GB-T36212-2018无损检测地下金属构件水泥防护层胶结声波检测及结果评价

无损检测地下金属构件水泥防护层胶结声波检测及结果评价2018-05-14发布2018-12-01实施中国国家标准化管理委员会I Ⅲ 12规范性引用文件 13术语和定义 14方法概要 25安全要求 26人员要求 27检测工艺规程 28检测系统 39检测程序 410检测结果评价 511检测记录和报告 7附录A(资料性附录)地下金属构件水泥防护层胶结声波检测方法概要 8附录B(资料性附录)地下金属构件水泥防护层胶结声波检测系统性能要求 附录C(资料性附录)对比试验井和对比试验管要求 Ⅲ本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由全国无损检测标准化技术委员会(SAC/TC56)提出并归口。本标准起草单位：中国特种设备检测研究院、陕西省特种设备检验检测研究院、河南省锅炉压力容器安全检测研究院、甘肃省特种设备检验检测研究院、陕西华晨石油科技有限公司、山东海格石油工程1无损检测地下金属构件水泥防护层胶结声波检测及结果评价1范围2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。3术语和定义GB/T12604.1、GB/T20737界定的以及下列术语和定义适用于本文件。用来制造地下金属构件的两端带外螺纹的无缝钢管。水泥浆灌注于地下金属构件与地层(或外层井管)之间的环形空间，固结后形成的环状水泥石柱体。第一界面firstinterface地下金属构件与水泥防护层之间的胶结面。第二界面secondinterface水泥防护层与地层(或外层井管)之间的胶结面。水泥防护层胶结声波检测cementbondacoustictesting采用单发双收液浸式声波传感器自动检测水泥防护层胶结质量的方法。2声波发射传感器与接收传感器之间的距离。来自发射传感器，穿过耦合剂，在井管中传播，而后又返回耦合剂，最后被接收传感器所接收的4方法概要a)检测人员严格遵守检测现场的安全要求，并根据检测地点的要求穿戴防护工作服和佩戴有关d)检测人员严禁跨越连接电缆，严禁在仪器运行期间进行滑轮调整、电缆拆装及装置固定等从事水泥防护层胶结声波检测的单位应按照本标准的要求制定检测工艺规程，并进行验证。当重3f)检测范围；g)被检设备内表面状态；h)检测时机；i)灵敏度测量；j)检测过程和数据分析解释；k)检测结果的评定；n)编制日期。重要因素至少包括如下内容：a)水泥胶结检测仪声波传感器的频率、源距及规格；b)数据分析解释；c)人员技能要求(必要时)。8检测系统8.1概述地下金属构件水泥防护层声波检测系统应包括水泥胶结检测仪、居中固定装置、连接线缆、地面控制系统、检测数据采集和分析软件等单元。检测系统的部分性能要求，参见附录B。系统标定宜采用对比试件法，在与被检设备的材质、声速、规格相同或相近的对比试验井或对比试验管中进行。将对比试验井中与地层接触的井段或对比试验管作为自由管段，标定时将自由管段的相对声幅值设定在95%～100%。对比试验井和对比试验管要求，参见附录C。检测系统初次使用前应标定，长期停用(6个月以上)后再次重新启用前应标定，主要零部件的维修或更换后应重新标定。原则上，每次检测前后均应对检测系统进行核查。在使用过程中对仪器检测性8.3水泥胶结检测仪应根据被检设备声波频率特性选择传感器的频率范围。对于一般的井管和地层而言，井管波主频为20kHz左右，地层波主频范围为14kHz～17kHz。为了满足检测的灵敏度和准确性，检测频率宜为水泥胶结声波检测仪应具有两种不同源距的声波接收传感器，分别用于接收井管波和全波列信号，发射传感器和接收传感器之间应采取措施，避免或减少沿水泥胶结声波检测仪外壳和内部传播的4声波对检测信号的干扰。水泥胶结声波检测仪外壳和连接部位应采取密封措施，避免内部传感器和线路受腐蚀导致破坏。宜同时采用磁定位传感器以辅助电缆编码器进行深度定位。地面控制系统由地面控制仪、显示和存储等单元组成：8.5连接线缆宜采用铠装多芯屏蔽电缆线，并满足实际检测对其长度、强度和性能等要求。9检测程序9.1检测前的准备资料审查应包括下列内容：a)设备本体制造文件资料：竣工结构图和重要部件结构图等，主要受压元件材质证明材料，钻井c)检测资料：历次水泥胶结声波检测资料或其他方法检测资料；d)其他资料：修理和改造的文件资料等。检测开始前，应进行现场勘查。检测区域范围内场地应平整，上方无障碍物，以使吊车臂或支架有检测方案的制定除符合通用工艺规程外，还应考虑现场与检测有关的因素，并建立检测人员和现场设备管理人员的联络方式。以水泥候凝试验报告为依据，确定检测时间。从固井作业结束到水泥胶结声波检测的时间间隔原则上不少于72h,且不应在检测前进行耐压试验，以免影响检测效果。检测开始前应将地下金属构件井口装置打开，测量通径，清除井管内部障碍物，确保水泥胶结声波5检测仪顺利进出。采用耦合剂(如水)置换井筒内全部气体介质，必要时采取措施对井筒内表面进行清理，以去除影响检测结果的油污等。系统调试步骤包括下列内容：a)水泥胶结声波检测仪和地面控制系统用电缆线连接，液浸接口采取防水措施；检测仪底端与井口装置上表面平行，设置检测深度为0m;e)缓慢下放水泥胶结声波检测仪至传感器均完全浸没在耦合剂中，保持至少20min,使传感器9.3参数设置在对检测参数进行设置时，宜根据被检设备的材质、内径和壁厚选择对比试验井标定文件，或采用对比试验管现场标定，进行参数的确认或调整。数据采集包括下列内容：a)匀速下放和上提水泥胶结声波检测仪，升降速度不宜大于0.15m/s,接近井口或井底装置时，b)检测过程中要实时观察检测波形显示，判断所选参数是否合适，系统工作是否正常；c)水泥胶结声波检测仪下放和上提过程中检测的数据作为一组，同一被检设备至少获得3组9.5数据显示和分析应使用专业软件分析检测数据。单次检测数据应稳定准确，各组检测数据应无明显差异，否则宜分全部被检设备检测完成后，宜重新核查系统状态，如发现影响检测精度的重大问题，则自上次核查耦合剂置换等工作。10检测结果评价10.1相对声幅值的转换方法短源距传感器检测到的原始数据是以毫伏(mV)为单位的绝对声幅曲线，应将其转换成以水泥防护层无胶结时声幅值为100%的相对声幅曲线。相对声幅值的转化公式见式(1):6量分级见表1和表2。水泥浆类型相对声幅值U质量分级常规密度水泥浆(密度介于1.75g/cm³~2.10g/cm³之间的水泥浆)优中等差低密度水泥浆(密度低于1.75g/cm³的水泥浆)优中等差全波列辉度曲线特征质量分级井管波特征地层波特征第一界面第二界面弱弱优差弱中等优中等弱强优优中等弱中等差中等中等中等中等中等强中等优强弱差无法确定10.3结果评价7表3地下金属构件水泥防护层声波检测结果评价评价结论第一界面质量分级累加长度的百分比优中等差I级00Ⅲ级IN级11检测记录和报告应按检测工艺规程的要求记录检测数据和有关信息，记录内容应至少包括检测报告中的内容，并按检测报告应至少包括：a)委托单位；b)检测仪型号和编号；d)执行或参考的标准；e)工艺规程编号和版本；f)检测方法的简单描述；g)检测结果分析的简单描述；h)质量分级和结果评价；i)水泥胶结声波检测曲线图(声幅曲线和全波列曲线);j)检测人员、报告编写人和审核人签字；k)检测日期和地点。8(资料性附录)地下金属构件水泥防护层胶结声波检测方法概要A.1水泥防护层胶结声波检测原理水泥防护层胶结声波检测采用单发双收液浸式传感器自动检测，传感器采用空心圆柱体压电陶瓷制作。其中，发射传感器用于连续发射球面波信号，短源距接收传感器主要用于接收井管波，长源距接收传感器用于接收声波全波列。图A.1为多层介质纵波传播示意图。耦合剂井管水泥层地层图A.1多层介质纵波传播示意图发射传感器连续发射的声波信号，经由耦合剂(以水为例)沿不同角度入射到井管壁，由于各介质声角入射的纵波会产生折射角为90°的折射纵波，称为滑行纵波；以第二临界角入射的纵波会产生折射角阵面传播过程中任一点成为新的次波源，在特定位置以相同角度折射回耦合剂并被接收传感器接收，据此获得测量信号。当源距确定以后，井管波的传播路径及其经过的介质性质都是固定的，介质对声波的吸收随之而定，耦合剂与井管的折射系数也不会变，而井管与水泥界面(第一界面)的反射系数则随水泥保护层的波阻抗而变化。因此，井管波的声幅主要决定于井管与水泥保护层界面的反射系数，也就是决定于井管与水泥保护层胶结的质量。井管波声幅只能反映第一界面的胶结情况，不能反映第二界面的胶结情况，为了全面地评价水泥保护层与井管和地层两个界面的胶结质量，采用长源距接收传感器测量声波全波列，记录方式为全波调辉，即接收传感器按到达时间的顺序将井管波、地层波和直达波变成电信号，再依次采出前12个~9测量深/m测量深/m图A.2水泥防护层胶结声波检测全波列辉度曲线示意图时间/us00井管波地层波直达波图A.3水泥防护层胶结声波检测全波列辉度曲线示意图A.2全波列成分及其特点A.2.1井管波A.2.2水泥层波水泥层波在全波波列上应该是紧跟井管波出现的，但是因为水泥中存在大量的孔隙，且比较疏松，对波列能量吸收严重，再加上水泥层波和井管波有相位差，会和井管波发生干涉而被掩盖，所以水泥层地层滑行波包括滑行纵波和滑行横波，达到接收传感器器的时间在水泥层波之后，其传播路径是沿A.2.4直达波在接收传感器接收到的全波列中最后出现的直达波，其到达接收器的时间不变，在低速地层情况(资料性附录)地下金属构件水泥防护层胶结声波检测系统性能要求水泥胶结声波检测仪用于接收井管波和全波列信号的声波接收传感器应具有至少两种不同源距，B.2连接密封推荐采用洁净水作为耦合剂，检测前静置足够长时间，使耦合剂内溶解气体溢出，必要时可于检测B.4连接线缆a)长度要求：实际可用长度不少于300m(按目前在用设备最大深度计算);c)性能要求：实现系统供电、信号传输、深度定位等功能，耐温-30℃~150℃,缆芯线单位长度d)其他要求：宜采用电动绞车控制系统，通过绞盘转动上提和下放水泥胶结检测仪，并通过电缆编码器进行深度定位。(资料性附录)对比试验井和对比试验管要求C.1对比试验井对比试验井用来标定和核查地下金属构件水泥防护层胶结声波检测系统性能，其全井段埋于地下，长度至少20m,且包含一个接箍，其中一部分井管采取水泥防护，另一部