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声发射检测技术在井控装置安全测评中的应用
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井控设备的安全测评，成为其无损检测手段中的一大突破。利用该检测技术不仅可以在设备返修试验中及时和全面的检查、评价设备在整个承压过程中活动裂纹产生和扩展的全过程，还可以减少对正常生产的影响 。本文介绍了声发射检测技术的原理及特征，同时介绍了其在石油工业井控装置安全测评中的运用和带来的效益。
关键词：声发射技术；声源；安全测评 声发射（AE）；无损检测；评定 超声波液位计 超声波物位计 超声波清洗机 超声波测厚仪 洗片机
0 引言
防喷器在使用过程中，其内部由于受到碰撞、腐蚀以及压力等因素，会产生裂纹，而这些内部裂纹在对返修试压中很难被发现。如果防喷器壳体内部裂纹长期存在并且日渐膨胀，必定会造成壳体在工作状态下就开裂甚至爆炸。虽然也能够通过传统的无损探伤手段（如磁粉、超声波、射线等）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。为了既能确保井控装置（防喷器等）的安全使用，又尽可能减少对正常生产的影响，运用先进的无损检测手段及时检测设备的安全情况具有重要的意义。
目前，国内对井控装置的安全测评还局限于传统的无损检测手段，或者仅仅通过设备的静水压强度试验来评定其安全可靠性。将声发射技术成功运用于对石油工业井控装置的安全测评，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防喷器壳体安全测评中的运用。
1 声发射技术的原理及特征
声发射 （Acoustic Emission，简称AE），是一种新兴的动态无损检测技术。它于六十年代开始并逐步成熟起来，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。
AE检测原理：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。若将背景噪声识别和辅助信息（例如载荷、位移、温度和应变等）的综合分析考虑在内，可得如图1所示的声发射检测瞬态应力波发生过程示意图和声源检测原理图。
AE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，具有如下优点：
1、动态实时性。它能实时发现和监测裂纹、缺陷的萌生，发展和破坏过程。
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。
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。
4、快捷和经济性。通常情况下，利用声发射检测所需的时间仅为常规检测所花费时间的五分之一。
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CAT技术的现代声发射测试系统具有非常强的处理/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。
2 声发射技术在井控装置安全测评中的应用
2002年技术检测中心从PAC（物理声学公司）引进了24通道DSP声发射检测系统。该系统的软件和硬件都具有较先进的技术指标。
石油井控装置对钻井生产的安全性至关重要，因此对其检测是十分必要的。但是像防喷器这种外形不是很规则，内部也比较复杂，而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。在充分理解声发射检测技术原理以及优点后，首次将该技术成功运用于对石油井控装置的安全测评。通过大量试验和现场测评，取得了较为满意的效果；同时对具体的操作总结出了一套合理的方案。
防喷器作为井控装置的重要设备，是形状复杂的压力容器。对这类承压设备的检验，包括三个方面：
1、新产品防喷器壳体静水压强度试验时的检验；
2、防喷器使用后检修时的检验。
由于静水压强度试验过程是一个简单的应力循环过程，声学和电学方面的干扰因素较小，便于声发射技术的应用。但是由于单闸板、双闸板和环形防喷器这三种防喷器在结构上存在很大的差异，使得在运用声发射检测时，传感器的布置列阵也有明显区别。经过大量有针对性的试验，得出了单闸板防喷器较为优化和合理的传感器布置列阵以及位置；同时获得大量非常有价值的数据，这对分析防喷器这种特殊结构的压力设备的安全性意义重大。
利用AE对防喷器壳体进行安全评定，也要求防喷器在试验中壳体受力能够模拟现场使用情况。对情况特殊的环形防喷器，做密封试验的同时做声发射检测，这样检测结论更加合理。
PAC公司的AE检测软件有便捷的重放功能--能够在检测后处理的时候分析传感器采集到的有效信号，对一些基本数据进行修正，这能准确的对声源定位。由该检测软件的检测记录图我们可以得到检测系统记录的在整个试验过程中传感器接收到的声发射信号和压力的稳定情况。分析采集图中的声信号幅度和接收时间，就可以找出有效声发射信号的大概位置。
在最近两年中，已用声发射检测双闸板防喷器、单闸板防喷器、环形防喷器、钻井四通、防喷管汇以及采气井口共300余台，其结果的可靠性和检测的便捷性不仅为技术检测中心创造了经济效益，且受到客户广泛好评。
3 结束语
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，使声发射技术真正服务在各个领域，发挥其应有的作用。
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井控设备的安全测评，成为其无损检测手段中的一大突破。利用该检测技术不仅可以在设备返修试验中及时和全面的检查、评价设备在整个承压过程中活动裂纹产生和扩展的全过程，还可以减少对正常生产的影响 。本文介绍了声发射检测技术的原理及特征，同时介绍了其在石油工业井控装置安全测评中的运用和带来的效益。
关键词：声发射技术；声源；安全测评 声发射（AE）；无损检测；评定 超声波液位计 超声波物位计 超声波清洗机 超声波测厚仪 洗片机
0 引言
防喷器在使用过程中，其内部由于受到碰撞、腐蚀以及压力等因素，会产生裂纹，而这些内部裂纹在对返修试压中很难被发现。如果防喷器壳体内部裂纹长期存在并且日渐膨胀，必定会造成壳体在工作状态下就开裂甚至爆炸。虽然也能够通过传统的无损探伤手段（如磁粉、超声波、射线等）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。为了既能确保井控装置（防喷器等）的安全使用，又尽可能减少对正常生产的影响，运用先进的无损检测手段及时检测设备的安全情况具有重要的意义。
目前，国内对井控装置的安全测评还局限于传统的无损检测手段，或者仅仅通过设备的静水压强度试验来评定其安全可靠性。将声发射技术成功运用于对石油工业井控装置的安全测评，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防喷器壳体安全测评中的运用。
1 声发射技术的原理及特征
声发射 （Acoustic Emission，简称AE），是一种新兴的动态无损检测技术。它于六十年代开始并逐步成熟起来，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。
AE检测原理：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。若将背景噪声识别和辅助信息（例如载荷、位移、温度和应变等）的综合分析考虑在内，可得如图1所示的声发射检测瞬态应力波发生过程示意图和声源检测原理图。
AE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，具有如下优点：
1、动态实时性。它能实时发现和监测裂纹、缺陷的萌生，发展和破坏过程。
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。
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。
4、快捷和经济性。通常情况下，利用声发射检测所需的时间仅为常规检测所花费时间的五分之一。
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CAT技术的现代声发射测试系统具有非常强的处理/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。
2 声发射技术在井控装置安全测评中的应用
2002年技术检测中心从PAC（物理声学公司）引进了24通道DSP声发射检测系统。该系统的软件和硬件都具有较先进的技术指标。
石油井控装置对钻井生产的安全性至关重要，因此对其检测是十分必要的。但是像防喷器这种外形不是很规则，内部也比较复杂，而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。在充分理解声发射检测技术原理以及优点后，首次将该技术成功运用于对石油井控装置的安全测评。通过大量试验和现场测评，取得了较为满意的效果；同时对具体的操作总结出了一套合理的方案。
防喷器作为井控装置的重要设备，是形状复杂的压力容器。对这类承压设备的检验，包括三个方面：
1、新产品防喷器壳体静水压强度试验时的检验；
2、防喷器使用后检修时的检验。
由于静水压强度试验过程是一个简单的应力循环过程，声学和电学方面的干扰因素较小，便于声发射技术的应用。但是由于单闸板、双闸板和环形防喷器这三种防喷器在结构上存在很大的差异，使得在运用声发射检测时，传感器的布置列阵也有明显区别。经过大量有针对性的试验，得出了单闸板防喷器较为优化和合理的传感器布置列阵以及位置；同时获得大量非常有价值的数据，这对分析防喷器这种特殊结构的压力设备的安全性意义重大。
利用AE对防喷器壳体进行安全评定，也要求防喷器在试验中壳体受力能够模拟现场使用情况。对情况特殊的环形防喷器，做密封试验的同时做声发射检测，这样检测结论更加合理。
PAC公司的AE检测软件有便捷的重放功能--能够在检测后处理的时候分析传感器采集到的有效信号，对一些基本数据进行修正，这能准确的对声源定位。由该检测软件的检测记录图我们可以得到检测系统记录的在整个试验过程中传感器接收到的声发射信号和压力的稳定情况。分析采集图中的声信号幅度和接收时间，就可以找出有效声发射信号的大概位置。
在最近两年中，已用声发射检测双闸板防喷器、单闸板防喷器、环形防喷器、钻井四通、防喷管汇以及采气井口共300余台，其结果的可靠性和检测的便捷性不仅为技术检测中心创造了经济效益，且受到客户广泛好评。
3 结束语
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，使声发射技术真正服务在各个领域，发挥其应有的作用。
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