AE技術(shù)在石油工程中的應(yīng)用

李春波

引言

AE技術(shù)就是聲發(fā)射技術(shù)，該技術(shù)主要起源于德國，最開始主要是應(yīng)用在材料研究中，在上世紀(jì)60年代，此項(xiàng)技術(shù)逐漸的應(yīng)用在無損傷檢測方面。在上世紀(jì)70年代，AE技術(shù)被引進(jìn)我國，至今已有接近半個(gè)世紀(jì)歷史。現(xiàn)如今AE技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用在很多領(lǐng)域，其中石油工程領(lǐng)域，非常值得一提。本文正是從石油工程角度來探討AE技術(shù)，希望有所幫助。

因?yàn)锳E技術(shù)應(yīng)用起來十分簡單與方便，而且對被檢測物質(zhì)并沒有過高的要求，也正是因?yàn)槿绱?，很多學(xué)者嘗試著將其應(yīng)用在石油工程中，比如利用此種技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行檢測，對鉆井巖屑以及油井出砂進(jìn)行監(jiān)測等，經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用，AE技術(shù)的應(yīng)用效果的確比較好，值得推薦使用。但是因?yàn)锳E技術(shù)在我國發(fā)展水平還不是很高，有很多都是在實(shí)驗(yàn)室條件下應(yīng)用，其具體的實(shí)踐效果還不得而知，因此需要更多的研究與實(shí)踐機(jī)會(huì)。

一、AE技術(shù)在設(shè)備檢測中的應(yīng)用

1、檢測鉆具裂紋以及套管損壞

石油工程中鉆具是必須要使用工具，鉆具在鉆進(jìn)之后，可能會(huì)因?yàn)閺澟?、?yīng)力腐蝕等而出現(xiàn)裂紋，如果裂紋沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)有所擴(kuò)展，達(dá)到一定程度之后，鉆具就會(huì)出現(xiàn)損壞發(fā)生斷裂，嚴(yán)重者就會(huì)出現(xiàn)井下事故。某學(xué)者等建立了一套以AE技術(shù)檢測鉆具裂紋缺陷的測試機(jī)評定方法，并進(jìn)行r現(xiàn)場應(yīng)用檢測，該方法基于裂紋受載后發(fā)生的亞臨界擴(kuò)展并會(huì)發(fā)微小的AE原理，檢測出AE源并評定其相應(yīng)載荷后進(jìn)行鉆具的分級或判斷。

套管損壞是制約油氣生產(chǎn)的重要瓶頸之一，某學(xué)者等提出利用AE原理進(jìn)行套管損壞實(shí)時(shí)監(jiān)測的新理論，建立了套管損壞AE實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置并進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，伴隨套管變形加劇和裂紋不斷產(chǎn)生，AE信號逐漸頻繁且強(qiáng)度增大。

2、檢測鉆井管匯及壓力容器

2.1鉆井管匯是鉆高壓油氣井必需配備的地面裝置，由于長期使用并易暴露在惡劣環(huán)境中，加之內(nèi)部與大量腐蝕性物質(zhì)接觸，易產(chǎn)生疲勞損壞。利用AE技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)槍測，通過榆測流體泄漏時(shí)在管肇激發(fā)的應(yīng)力波，準(zhǔn)確判斷出鉆井管匯的內(nèi)部動(dòng)態(tài)缺陷。某學(xué)者等通過對鉆井管匯的一系列的AE研究、測試，建立了AE信號在鉆井管匯材料中傳播的有效模型，系統(tǒng)總結(jié)出鉆井管匯AE檢測中的噪聲排除方法。

2.2壓力容器在石油行業(yè)應(yīng)用廣泛，其中對于油氣儲罐的安全性和經(jīng)濟(jì)性仍需提高。儲罐足易發(fā)生事故的特殊設(shè)備，一方面罐底承受液位變化帶來的交變載荷的作用，另一方面由于儲罐中介質(zhì)通常都具有很強(qiáng)的腐蝕性，這些物質(zhì)沉積后同削弱罐底的強(qiáng)度，進(jìn)一步導(dǎo)致泄露。利用AE技術(shù)判斷罐底是否存往活性聲源.確定其位置，由此逐步建移儲罐的腐蝕狀況數(shù)據(jù)，進(jìn)行壽命預(yù)測。提高使用效率。

2.3井控裝置安全測評，目前，國內(nèi)對井控裝置的安全測評還局限于傳統(tǒng)的無損檢測手段，或者儀儀通過設(shè)備的靜水壓強(qiáng)度試驗(yàn)來評定其安全可靠性。防噴器是井控裝置的核心設(shè)備，其內(nèi)部由于受到碰撞，腐蝕以及壓力等因素，容易導(dǎo)致殼體產(chǎn)生裂紋及缺陷。經(jīng)過多年研究，石油管理局于2008年在國內(nèi)首次成功將AE技術(shù)運(yùn)用于對石油行業(yè)防噴器、高壓管匯等井控設(shè)備的殼體安全測評，并取得良好效果。某學(xué)者等人引入模糊數(shù)學(xué)理論，結(jié)合層次分析發(fā)建立了防噴器AE檢測模糊綜合評價(jià)體系，能夠在定性分析影響防噴器AE檢測評價(jià)各種因素的基礎(chǔ)，定量地對其等級進(jìn)行科學(xué)評價(jià)，為正確的指揮決策提供條件。

二、AE技術(shù)在油氣開采中的應(yīng)用

AE技術(shù)是一種比較常見的檢測技術(shù)，其主要是應(yīng)用在很多領(lǐng)域，比如巖石應(yīng)力檢測，金屬無損檢測等，但是其在石油工程中的應(yīng)用最為廣泛，特別是在油氣開采中。材料變形或者是出現(xiàn)了明顯的斷裂情況，這是常見的AE源，其屬于突發(fā)型AE型范圍，而摩擦以及撞擊等也是常見的AE源，但是其是連續(xù)性AE型范疇。如果流體中存在著固相顆粒，這些顆粒之間彼此之間發(fā)生了撞擊，則其都屬于上述兩種AE源。正是基于此種原理，AE技術(shù)能夠?qū)滔囝w粒進(jìn)行相應(yīng)的檢測，所以其可以應(yīng)用在油氣開采中，其具體應(yīng)用如下：

1、監(jiān)測鉆井巖屑

現(xiàn)階段有很多方法可以用來判斷巖屑返出，比如利用注汽壓力所產(chǎn)生的變化進(jìn)行分析，也可以利用排砂管出口的情況進(jìn)行人工觀察等，這些方法都具有一定的效果，同時(shí)也具有相應(yīng)的劣勢，比如無法在最短時(shí)間內(nèi)看出巖屑是否返出，返出之后發(fā)生了哪些變化。為此，相關(guān)學(xué)者認(rèn)為可以嘗試著應(yīng)用排砂管線內(nèi)含屑?xì)怏w能夠?qū)?nèi)壁所產(chǎn)生的具體沖刷力來作為依據(jù)，以此來識別井下返屑的具體情況。這種方法的應(yīng)用需要應(yīng)用沖刷力傳感器，這樣更能夠清楚的知道井下返屑情況。通過大量地實(shí)踐觀察，發(fā)現(xiàn)這種方法不僅具有反應(yīng)快的優(yōu)勢，同時(shí)還具有操作方便的特點(diǎn)，可以隨時(shí)隨地對井下返屑情況進(jìn)行檢測。

2、油井出砂監(jiān)測

石油開采期間可能會(huì)出現(xiàn)很多的意外情況，比如出砂等，此種情況會(huì)使油氣層砂埋，還會(huì)造成地面管匯積砂等。正常情況下，相關(guān)人員會(huì)選擇使用出砂開采技術(shù)來解決這一問題，盡可能的確保油氣井能夠獲得最佳效益，但是這需要以實(shí)時(shí)監(jiān)測出砂量，否則難以順利開采。我國相關(guān)學(xué)者經(jīng)過多年的努力研究成功了稠油出砂監(jiān)測系統(tǒng)，此種裝置主要是應(yīng)用了加速度傳感器，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，傳感器可以能夠?qū)⑺械腁E信號都記錄下來，將這一信號輸入到相關(guān)軟件中，軟件就可以對其分析，可以掌握信號的時(shí)頻。相關(guān)學(xué)者在實(shí)驗(yàn)室研究出了各種不同的信號特征，以便驗(yàn)證這一系統(tǒng)的性能。通過檢測之后，此系統(tǒng)性能比較好，完全可以應(yīng)用在油井出砂監(jiān)測中，但是因?yàn)榇讼到y(tǒng)應(yīng)用時(shí)間并不長，還有很多改進(jìn)之處，這就需要相關(guān)人員依據(jù)具體情況進(jìn)行改進(jìn)。

三、結(jié)語

綜上所述，可知對AE技術(shù)在石油工程中的應(yīng)用進(jìn)行研究十分必要，因?yàn)榇朔N技術(shù)是最簡單的的物損動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法，其應(yīng)用前景非常好，但是在應(yīng)用過程中，AE技術(shù)也會(huì)受到各種因素的干擾，比如AE源以及傳感器靈敏度等，而且在應(yīng)用過程中可能會(huì)出現(xiàn)噪音，影響工作人員的情緒等，因此在未來AE技術(shù)的研究中，研究者應(yīng)該更多的關(guān)注這些影響因素，做到趨利避害。