论文部分内容阅读
[摘 要]声发射是指材料局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性波的现象。声发射检测技术是一种新兴的动态无损检测技术。将声发射技术运用于对石油工业压裂管汇设备的无损检测，成为其无损检测手段中的一大突破。利用声发射检测技术可以在设备返修试验中及时和全面的检查、評价设备在整个承压过程中活动裂纹产生和扩展的全过程。本文介绍了声发射检测技术的原理及特征，同时介绍了其在压裂管汇无损检测中的运用方法及前景。
[关键词]声发射技术；声源；无损检测；压裂管汇
中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0315-01
1、概述
压裂管汇在使用过程中，其内部由于受到压裂液、支撑砂的冲蚀、腐蚀以及压力等因素，管汇的壁厚会变薄、内部会产生裂纹，目前分公司现有的检测手段只能做到对其进行压力密封试验，而这些内部裂纹在对其进行压力密封检验中很难被发现。如果压裂管汇内部存在裂纹，长期存在并且日渐扩展，必定会造成管汇本体在高压状态下就开裂甚至爆裂，危及现场作业人员和作业设备的安全，影响压裂施工的正常进行。
压裂管汇使用一段时间后，需要对其进行无损探伤、检测，以便及时将存在严重安全隐患的压裂管汇及时淘汰，保证施工的安全。虽然也能够通过传统的无损探伤手段（如磁粉探伤、超声波探伤、射线探伤等）来检测和发现裂纹，但是常规的探伤技术是一种静态手段，只能检查和发现设备已有的缺陷，不能及时和全面的检查、评价设备在整个承压过程中裂纹的产生和扩展。而声发射检测技术能够及时发现设备在承压的状态下裂缝的动态扩展情况，因此，运用先进的声发射检测技术开展对压裂管汇无损检测工作，既能做到及时淘汰存在安全隐患的压裂管汇，确保压裂改造施工安全，还能将使用了一段时间，经过检测，还可继续使用的管汇投入压裂施工中，节省新管汇的购置费用，降低压裂成本。具有重要的意义。
目前，国内对压裂管汇的无损检测还是个空白，或者仅仅通过设备的静水压密封压力试验来评定其安全可靠性。将声发射技术成功运用于对压裂管汇的无损检测，这不仅充分利用了声发射检测技术的优点，拓宽了声发射技术的应用领域，更重要的是保证了石油勘探开发的安全生产。本文重点介绍声发射检测技术的理论和这一新技术在压裂管汇无损检测中的运用前景。
2、声发射检测技术的原理
声发射 （Acoustic Emission，简称AE），是一种新兴的动态无损检测技术。它于上世纪六十年代开始发展并逐步成熟起来，现已被广泛应用于材料试验、压力容器、立式储罐检验、航空、航天、铁路、建筑、桥梁及起重机等工程结构的完整性检测和评价。
声发射检测的原理：受力构件的材料内部在损伤缺陷萌生、扩展过程中会释放塑性应变能，应变能以瞬态应力波的形式向外传播扩展，这种现象即称声发射现象。声发射技术就是采用高灵敏度的声发射传感器置于受力构件表面，实时接收和采集来自于材料缺陷的声发射信号，进而通过对这些声发射信号的识别、判断和分析推断出材料或结构内部活动缺陷的位置、状态变化程度和发展趋势。
声发射检测作为一项新的无损检测技术，它最能直接反映材料内部缺陷、故障萌生及发展过程。它与其它常规无损检测手段，比如超声检测、射线探伤、涡流检测、磁粉等表面探伤方法相比，具有以下几个方面的特点：
2.1、动态实时性：它能实时发现和监测裂纹、缺陷的萌生和发展破坏过程。
2.2、整体性检测：通过按一定阵列布置少量固定不动的传感器，声发射仪就可获得被检对象中声源在检测过程中的一切活动信息，并可由时差定位技术确定缺陷的具体位置，这为实际检测和评价工作带来了极大的方便。
2.3、高精度和灵敏性：严格来讲，材料在裂纹萌生时的塑性钝化阶段就伴随着声发射信号的产生。如果传感器和仪器设置较好，它可以发现非常小的裂纹萌生和扩展过程。
此外，由于它在工作时传感器位置是固定的，所有信号采集及处理都由系统来执行，而采用计算机技术的现代声发射测试系统具有非常强的处理和分析能力，它可以将像其它无损检测手段由于人的主观和经验等因素所造成的结果偏差的影响减到最小。
3、声发射技术在压裂管汇无损检测中的应用
2008年6月份分公司井控车间与大庆油田装备制造集团质检站合作开展了利用声发射检测技术对压裂管汇进行无损检测的试验，并根据得到的检测数据对压裂管汇进行安全评价，试验情况如下：
分别选取了一根额定工作压力为105MPa的4m长高压直管和一个额定工作压力为105MPa活动弯头为试验对象，在其表面上固定传感器，然后对管汇打压，压力从0升至40MPa，在升压的过程中检测并记录声发射的数据；然后当压力稳定在40MPa时继续检测并记录其声发射数据。
由于压裂管汇对压裂改造施工的安全性至关重要，因此对其检测是十分必要的。但是像压裂管汇中的旋塞阀和活动弯头是形状不规则、结构上存在很大差异而且使用时间相对较长的设备，运用声发射检测来测评其安全可靠性，同样存在许多实际问题需要解决：传感器的布置列阵就有明显的区别，需要通过大量有针对性的试验和现场测评，得出压裂管汇较为优化和合理的传感器布置列阵以及位置，同时获得有价值的数据，总结出一套适宜于压裂管汇检测的方法，这对分析压裂管汇这种特殊结构的承压设备的安全性意义重大。
声发射检测技术是一种新兴的无损检测方法，具有常规检测方法所没有的优点，因此，它的应用范围会更加广泛。然而，声发射检测对环境噪声十分敏感，所以排除噪声干扰是声发射检测成功的首要问题，应从提高仪器设备的性能、加强分析软件的功能和提高检测人员的技术水平和经验等方面入手，使声发射技术更好的服务于压裂管汇的无损检测。
[关键词]声发射技术；声源；无损检测；压裂管汇
中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0315-01
1、概述
压裂管汇在使用过程中，其内部由于受到压裂液、支撑砂的冲蚀、腐蚀以及压力等因素，管汇的壁厚会变薄、内部会产生裂纹，目前分公司现有的检测手段只能做到对其进行压力密封试验，而这些内部裂纹在对其进行压力密封检验中很难被发现。如果压裂管汇内部存在裂纹，长期存在并且日渐扩展，必定会造成管汇本体在高压状态下就开裂甚至爆裂，危及现场作业人员和作业设备的安全，影响压裂施工的正常进行。
压裂管汇使用一段时间后，需要对其进行无损探伤、检测，以便及时将存在严重安全隐患的压裂管汇及时淘汰，保证施工的安全。虽然也能够通过传统的无损探伤手段（如磁粉探伤、超声波探伤、射线探伤等）来检测和发现裂纹，但是常规的探伤技术是一种静态手段，只能检查和发现设备已有的缺陷，不能及时和全面的检查、评价设备在整个承压过程中裂纹的产生和扩展。而声发射检测技术能够及时发现设备在承压的状态下裂缝的动态扩展情况，因此，运用先进的声发射检测技术开展对压裂管汇无损检测工作，既能做到及时淘汰存在安全隐患的压裂管汇，确保压裂改造施工安全，还能将使用了一段时间，经过检测，还可继续使用的管汇投入压裂施工中，节省新管汇的购置费用，降低压裂成本。具有重要的意义。
目前，国内对压裂管汇的无损检测还是个空白，或者仅仅通过设备的静水压密封压力试验来评定其安全可靠性。将声发射技术成功运用于对压裂管汇的无损检测，这不仅充分利用了声发射检测技术的优点，拓宽了声发射技术的应用领域，更重要的是保证了石油勘探开发的安全生产。本文重点介绍声发射检测技术的理论和这一新技术在压裂管汇无损检测中的运用前景。
2、声发射检测技术的原理
声发射 （Acoustic Emission，简称AE），是一种新兴的动态无损检测技术。它于上世纪六十年代开始发展并逐步成熟起来，现已被广泛应用于材料试验、压力容器、立式储罐检验、航空、航天、铁路、建筑、桥梁及起重机等工程结构的完整性检测和评价。
声发射检测的原理：受力构件的材料内部在损伤缺陷萌生、扩展过程中会释放塑性应变能，应变能以瞬态应力波的形式向外传播扩展，这种现象即称声发射现象。声发射技术就是采用高灵敏度的声发射传感器置于受力构件表面，实时接收和采集来自于材料缺陷的声发射信号，进而通过对这些声发射信号的识别、判断和分析推断出材料或结构内部活动缺陷的位置、状态变化程度和发展趋势。
声发射检测作为一项新的无损检测技术，它最能直接反映材料内部缺陷、故障萌生及发展过程。它与其它常规无损检测手段，比如超声检测、射线探伤、涡流检测、磁粉等表面探伤方法相比，具有以下几个方面的特点：
2.1、动态实时性：它能实时发现和监测裂纹、缺陷的萌生和发展破坏过程。
2.2、整体性检测：通过按一定阵列布置少量固定不动的传感器，声发射仪就可获得被检对象中声源在检测过程中的一切活动信息，并可由时差定位技术确定缺陷的具体位置，这为实际检测和评价工作带来了极大的方便。
2.3、高精度和灵敏性：严格来讲，材料在裂纹萌生时的塑性钝化阶段就伴随着声发射信号的产生。如果传感器和仪器设置较好，它可以发现非常小的裂纹萌生和扩展过程。
此外，由于它在工作时传感器位置是固定的，所有信号采集及处理都由系统来执行，而采用计算机技术的现代声发射测试系统具有非常强的处理和分析能力，它可以将像其它无损检测手段由于人的主观和经验等因素所造成的结果偏差的影响减到最小。
3、声发射技术在压裂管汇无损检测中的应用
2008年6月份分公司井控车间与大庆油田装备制造集团质检站合作开展了利用声发射检测技术对压裂管汇进行无损检测的试验，并根据得到的检测数据对压裂管汇进行安全评价，试验情况如下：
分别选取了一根额定工作压力为105MPa的4m长高压直管和一个额定工作压力为105MPa活动弯头为试验对象，在其表面上固定传感器，然后对管汇打压，压力从0升至40MPa，在升压的过程中检测并记录声发射的数据；然后当压力稳定在40MPa时继续检测并记录其声发射数据。
由于压裂管汇对压裂改造施工的安全性至关重要，因此对其检测是十分必要的。但是像压裂管汇中的旋塞阀和活动弯头是形状不规则、结构上存在很大差异而且使用时间相对较长的设备，运用声发射检测来测评其安全可靠性，同样存在许多实际问题需要解决：传感器的布置列阵就有明显的区别，需要通过大量有针对性的试验和现场测评，得出压裂管汇较为优化和合理的传感器布置列阵以及位置，同时获得有价值的数据，总结出一套适宜于压裂管汇检测的方法，这对分析压裂管汇这种特殊结构的承压设备的安全性意义重大。
声发射检测技术是一种新兴的无损检测方法，具有常规检测方法所没有的优点，因此，它的应用范围会更加广泛。然而，声发射检测对环境噪声十分敏感，所以排除噪声干扰是声发射检测成功的首要问题，应从提高仪器设备的性能、加强分析软件的功能和提高检测人员的技术水平和经验等方面入手，使声发射技术更好的服务于压裂管汇的无损检测。