[发明专利]固井水泥头损伤的声发射检测及评价方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种固井水泥头损伤的检测方法，特别涉及一种固井水泥头损伤的声发射检测及评价方法,属于无损检测技术领域。本发明通过声发射检测，可对固井水泥头损伤位置及危险程度进行评估，是评价水泥头结构完整性、避免事故，尤其是灾难性事故发生的有效方法。

背景技术

声发射技术在材料和结构的无损检测中占有很重要的地位，是一种材料和构件评价的新方法，现已成为一种不可缺少的检测手段。声发射（acoustic emission，简称AE）是指材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以应力波形式释放出应变能的现象。声发射是一种常见的物理现象，大多数材料变形和断裂时有声发射发生，但许多材料的声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来，用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术。

声发射检测也是一种无损检测方法，与超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测、漏磁检测等传统的无损检测方法相比，有以下优点：在一次试验过程中，声发射检验能够整体探测和评价整个结构中活性损伤的状态；由于对构件的几何形状不敏感，而适于检测其它方法受到限制的形状复杂的构件；可提供活性损伤随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息，因而适用于工业过程在线监控及早期或临近破坏预报。现有承压设备无损检测标准提供了声发射检测的概述性方法。

固井是整个钻井过程中一个十分重要的环节,固井质量的好坏,直接影响到一口井能否顺利钻达目的层和进行正常开采作业。在固井作业中,固井水泥头又是该作业必不可少的工具,水泥头质量的好坏直接影响到固井质量。

固井水泥头作业时负荷量大、工况恶劣，属于承压易损耗设备。从其结构特上看，最容易出现损伤的部位为水泥头主腔体和支管的焊接处，容易出现焊缝开裂、水泥流冲刷而产生应力疲劳裂纹。所以固井水泥头的安全检测，本质就是金属焊缝和金属疲劳裂纹的检测。

当水泥头出厂加压检验的时候，当其不再含有任何超过标准要求的缺陷时，已经达到合格条件，但是细小的裂纹潜在的缺陷很容易给焊接件以后的运行带来危害。常规无损检测方法在水泥头焊缝动态检测上则无能为力。

声发射技术是一门新的无损检测技术，它能检测出材料或者结构损伤的动态情况。声发射技术不需要对水泥头焊缝进行打磨抛光，不会对焊缝造成二次损伤；检测效果不受焊缝的结构、水泥头结构的影响；一次检测可以评价水泥头整体缺陷的活性。在做水压（或气压）试验时可用声发射技术对整个水泥头进行检测并定出缺陷所在部位。

但固井水泥头加压实验时，水泥头本身的结构以及内部水流的影响都干扰声发射检测，目前,对于声发射技术用于固井水泥头的检测还没有应用实例。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足,提供一种通过声发射技术对固井水泥头损伤进行准确检测的无损检测方法。本发明采用声发射技术对役前、在役水压试验的承压设备进行检测，以做到早期发现承压设备内部存在的各种足以造成性能退化、影响其正常使用的活动性危险缺陷，是评价承压设备结构完整性、避免事故，尤其是灾难性事故发生的有效方法。

本发明给出的技术方案是:一种固井水泥头损伤的声发射检测及评价方法，其特点是包括以下步骤。

（1）确定水泥头的待检测部位。

（2）根据水泥头的外形尺寸和待检测部位的数量，确定声发射检测仪器的通道数，并布置声发射检测所需的传感器。

（3）对被检水泥头实施两次加压实验，记录加压保压过程中声发射数据，确定声发射源区的活度和强度。

（4）依据声发射源的活度和强度，进行声发射源的综合等级评定，确定损伤的危险程度。

其中，对所述水泥头进行两次加压实验中，第二次加压最高试验压力为平时水泥头工作压力的1.05～1.15倍，第一次加压的最高试验压力为第二次的75～85%。

其中，步骤（3）声发射源的活度包括:超强活性、强活性、中活性和弱活性，所述声发射源的活度通过以下方法确定。

当所述声发射源区的撞击数随着保压连续出现时，如果所述声发射源区的撞击数在保压期间的平均增长速率>15个/秒，则所述声发射源为超强活性。

如果所述声发射源区的撞击数在保压期间的平均增长速率在[10，15]个/秒之间，则所述声发射源为强活性。

如果所述声发射源区的撞击数在保压期间的平均增长速率在[5,10]个/秒之间，则所述声发射源为中活性。