[发明专利]油管柱接头金属-金属密封面超声成像检查方法

说明书

技术领域

本发明涉及油管连接密封质量的无损检测技术，特别涉及金属-金属密封面的超声检查方法。

背景技术

油管在石油天然气开发中大量使用，随着深井、水平井勘探开发技术不断推广，以及天然气的大规模开发，对油管柱密封性能要求越来越高。目前油管特殊螺纹接头采用创新的金属-金属密封设计，比API标准接头具有更优异的密封性能，然而由于特殊螺纹的加工公差、运输过程中的磕碰、上扣扭矩不合理、油管多次上卸扣等，极易造成密封性能失效，有可能造成重大事故，因此有必要对油管柱密封质量进行检测。

目前现场采用氦气密封检测装置进行密封面泄漏检测，在油管安装时向管柱内注入氦、氮混合气体，加压至规定值，通过高灵敏度的氦分子探测器在接箍外探测有无氦气泄漏，来判断密封性，这种方法检测费用较高，且只能检测已经存在的泄漏通道，但是对密封面上的微小缺损无法检测出来，而这小缺损在周围环境作用下，极可能发展成新的泄漏通道。因此，这些小缺损的存在对密封质量产生潜在的风险，也必须能够检测出来。

特殊螺纹接头在密封面区域具有较高的接触压力，而当密封面有缺损时，接触压力会变小。采用超声波方法可测量界面的接触压力，声波由超声换能器发出经过耦合剂(通常用水)入射到接箍后继续传播，遇到密封面时，一部分能量反射回去被换能器接收，另一部分声波能量透过密封面。不同的接触压力，声波在密封面上的反射和透射能量分配不同，接触压力变大时，声波容易穿透密封面，反射波能量减小，透射波能量增大。用声波的反射系数(反射波幅度与入射波幅度之比)可表征接触压力的大小，移动超声换能器沿密封面进行轴向和周向二维扫描测量，就可获得密封面上的接触应力分布图像。超声波方法的优点在于设备成本低、便携，并可检测出可能导致泄漏的微缺损。目前已有的方法(公开号：CN101542277)通过对油管柱接头多个位置的回波幅度进行测量，并以测量结果幅度的最小值和最大值进行归一化，消除对回波幅度绝对大小的影响，然而该方法要求油管柱的接箍表面具有一致的表面粗糙度及状况，并且要保证在测量的过程中声波的耦合保持一致。在实际使用时，超声波很容易受接箍表面粗糙度(上扣大钳牙痕)的影响，在检测前需要对接箍的表面进行仔细打磨处理，另外在扫描的过程中还受耦合效果的影响，致使测量结果有较大的偏差，重复性不好，也就是说现有方法具有一定的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种不依赖于反射声波幅度测量的方法，以降低对表面平整度的要求，获得较为可靠的检测结果。

本发明是建立在声波在接触界面时的反射和透射规律基础之上的，研究发现：在相同频率下，接触压力越大，声波的反射越小、透射越大；在接触压力相同时，低频声波比高频声波反射小，透射大。所以包含多个频率成分的声波入射接触界面时，反射回波中低频成分较少，高频成分较多，接触压力变大时，反射回波中低频成分和高频成分都变少，但比较而言低频成分损失更大。

本发明基于超声回波信号在接触界面的反射系数随频率不同而变化的传播规律，通过统计密封面反射声波在频域内相对的能量分布来评价油管柱接头的密封质量，克服现有方法易受油管表面粗糙及耦合稳定的影响的限制。本发明由以下技术方案实现：

1、选择中心频率在3-8MHz之间且-6dB带宽不低于70％的超声换能器5，以0°～10°方位向接箍3表面发射声波；

2、所用的超声换能器5同时接收密封面2处的反射回波信号；

3、使用数字信号处理中的汉宁窗方法截取反射回波W(t)，并由傅立叶变换计算幅度谱(公式1)，式中t为时间，f为频率，