Page 96 - 无损检测2022年第十期

曹志峰,等:
基于相控超声技术的气井套管损伤检测

能力强、 方向控制性好的超声波发射器进行高精度
测量, 可以实现套管全过程内壁 损坏程度的检测。
笔者所用现场超声波套损形态检测工具主要由存储
式电池仓、 数据存储与控制短节、 电子仪短节、 声系
短节、 扶正器短节等五大元器件构成( 见图 1 )。

图 3 相控阵超声发射接收原理示意
检测过程中, 可以快速进行主波束的偏转方向、 聚焦

图 1 超声波套损检测仪器外观 点深度等参数的设定; 然后基于通信协议进行聚焦
法则和迭代公式代入, 当数据包检测无误后进行下
超声波 套 损 检 测 仪 器 工 作 原 理 如 图 2 所 示,
位机硬件自动计算, 并动态调整各个发射阵元。不
超声换能 器 通 过 电 机 驱 动, 在 钢 丝 牵 引 下 以 规 定
同频段和位置的超声脉冲波在传播过程中, 会受到
速率进行 旋 转 式 井 壁 扫 描, 并 通 过 超 声 换 能 器 的
缺陷和不同介质交界面等引起的声阻抗突变的影
声波特性 进 行 反 向 接 收, 实 现 连 续 性 声 波 数 据 的
响, 发生不同的反射和折射, 各个阵元接收回波信号
传递与 分 析。 当 测 量 回 波 最 大 幅 度 优 势 率 达 标
会因为传播时间的不同而产生畸变。在聚焦法则的
后, 相应的 时 间 节 点 会 出 现 数 字 化 显 示。 将 收 发
逆过程延时迭代算法的帮助下, 可获取合成声束的
信息进行 存 储 后, 使 用 软 件 进 行 不 同 函 数 方 式 的
最终图谱并进行结果判定。
解析, 由此判定工作面的受损情况, 最终可得出变
形程度、 腐蚀程度等定性数据。该超声波套损检测 2 实例分析
仪器采用不锈钢外壳, 内部支持结构主体为硬铝合
选取某井气套管, 其表套外径为224.50mm , 内

金。为了便于设备元器件维修以及井眼轨迹通过,
径为 206.62mm , 壁厚为8.94mm , 采用J55 级钢制

检测仪外径为 52mm , 工具串总长为 5200mm , 起

作; 油套外径为 139.70 mm , 内径为 124.26 mm , 壁

换能器设备马达采用 72V 电缆供电, 要求转速达
厚为 7.72mm , 同样采用 J55 级钢制作。由于该井

到 360~480 转 · min ; 最终数据图像分辨率可以
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出现了套管变形, 笔者对该管进行了检测。
达 315 点 / 周, 纵向和径向上分辨率分别为 2.08~
2.1 工艺及步骤
8.33mm 和 0.5~0.3mm 。若加装电池仓, 工作时

间可达 8~10h , 可进行存储 10GB 数据的独立离 ( 1 )检查井筒。首先进行洗井冲沙, 采用通井

规通井确保井眼相对干净, 无异物堵塞仪器底部旋
线工作。回 波 发 射 和 接 收 的 分 辨 率 可 达 0.3 μ s 。

转元器件。同时配置滑溜水液体作为润滑和传递信
同时仪器 具 备 远 程 休 眠 模 式 控 制 功 能, 可 确 保 最
号的介质, 并段晒式压入待测层段。
佳功耗下的最优工作时效。
( 2 )仪器连接。依据设计预设, 进行鱼雷头转
换器、 数据存储元件、 电池仓和补偿控制短接元器件
等关键零部件的连接, 同时设定狗腿度和最大转弯
半径处的磨阻; 确保仪器接线长度合适, 遇阻风险可
控; 然后调试各元器件; 准备保护套, 下放仪器。
( 3 )仪器串功能验证与下放。采用手控操作台

进行远程遥控, 并利用数据库进行信号自镇定。确

保工作正常后以 25m · min 的速度下放仪器。
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( 4 )主测段测井。当休眠解除, 开始运行相关
元器件, 并缓慢上提仪器, 确保钢丝载荷适中, 工具
图 2 超声波套损检测仪器工作原理示意 串正常工作后回传数据, 并逐步开始解释成像。
1.2 相控阵超声发射和接收原理 2.2 检测结果分析
相控阵超声发射接收原理如图 3 所示。在现场 对预 控 井 段 进 行 评 价 测 定 后, 可 以 确 定 其 故
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2022 年 第 44 卷 第 10 期

无损检测