• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      稠油熱采井口裝置腐蝕缺陷的電磁超聲檢測(cè)

      2022-08-03 08:30:36李素軍尼加體賽買提
      無損檢測(cè) 2022年4期
      關(guān)鍵詞:四通聲速聲場(chǎng)

      王 宏,李素軍,東 方,孫 明,尼加體·賽買提

      (1.中石油新疆油田公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院,克拉瑪依 834000;2.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029)

      蒸汽輔助重力泄油(SAGD)技術(shù)是一種開采超稠油的熱采技術(shù),目前已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外稠油熱采的一種重要手段。采用蒸汽輔助重力泄油的井口是新疆油田重要的稠油熱采裝置,但其長(zhǎng)期處于高溫、原油含砂等惡劣工況下,易受沖蝕、熱應(yīng)力等的影響出現(xiàn)沖蝕減薄,進(jìn)而造成蒸汽泄漏、原油泄漏、設(shè)備失效等嚴(yán)重事故[1-3]。

      通常采用測(cè)厚法來評(píng)估壁厚減薄程度,但SAGD井口裝置的實(shí)際服役溫度為280 ℃,常規(guī)超聲測(cè)厚儀無法有效實(shí)施檢測(cè),即使配合高溫耦合劑,也無法取得良好效果。除此以外,由于稠油熱采井口裝置大部分為鑄件,且通過螺栓連接,檢測(cè)中存在兩個(gè)難以避免的問題,一是鑄件晶粒較大且存在一定的組織分布不均,各區(qū)域材料特性可能不一致,導(dǎo)致超聲能量衰減較大且聲速不一致,造成檢測(cè)困難及缺陷定位偏差;二是檢測(cè)空間狹小,有效實(shí)施作業(yè)空間嚴(yán)重受限,現(xiàn)有的傳感器及檢測(cè)裝置無法使用。目前借助于電磁超聲設(shè)備基本能夠?qū)崿F(xiàn)高溫環(huán)境下的在線壁厚測(cè)量,但受限于國(guó)外設(shè)備配套傳感器的尺寸,諸如四通、六通肩部(相貫線區(qū)域)等很多重點(diǎn)部位的檢測(cè)尚未實(shí)現(xiàn)[4],給井口裝置的安全服役造成了重大隱患。

      針對(duì)SAGD井口裝置的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和復(fù)雜工況,筆者通過有限元仿真研究了專門的電磁超聲檢測(cè)工藝,并通過試驗(yàn)驗(yàn)證其可行性,為解決井口裝置腐蝕在線檢測(cè)奠定了技術(shù)基礎(chǔ),同時(shí)為檢測(cè)人員使用電磁超聲技術(shù)開展檢測(cè)提供了有益參考。

      1 檢測(cè)對(duì)象

      稠油熱采井口裝置包含的結(jié)構(gòu)件有雙管六通、球閥、大小四通等,不同的組合構(gòu)成了不同用途的井口裝置。抽油井的典型組成形式如圖1所示,包含熱采閥門4個(gè)、雙管六通1個(gè)、大四通1個(gè)及抽油管1根。井口裝置本體與支管過渡的肩部為井口裝置減薄重點(diǎn)區(qū)域(見圖2),含雜質(zhì)原油的沖蝕作用極易造成減薄,是泄漏事故發(fā)生的重要原因。再者,肩部?jī)蓚?cè)的壁厚是不同的,即肩部為不等厚結(jié)構(gòu)這將導(dǎo)致肩部處的底面反射波與等壁厚結(jié)構(gòu)的底面反射波存在較大差異,某些位置的回波可能較弱或消失。因此,該部位成為井口裝置的重點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域及檢測(cè)難點(diǎn)區(qū)域。

      圖1 抽油井的典型組成形式

      圖2 井口裝置減薄重點(diǎn)區(qū)域示意

      根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同井口裝置的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,選取量大且較為典型的一種井口裝置部件(大四通)作為研究對(duì)象。該大四通材料為ZG30CrMo,服役溫度為280 ℃,表面存在銹蝕、油污,且檢測(cè)空間狹小。

      2 仿真建模及分析

      根據(jù)大四通設(shè)計(jì)圖紙給出的尺寸,建立仿真模型,并根據(jù)檢測(cè)重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域,對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,簡(jiǎn)化模型如圖3所示,簡(jiǎn)化的仿真模型如圖4所示。模型中,大四通材料設(shè)置為結(jié)構(gòu)鋼,線圈材料為銅。激勵(lì)源采用中心頻率為2 MHz的高斯窗調(diào)制的3個(gè)周期正弦信號(hào)。

      圖3 大四通簡(jiǎn)化模型

      圖4 大四通簡(jiǎn)化的仿真模型

      對(duì)大四通工件進(jìn)行解剖后發(fā)現(xiàn)實(shí)際尺寸與圖紙存在一定差別,內(nèi)部的圓角過渡實(shí)際為直角結(jié)構(gòu)(見圖5)。因此根據(jù)實(shí)際工件對(duì)仿真模型做出調(diào)整,修正后的仿真模型如圖6所示。

      圖5 大四通解剖件實(shí)物

      圖6 修正后的仿真模型

      可以發(fā)現(xiàn),修正后的模型存在一端角,如果此處端角反射較為明顯,則可通過端角反射波來判斷端角處的腐蝕情況。當(dāng)端角受損后形成較強(qiáng)的反射面,由于傳播路徑變短,此時(shí)超聲波傳播時(shí)間相對(duì)于端角未受損時(shí)應(yīng)有所減小。

      將電磁超聲傳感器置于大四通肩部外壁圓弧中心線附近,再進(jìn)行頻域求解得到檢測(cè)聲場(chǎng)分布(見圖7)。由圖7可以看出,聲源沿工件表面呈凹面狀分布,聲場(chǎng)覆蓋了大部分彎頭區(qū)域。

      圖7 檢測(cè)聲場(chǎng)分布

      時(shí)域求解得到檢測(cè)聲場(chǎng)的傳播過程,不同時(shí)刻的檢測(cè)聲場(chǎng)傳播云圖如圖8所示。金屬表面的感生渦流與施加的偏置磁場(chǎng)共同作用,直接在被檢工件表面形成波源,產(chǎn)生的超聲波在工件內(nèi)部傳播,遇到邊界發(fā)生反射及波形轉(zhuǎn)換。仿真結(jié)果中同時(shí)存在縱波、橫波及表面波,但主要以橫波為主,其他形式的波能量占比相對(duì)較小。實(shí)際檢測(cè)中,因波形轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的波占比更小[5]。

      圖8 不同時(shí)刻的檢測(cè)聲場(chǎng)傳播云圖

      觀察圖7,8可知,檢測(cè)聲場(chǎng)完全覆蓋端角區(qū)域,聲場(chǎng)傳播云圖顯示傳感器可接收到較強(qiáng)的端角反射波。在探頭正下方臨近被檢工件表面處設(shè)置一探針,提取質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)信息,其結(jié)果如圖9所示。

      圖9 探頭正下方的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)信息

      仿真模型中,鑄鋼的密度為7 850 kg/m3,彈性模量為205×10-3Pa,泊松比為0.28,可以求出縱波波速為5 778 m/s,橫波波速為3 194 m/s。根據(jù)幾何關(guān)系可得出端角處的傳播路徑長(zhǎng)度約為55.3 mm,進(jìn)而可求得端角處一次橫波的傳播時(shí)間約為34.6 μs。如果考慮波形轉(zhuǎn)換,則一次縱波傳播的時(shí)間為19.1 μs,縱波轉(zhuǎn)橫波及橫波轉(zhuǎn)縱波的時(shí)間均為26.9 μs,仿真結(jié)果顯示的傳播時(shí)間與理論傳播時(shí)間一致。

      改變電磁超聲傳感器位置(見圖10),觀察不同位置的檢測(cè)信號(hào)。將傳感器置于圖10所示的位置P1(垂直偏轉(zhuǎn)62°)、位置P2(垂直偏轉(zhuǎn)45°)、位置P3(垂直偏轉(zhuǎn)30°),電磁超聲仿真得到的檢測(cè)聲場(chǎng)分布與檢測(cè)信號(hào)分別如圖11,12,13所示。對(duì)比各位置的檢測(cè)信號(hào),可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)傳感器產(chǎn)生的聲場(chǎng)接近于端角時(shí),信號(hào)回波明顯增強(qiáng),且當(dāng)輻射聲場(chǎng)完全覆蓋端角時(shí)可得到明顯的端角反射信號(hào),其余位置得到的信號(hào)均相對(duì)較弱。

      圖10 三種不同的電磁超聲傳感器位置示意

      圖11 位置P1處的電磁超聲仿真結(jié)果

      圖12 位置P2處的電磁超聲仿真結(jié)果

      圖13 位置P3處的電磁超聲仿真結(jié)果

      當(dāng)端角部位發(fā)生的大面積腐蝕時(shí),由于端面反射強(qiáng)烈,形成底面回波信號(hào)也較為明顯,端角被大面積腐蝕時(shí)的聲場(chǎng)和檢測(cè)信號(hào)如圖14,15所示。

      圖14 端角被大面積腐蝕時(shí)的聲場(chǎng)

      圖15 端角被大面積腐蝕時(shí)的檢測(cè)信號(hào)

      綜合以上仿真結(jié)果可以得出,根據(jù)端角反射信號(hào)的時(shí)間變化可以檢測(cè)出端角部位是否受損。

      3 試驗(yàn)驗(yàn)證

      基于上述仿真參數(shù),設(shè)計(jì)加工了等同尺寸的電磁超聲傳感器,并且將大四通內(nèi)壁的一個(gè)棱邊磨除以模擬腐蝕損傷(此處大四通尺寸與仿真模型略有差異,四通本體厚度為30.5 mm),含模擬腐蝕損傷的大四通實(shí)物如圖16所示。分別對(duì)大四通不同位置進(jìn)行了檢測(cè),大四通本體30.5 mm厚度處的檢測(cè)信號(hào)如圖17所示,大四通支管25 mm厚度處的檢測(cè)信號(hào)如圖18所示,含損傷棱邊處的檢測(cè)信號(hào)如圖19所示,完好棱邊處的檢測(cè)信號(hào)如圖20所示。

      圖16 含模擬腐蝕損傷的大四通實(shí)物

      圖17 大四通本體處的檢測(cè)信號(hào)

      圖18 大四通支管處的檢測(cè)信號(hào)

      圖19 大四通含損傷棱邊處的檢測(cè)信號(hào)

      圖20 大四通完好棱邊處的檢測(cè)信號(hào)

      提取大四通本體,支管、腐蝕處的信號(hào)傳播時(shí)間,分別為19.5,14.3,22.1 μs。比較各位置得到的檢測(cè)信號(hào)后可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)探頭處于腐蝕部位時(shí),有明顯的回波信號(hào),但當(dāng)探頭處于完好處時(shí),無法得到有效的回波信號(hào);腐蝕部位的檢測(cè)信號(hào)傳播時(shí)間與本體、支管處的檢測(cè)信號(hào)傳播時(shí)間不同。

      進(jìn)一步提高激勵(lì)頻率至3.5 MHz,檢測(cè)信號(hào)質(zhì)量有所改善,更利于傳播時(shí)間信息的讀取(見圖21)。得到一次回波時(shí)間為22.1 μs,取橫波波速3.2 mm/μs,計(jì)算求得被測(cè)點(diǎn)厚度為35.36 mm。

      圖21 激勵(lì)頻率為3.5 MHz時(shí)的檢測(cè)信號(hào)

      采用相控陣超聲方法(主機(jī)型號(hào)為Omniscan MX2,探頭型號(hào)為5L16A10,楔塊型號(hào)為SA10-N55S-SA)對(duì)模擬腐蝕區(qū)域進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)探頭置于支管上時(shí)測(cè)得腐蝕深度為15.14 mm,腐蝕區(qū)的相控陣超聲檢測(cè)結(jié)果如圖22所示。假設(shè)電磁超聲傳感器位于外壁圓弧中心線上,且垂直偏置角度為50°,則經(jīng)過圖23所示的幾何關(guān)系可求解得到反射點(diǎn)位置相對(duì)于支管的埋深為14.3 mm,由此可見電磁超聲檢測(cè)結(jié)果與相控陣超聲檢測(cè)結(jié)果基本一致。

      圖22 大四通腐蝕區(qū)的相控陣超聲檢測(cè)結(jié)果

      圖23 被檢對(duì)象幾何關(guān)系示意

      4 檢測(cè)應(yīng)用

      4.1 聲速標(biāo)定

      由于現(xiàn)場(chǎng)被檢工件處于高溫狀態(tài),其實(shí)際聲速與常溫聲速不同,需專門進(jìn)行標(biāo)定。通??稍趯?shí)驗(yàn)室條件下測(cè)量出不同溫度下的聲速,形成溫度聲速曲線,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)直接根據(jù)測(cè)得的溫度求出聲速即可。搭建的聲速測(cè)定裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖24所示。該裝置由上位機(jī)、電磁聲主機(jī)、加熱臺(tái)及電磁聲傳感器組成。

      圖24 聲速測(cè)定裝置結(jié)構(gòu)框圖

      利用恒溫加熱臺(tái)將聲速標(biāo)定試塊加熱到指定溫度,并加蓋保溫棉使試塊保溫一定時(shí)間(30 min),然后提取試塊中的超聲回波信號(hào),不同溫度下標(biāo)定試塊中的超聲回波信號(hào)如圖25所示。

      圖25 不同溫度下標(biāo)定試塊中的超聲回波信號(hào)

      求取信號(hào)包絡(luò)后,提取相鄰兩次回波的峰值時(shí)間差(此處為第一次和第二次的回波時(shí)間差)以獲取超聲波傳播時(shí)間。忽略因熱膨脹產(chǎn)生的厚度變化,則根據(jù)公式,可獲得該溫度下的聲速。依據(jù)此方法,計(jì)算不同溫度下的聲速(見表1),并繪制溫度-聲速關(guān)系曲線(見圖26)。

      圖26 溫度-聲速關(guān)系曲線

      表1 不同溫度下的聲速

      4.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

      為進(jìn)一步驗(yàn)證該檢測(cè)工藝的可靠性,筆者開展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。檢測(cè)對(duì)象為新疆油田烏爾禾風(fēng)城作業(yè)區(qū)內(nèi)的典型注氣井,其主體結(jié)構(gòu)與抽油井相同。對(duì)井口裝置相貫線部位進(jìn)行檢測(cè),不同位置的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果如圖27所示,兩處壁厚檢測(cè)結(jié)果分別為39.5 mm和15 mm。

      圖27 不同位置的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果

      此處大四通本體設(shè)計(jì)壁厚為35.5 mm,支管壁厚為25 mm;雙管六通本體設(shè)計(jì)壁厚為24 mm,左支管壁厚為19.95 mm,右支管壁厚為17.8 mm。以設(shè)計(jì)壁厚為參考,大四通對(duì)應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果具有明顯的回波且厚度值超過本體壁厚,初步判斷此處發(fā)生了腐蝕。雙管六通對(duì)應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果具有明顯回波且厚度值小于任一設(shè)計(jì)壁厚,初步判斷此處也發(fā)生了腐蝕,應(yīng)做進(jìn)一步檢測(cè)以確定腐蝕區(qū)域。

      此外,由于現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜,工件表面存在大量銹蝕或污垢,可能造成探頭與工件本體表面的提離變大,進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)變?nèi)跎踔料А楂@得有效的檢測(cè)信號(hào),激勵(lì)頻率、接收增益等關(guān)鍵參數(shù)需根據(jù)工況做出適當(dāng)調(diào)整,且探頭放置位置應(yīng)盡量處于外壁圓弧的中心附近,保證形成有效的端角路徑。

      5 結(jié)語

      (1) 提出的電磁超聲檢測(cè)方法能夠有效發(fā)現(xiàn)稠油熱采井口裝置的腐蝕缺陷。

      (2) 井口裝置主要為鑄件,質(zhì)地分布極不均勻,不同部位的電磁超聲檢測(cè)信號(hào)幅值差異較大。

      (3) 檢測(cè)位置對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響很大,實(shí)際檢測(cè)過程中需合理選擇檢測(cè)位置,保證獲得有效的回波信號(hào)。

      猜你喜歡
      四通聲速聲場(chǎng)
      140MPa井口壓裂四通管道沖蝕分析
      基于BIM的鐵路車站聲場(chǎng)仿真分析研究
      探尋360°全聲場(chǎng)發(fā)聲門道
      聲速是如何測(cè)定的
      空調(diào)四通換向閥的檢測(cè)與更換
      跨聲速風(fēng)洞全模顫振試驗(yàn)技術(shù)
      機(jī)翼跨聲速抖振研究進(jìn)展
      采用三換熱器和四通閥的兩種車用熱泵系統(tǒng)的對(duì)比研究
      板結(jié)構(gòu)-聲場(chǎng)耦合分析的FE-LSPIM/FE法
      一種脈沖貝塞爾波的構(gòu)造及其非線性聲場(chǎng)的仿真
      洞口县| 尉氏县| 山阴县| 漯河市| 肥东县| 铜梁县| 和顺县| 登封市| 翁牛特旗| 浙江省| 临泉县| 延津县| 辛集市| 宽城| 韶山市| 华亭县| 图木舒克市| 平阳县| 扎兰屯市| 乐东| 六枝特区| 镇雄县| 固原市| 永和县| 洛川县| 宜州市| 琼结县| 广丰县| 涿鹿县| 溆浦县| 新野县| 荣成市| 怀宁县| 五台县| 房产| 周口市| 莆田市| 同心县| 平定县| 兰考县| 曲沃县|