Sử dụng siêu âm PAUT kiểm tra ống có độ dày thành trên 50mm

Giới thiệu chung

Đối với các môi trường ăn mòn hoặc các điều kiện an toàn khắt khe, chẳng hạn như khoan dầu sâu ngoài khơi hoặc vận chuyển chất lỏng dưới áp suất cao, các đường ống có độ dày thành lớn (WT) hoặc tỷ lệ đường kính / WT cao được sử dụng. Các đường ống này cũng yêu cầu phương pháp kiểm tra chất lượng cao và đáng tin cậy tương tự như các đường ống có thành mỏng.

Để duy trì khả năng cạnh tranh cung cấp hàng hóa cho các ống dầu khí (OCTG) và thị trường khoan ngoài khơi, các nhà sản xuất ống cần phải có khả năng kiểm soát chất lượng của ống có thành dày trong khi duy trì mức năng suất cao. Thông tin trong bài này trình bày một giải pháp kiểm tra tự động cho các ống có thành dày và tỷ lệ đường kính / WT cao đáp ứng các yêu cầu này.

Hình 1: Một đường ống thành dày

Oil Country Tubular Goods (OCTG): Bao gồm ống khoan, ống và vỏ bọc. Được sử dụng trong khoan và hoàn thành các giếng dầu khí. Sản xuất OCTG bao gồm cả ống thép hàn và ống thép đúc.

Những thách thức khi sử dụng UT để kiểm tra đường ống có tường rất dày

Đối với đường ống có thành dày, phương pháp kiểm tra siêu âm tiêu chuẩn đôi khi không hiệu quả hoặc không đủ năng suất. Trong một số trường hợp, đường kính trong (ID) của thành ống có thể làm đường truyền âm dài, làm giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) (xem Hình 2). Ngược lại, việc thực hiện kiểm tra UT cũng khó khăn khi không có phản xạ ID do tỷ lệ WT / OD của ống quá cao (xem Hình 3). Đôi khi có thể sử dụng góc đầu dò thấp hơn, nhưng giải pháp này có những hạn chế khi WT/OD của ống vượt quá một giá trị nhất định. Do thành ống dày nên cần có cột nước dài, điều này làm tăng tổng đường truyền của sóng siêu âm. Khi sử dụng phương pháp phản xạ ID tiêu chuẩn, đường truyền âm dài hơn ảnh hưởng đến chất lượng kiểm tra và làm chậm tốc độ kiểm tra, giảm năng suất.

Giải pháp kiểm tra ống cho các đường ống dày bằng cách sử dụng siêu âm Phased array (PAUT)

Đối với độ dày thành ống trên 50,8 mm (2 in.), Giải pháp kiểm tra ống kết hợp với con lăn xoay ống sử dụng hai đầu dò được đặt ở các góc khác nhau bên trong một nêm nước để phát hiện các khuyết tật dọc ID và OD.

  • Góc tới 8 độ được sử dụng để phát hiện khuyết tật ID.
  • Góc tới 25 độ, tạo ra một đường truyền âm trực tiếp đến thành ống bên ngoài, được sử dụng cho các khuyết tật OD.
Hình 4: Bố trí đầu dò và nêm nước để kiểm tra khuyết tật ID và OD ống thành dày

Hai nêm nước được sử dụng để kiểm tra cả hai mặt của ống:

  • Nêm thứ nhất kiểm tra khuyết tật ID theo chiều kim đồng hồ và khuyết tật OD theo hướng ngược chiều kim đồng hồ.
  • Nêm nước thứ hai kiểm tra khuyết tật OD theo chiều kim đồng hồ và khuyết tật ID theo hướng ngược chiều kim đồng hồ.

Cấu hình này cung cấp đường truyền âm trực tiếp hơn đến các khuyết tật, cho phép giảm cột nước xuống 60 mm (2,36 in.) cho độ dày thành ống từ 50 mm đến 75 mm (1,96 in. Đến 2,95 in.).

Kết quả thu được

Đường dẫn trực tiếp đến khuyết tật làm giảm quãng đường di chuyển của sóng siêu âm và giúp tăng xác suất phát hiện (POD) đối với các khuyết tật dọc trong các đường ống có thành dày. Đối với các đường ống có tỷ lệ OD / WT cao, kỹ thuật này có thể giải quyết khó khăn trong việc tạo phản xạ ID hiệu quả để phát hiện các khuyết tật OD.

Hình 5 và Hình 6 minh họa một ví dụ về quét tia trong đường ống. Trong hình phía trên, trục x biểu thị chiều dài trục ống và trục y hiển thị biên độ phát hiện các khuyết tật ID và OD. Hình bên dưới là chế độ hiển thị các kết quả dạng ảnh 2D hoàn chỉnh xung quanh đường ống. WT trong ví dụ là 75 mm (2,95 in.) và SNR là khoảng 15 dB và 22 dB cho các rãnh ID và OD, tương ứng.

Kết luận và những lợi ích chính của giải pháp kiểm tra siêu âm vách ống dày tự động

Đối với các đường ống có thành rất dày hoặc đường ống có tỷ lệ độ dày thành đường kính cao, giải pháp siêu âm mảng pha (PA) đơn giản này có thể được sử dụng để kiểm tra các khuyết tật theo chiều dọc trên bề mặt ID và OD một cách đáng tin cậy. Cả khả năng lặp lại và SNR đều không bị ảnh hưởng bởi đường dẫn âm thanh ngắn hơn với cấu hình này khi được sử dụng để phát hiện các lỗi ID và OD.

Chúng tôi đã thử nghiệm và xác nhận tính khả thi của phương pháp này trên các đường ống có tỷ lệ trên 30% và độ dày 75 mm (2,95 in.), Mở rộng khả năng kiểm tra siêu âm sang một loạt các kiểm tra đường ống mà trước đây được coi là quá khó khăn và thách thức. Các nhà sản xuất yêu cầu giải pháp kiểm tra đường ống có thành dày có thể thực hiện phương pháp sử dụng trong bài ể giúp cải thiện năng suất và độ tin cậy trong việc kiểm soát chất lượng.

Trả lời