Введение
В агрессивных средах или сложных условиях, — например, глубоководном бурении нефтяных скважин или транспортировке жидкостей под высоким давлением, — требуются трубы с очень большой толщиной стенки (WT) или высоким отношением WT/диаметр. Ввиду сложных эксплуатационных условий, эти трубы требуют надежного и высокоэффективного метода контроля, как и в случае с тонкостенными трубами.
Чтобы оставаться конкурентоспособными на рынках трубной продукции нефтяных стран (OCTG) и оффшорного бурения, производители труб должны иметь возможность контролировать качество толстостенных труб при сохранении высокого уровня производительности. В данной инструкции по применению мы представляем решение для автоматизированного контроля труб с толстыми стенками и высоким отношением WT/диаметр, отвечающее всем требованиям.
Рис. 1: Труба с толстыми стенками
Проблемы УЗК при контроле толстостенных труб
Для толстостенных труб стандартные методы ультразвукового контроля не всегда эффективны. В некоторых случаях, отражение от внутреннего диаметра (ВД) может создать особенно длинный УЗ-путь, уменьшая отношение сигнал-шум (ОСШ) (см. Рис. 2). И наоборот, ультразвуковой контроль может быть затруднен, если нет отражения от ВД, поскольку отношение WT к диаметру трубы слишком велико (см. Рис. 3). Иногда можно использовать меньший угол ПЭП, но данное решение имеет ограничения, когда толщина стенки (WT) трубы или коэффициент выше определенного значения. Из-за толстых стенок трубы требуется длинный столб воды, который увеличивает общий путь прохождения звука. При использовании стандартного метода отражения ВД, более длинный путь УЗ влияет на качество контроля, снижая скорость сканирования и производительность.
Рис. 2: Длинный путь УЗ с отражением по ВД внутри толстостенной трубы
Рис. 3: Отсутствие внутреннего отражения УЗ в толстостенной трубе с высоким коэффициентом толщина/диаметр
Ротационная система контроля толстостенных труб с использованием технологии УЗК ФР
Ротационная система контроля толстостенных труб (WT=50,8 мм) использует два преобразователя, установленных под разными углами внутри водяного столба, для обнаружения продольных дефектов по ВД и НД.
- Для обнаружения дефектов по ВД используется угол ввода луча 8 град.
- Угол ввода луча 25 град, создающий прямой путь к наружной стенке, используется для выявления дефектов по НД.
Для измерения дефекта с двух сторон используются две водяных призмы:
- Первая призма сканирует дефекты ВД по часовой стрелке и дефекты НД против часовой стрелки.
- Вторая водяная призма сканирует дефекты НД по часовой стрелке и дефекты ВД против часовой стрелки.
Такая конфигурация обеспечивает более прямой путь УЗ к дефектам, и позволяет уменьшить водяной столб до 60 мм для труб толщиной от 50 до 75 мм.
Результаты
Прямой путь к дефекту уменьшает расстояние прохождения УЗ и помогает увеличить вероятность обнаружения (POD) продольных дефектов в толстостенных трубах. Для труб с высоким коэффициентом WT/диаметр данный метод может решить проблему создания эффективного внутреннего отражения для обнаружения дефектов по ВД.
На Рис. 5 и 6 представлены примеры сканирования трубы. В режиме прокрутки (вверху) ось x представляет длину трубы по оси, а ось y показывает амплитуду обнаружения дефектов по ВД и НД. В нижней части отображаются полные 2D-результаты сканирования трубы. WT трубы в приведенном ниже примере составляет 75 мм, а ОСШ — приблизительно 15 дБ и 22 дБ для рисок по ВД и НД, соответственно.
Рис. 5: Результаты контроля на предмет продольных дефектов по ВД
Рис. 6: Результаты контроля на наличие продольных дефектов по НД
Заключение и основные преимущества системы контроля толстостенных труб
Для труб с очень толстыми стенками или высоким отношением толщины стенки к диаметру, это простое решение на базе фазированных решеток (ФР) обеспечивает надежный контроль продольно ориентированных дефектов по ВД и НД. Ни повторяемость, ни ОСШ не подвергаются риску из-за более короткого пути прохождения УЗ в ходе специального контроля для выявления дефектов ВД и НД.
Мы протестировали и подтвердили осуществимость данного метода на трубах с коэффициентом более 30% и толщиной 75 мм, расширив возможности УЗК до диапазона труб, контроль которых считался слишком сложным. Производители, нуждающиеся в решении для контроля толстостенных труб, могут реализовать данный метод для повышения производительности и контроля качества.
