專用管材檢測嚴(yán)謹(jǐn)性。

3 石油專用管材的超聲波檢測技術(shù)實現(xiàn)過程

借助超聲波檢測技術(shù)進行石油專用管材檢測時，常常會運用的檢測儀器是A 型顯示脈沖反射式超聲波探傷儀。該儀器可以充分在石油專用管材檢測當(dāng)中發(fā)揮出脈沖反射法的探測特點，能夠?qū)κ蛯Ｓ霉懿膬?nèi)部缺陷大小、缺陷位置、缺陷情況進行精準(zhǔn)把控。脈沖反射法的探測依據(jù)是通過示波屏幕當(dāng)中所反映出來的反射信號幅度，對反射信號、入射信號的相關(guān)位置與幅度進行展示，通過對測試當(dāng)中的信號偏差來確定石油專用管材檢測結(jié)果，并且確定檢測結(jié)果中超聲波不確定度[7]。在實施石油專用管材超聲波檢測時，需要以下三個過程：其一，測量數(shù)據(jù)。在垂直于待檢測管材的中心軸線位置進行劃分，并且裝配好相關(guān)的檢測探頭，確保超聲波探頭與管材接觸良好。例如，在開展管材厚度測量時，要求布置較為密集的測量點，并且移動探頭，確保探頭不接觸管材表面，在保障屏幕上顯示超聲數(shù)值穩(wěn)定之后，便可以實施檢測；其二，引入δ =(ut)/2，其中δ (mm)為管材厚度，u(mm/s)為聲波速度，t(s)為聲波在管材當(dāng)中往返的時間；其三，評定反射信號的不確定分量，對同一指標(biāo)重復(fù)性檢測內(nèi)容進行確定，再確定超聲波顯示儀當(dāng)中不確定程度。將評定的不確定分量進行列表，整合計算不確定程度，得出相關(guān)檢測結(jié)果，出具超聲波檢測報告。

4 結(jié)語

總而言之，超聲波無損探傷技術(shù)作為一種高科技檢驗技術(shù)，具備高精準(zhǔn)性、高效率等諸多特點，適用于石油專用管材質(zhì)量檢驗工作當(dāng)中。在開展石油專用管材檢測時，必須要認(rèn)識到石油專用管材檢測的重要性，明確超聲波檢測技術(shù)類型，并且引入專業(yè)的超聲波檢測技術(shù)人員。結(jié)合不同管材特點，選擇區(qū)別化的超聲波檢測技術(shù)手段，切實保障石油專用管材質(zhì)量，促進中國石油事業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。