井口裝置自動定位檢測技術(shù)

1.目的

井口裝置是油氣井井筒最上部的重要設(shè)備之一，發(fā)揮著控制井筒、調(diào)節(jié)油氣生產(chǎn)、確保氣井安全生產(chǎn)等作用。在生產(chǎn)過程中，不時有井口裝置因沖蝕腐蝕等造成刺漏、泄漏等事故發(fā)生。因此在役高風(fēng)險氣井井口裝置檢測是確保其安全運行的關(guān)鍵。目前主要的檢測手段是通過相控陣超聲波技術(shù)對關(guān)鍵部位進行無損檢測，獲取井口裝置的耐腐蝕合金涂層、壁厚及內(nèi)部缺陷的相關(guān)數(shù)據(jù)，并據(jù)此判斷其當(dāng)前的完整性狀態(tài)。然而，井口裝置幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢測人員在掃查過程中受環(huán)境空間的限制較大，檢測效率低，并且人工掃查難以準(zhǔn)確掌握掃查路徑及時間，無法保障檢測路徑和速度的一致性，有可能影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2. 方法

為了解決了人工定位難、掃查效率低等問題，筆者團隊創(chuàng)新性的研發(fā)了井口自動定位裝置，以此來優(yōu)化井口相控陣檢測技術(shù)，并提高檢測效率及檢測精度。該裝置由固定機構(gòu)、檢測機構(gòu)和自動掃查機構(gòu)組成，如圖1所示。

圖1 井口自動定位裝置設(shè)計示意圖與實物照片

1）固定機構(gòu)是由普通鏈節(jié)和內(nèi)徑調(diào)節(jié)鏈節(jié)通過鉸接方式連接組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，固定于閥門脖頸或閥門連接處外表面。普通鏈節(jié)兩側(cè)設(shè)計有滾輪，可以沿周向旋轉(zhuǎn)運動，調(diào)整掃查方向；內(nèi)徑調(diào)節(jié)鏈節(jié)包含不同長度的弧形鏈節(jié)，用于改變固定機構(gòu)內(nèi)徑，以適應(yīng)不同半徑的閥門脖頸或閥門連接處。同時，在靠近檢測機構(gòu)一端的普通鏈節(jié)處設(shè)有套筒式定位裝置，通過法蘭盤的螺栓位置設(shè)定檢測點。

2）檢測機構(gòu)由軸向?qū)к?、徑向?qū)к?、滑塊和相控陣探頭檢測組件構(gòu)成。軸向?qū)к壟c普通鏈節(jié)的端面垂直固定連接，與脖頸的中軸線平行設(shè)置，提供探頭在水平方向移動的軌道；滑塊與上述的軸向?qū)к壨ㄟ^滑動連接固定，用于在水平方向移動探頭；徑向?qū)к壟c滑塊通過滑動連接固定，并在靠近脖頸處的一端設(shè)置有探頭檢測組件，用于在垂直方向移動探頭位置與脖頸的外壁貼合。

3）自動掃查機構(gòu)由編碼器和編碼器底座構(gòu)成。編碼器底座固定于軸向?qū)к壓推胀ㄦ湽?jié)的結(jié)合處，編碼器固定于底座上，可以驅(qū)動上述滑塊在水平方向上的往復(fù)運動。具體實施時，首先根據(jù)待檢井口法蘭盤的大小，設(shè)定相應(yīng)的內(nèi)徑調(diào)整鏈節(jié)數(shù)量，隨后通過套筒式定位裝置確定起始檢測點，利用編碼器勻速移動檢測探頭對脖頸進行自動掃查，記錄相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)和掃查速度。完成上述操作后，移動固定數(shù)量的螺栓進行二次定位、檢測，重復(fù)以上步驟直至完成檢測周期。

3.作用和效果

該裝置已在常規(guī)氣井和非常規(guī)氣井開展了大量現(xiàn)場應(yīng)用試驗，結(jié)果表明：①定位準(zhǔn)確度得到了大幅度提升，所研發(fā)的井口自動定位裝置通過法蘭盤處的螺栓對檢測點進行定位，消除了人工觀察所帶來的誤差，檢測精度提升6倍，效率提高60%；②檢測速度量化可控，通過編碼器的內(nèi)置電機及相應(yīng)的編碼軟件，探頭可實現(xiàn)5～30 mm/s速度內(nèi)的勻速掃查，滿足了相控陣超聲波對檢測速度的要求，解決了人工掃查難以精確控制的問題；③檢測路徑統(tǒng)一，通過固定探頭于軸向軌道上，規(guī)定了掃查時的移動路徑，消除了人工掃查路徑漂移現(xiàn)象。結(jié)論認(rèn)為，該裝置為準(zhǔn)確客觀地獲取井口裝置腐蝕與沖蝕結(jié)果提供了可靠的、有效的技術(shù)儲備，徹底解決了人工定位不準(zhǔn)確、掃查路徑不統(tǒng)一及檢測效率低的問題，保證了檢測數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性，進一步掌握了川渝地區(qū)井口裝置的完整性狀態(tài)，為促進常規(guī)氣井、非常規(guī)氣井安全高效生產(chǎn)提供了數(shù)據(jù)支撐。目前，該裝置的發(fā)明創(chuàng)造專利已被國家知識產(chǎn)權(quán)局受理（圖2）。

圖2 發(fā)明專利受理證書