ELECTROMAGNETIC INSPECTION: Wall Loss and Flaw Location in Oil Country Tubular Goods

بازرسی الکترومغناطیسی: از بین رفتن دیوار و محل نقص در کالاهای لوله ای کشور نفت

شرکت‌های بازرسی Oil Country Tubular Goods (OCTG) با تکنیک‌های بازرسی الکترومغناطیسی کمتر از بحرانی برای یافتن عیوب ناشی از خدمات، از جمله از دست دادن دیوار در لوله مته استفاده‌شده و لوله‌های مستعمل، با مشکل مواجه هستند. بازرس لوله سعی می کند ترک ها، درزها و گودال ها، سایش سازند، عیوب خارج از محور، سایش میله و از بین رفتن تدریجی ناحیه فلزی (هم ID و هم OD) را کشف کند. این عیوب می تواند منجر به جدا شدن فیزیکی دیواره بدنه لوله در حین حفاری یا فرآیند تولید شود. مشکل این است که بازرس اغلب از همان تجهیزات بازرسی الکترومغناطیسی استفاده می کند که 15 سال پیش در دسترس بود. این تجهیزات، که از تکنیک سیم پیچ جستجو استفاده می کند، هم از نظر حساسیت و هم در رفع عیوب سه بعدی، چیزهای زیادی را به جا می گذارد. اشکالات استفاده از سیم پیچ جستجو، یک سیم بیضی شکل از سیم مو مانند، برای آزمایش OCTG در بسیاری از نشریات و متون برشمرده شده است. محدودیت های جدی برای استفاده از آنها در تجهیزات بازرسی لوله وجود دارد که برای واجد شرایط بودن محصولات لوله ای برای استفاده حیاتی استفاده می شود.

تست عملکرد:
دو زمینه اصلی نگرانی وجود دارد. اولین مورد در توانایی جداسازی عیوب نامی ناشی از خدمات از بریدگی های آزمایشی ساخته دست بشر است. انجمن آمریکا برای آزمایش های غیر مخرب (ASNT) پیشنهاد می کند که استانداردهای مرجع “… عاری از ناپیوستگی و (از همان آلیاژ اسمی، عملیات حرارتی و ابعاد مشابه اجسام آزمایش لوله ای باشند”. 1 در واقع قطعات آزمایشی ارائه شده به شرکت های بازرسی لوله EMI اغلب قطعات جدید لوله نیستند. برخی از استانداردهای تست ارائه شده در خدمت قبلی بوده اند. سیستم‌های کویل جستجوی معمولی در جدا کردن عیوب نامی ناشی از سرویس از بریدگی‌های آزمایشی ساخته شده توسط انسان برای شناسایی و شناسایی توسط بازرس مشکل دارند.

دومین منطقه نگرانی حول از دست دادن دیوار است. در یک لوله مته استفاده شده یا استاندارد تست عملکرد لوله استفاده شده، مناطق از دست دادن دیوار (که سیم پیچ های جستجوی مورد استفاده سنتی به آنها حساس نیستند) نیز ممکن است گنجانده شود. به همین دلیل چندین شرکت بازرسی لوله سعی کرده اند لوله مته استفاده شده یا لوله های مستعمل را با سیستم EMI 4 کاره بررسی کنند. متأسفانه، این سیستم‌های EMI از یک دستگاه قرقره‌مانند چرخشی استفاده می‌کنند که یک دستگاه تشعشع گاما روی آن نصب شده است که دیواره بدنه را بمباران می‌کند و تلفات دیوار را محاسبه می‌کند. این دستگاه لوله را در یک مارپیچ مارپیچ 18 اینچی میله باربر آزمایش می کند. درصد کمی از دیواره بدنه در واقع بررسی می شود، البته نه 100%.

فناوری جدید:
برای بهبود وضعیت خود، بازرس اکنون ممکن است از پیشرفت اخیر در فناوری بازرسی الکترونیکی استفاده کند. این گام به جلو تا حد زیادی دشواری مکان یابی عیوب، از جمله کاهش ضخامت دیواره را کاهش می دهد. در قلب این نوآوری، آشکارساز شار منحرف شده، حالت جامد، منطقه کوچک است. مناطق کاهش دیوار، که اغلب قبلاً شناسایی نشده بودند، اکنون از زمان معرفی این دستگاه‌های حالت جامد قابل تشخیص هستند. افزایش حساسیت آنها به عیوب، بیش از سیم پیچ های القایی که به طور سنتی مورد استفاده قرار می گیرند، فرصت بهتری را برای پرسنل بازرسی لوله ای برای یافتن چنین عیوب سه بعدی فراهم می کند.

این نیمه هادی های حسگر حالت جامد با مساحت کوچک به عنوان آی سی بسته بندی می شوند و تقویت سیگنال را در محل نقص ارائه می دهند. بسته بندی آنها به عنوان آی سی نیز دوام و در نتیجه طول عمر دستگاه ها را فراهم می کند. سنسورها دارای ویژگی‌های خاصی هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد هم به‌عنوان آشکارسازهای بسیار دقیق عیب و هم به‌عنوان شاخص‌های افت دیوار (از دست دادن ناحیه فلزی) استفاده شوند. این حسگرهای منطقه کوچک را می توان در دستگاه های مکانیکی جدید یا موجود که به طور کلی به عنوان تجهیزات بازرسی لوله نامیده می شود، گنجانید.

استفاده از سنسورهای نیمه هادی برای تعیین محل تلفات دیوار، پوشش 100 درصدی لوله تحت بازرسی را فراهم می کند. حسگرها نسبت به تغییر میدان مغناطیسی به دلیل از دست دادن ناحیه فلزی بسیار حساس هستند. آن قسمت از لوله تحت نظارت فقط باید 5 تا 10 درصد کاهش ضخامت دیواره داشته باشد تا سیگنال قابل توجهی به ضبط کننده نمودار ارائه دهد. قطر عیب فقط باید به اندازه تقریبی یک چهارم باشد. ساییدگی مشکوک میله در لوله یا ساییدگی ساختار در لوله مته ممکن است از ناراحتی به ناراحتی تشخیص داده شود.

الکترونیک:
در ارتباط با استفاده از این دستگاه‌های حسگر شار موضعی برای از بین رفتن نقص یا دیوار، پیشرفته‌ترین تجهیزات الکترونیکی بالادستی است. این الکترونیک پیچیده سیگنال های دریافتی از آرایه های حسگر هر دو بخش نقص و از بین رفتن دیوار سیستم را پردازش می کند. هر دو سیستم بازرسی نقص و از بین رفتن دیوار، مناطق مشکوک نقص یا کاهش دیوار را به طور همزمان تعیین می کنند. ویژگی‌های منحصربه‌فرد پردازش سیگنال این تجهیزات باعث می‌شود که لوله‌های معمولاً نویزدار ساکت شوند. این خروجی سیگنال را شفاف می کند و نسبت سیگنال به نویز بسیار خوبی را ارائه می دهد. یک ضبط کننده نمودار گرافیکی منطقه را به تصویر می کشد و یک چراغ نشانگر بازرس را از موقعیت ساعتی که سیگنال از آنجا منشأ گرفته است هشدار می دهد. اگر به درستی کالیبره شده باشد، هر دو نمایش نقص و از دست دادن دیوار با خروجی های خطی مشخص می شوند. اثبات نقص با روش‌های آزمایش غیر مخرب سنتی، با استفاده از ذرات مغناطیسی و دستگاه اندازه‌گیری دیوار اولتراسونیک انجام می‌شود. سپس نمودار توسط بازرس تفسیر می شود.

تکرارپذیری:
یکنواختی ارائه نقص یکی دیگر از ملاحظات مهم QA است. از آنجایی که آی سی های نیمه هادی قادر به سیگنال های خروجی یکسان هستند، ایراد مشکوک اساساً در نمودار با همان دامنه نمایش داده می شود بدون توجه به جایی که نقص با سطح مبدل فعال روبرو می شود.

تاریخچه مورد:
برای مثال، مواردی از جابجایی یک استاندارد آزمایش لوله‌ای خاص وجود داشته است. عیوب مصنوعی پس از کالیبراسیون اولیه لوازم الکترونیکی برطرف نشده بود. حتی اگر بازرس اصلی واحد بازرسی را اجرا نمی‌کرد، بریدگی‌های برش خورده قبلی نمایشی را ارائه می‌کردند که در نمودار غیرقابل انکار بود زیرا کالیبراسیون SOP (رویه عملیات استاندارد) یکسان بود. حتی پس از استفاده در سه چاه، اثر انگشت استاندارد تست لوله‌ای قابل تشخیص بود. قابلیت تکرار با استفاده از حسگرهای نیمه هادی قابل دستیابی است. نیمه هادی “…سیگنال ها مستقیماً با بزرگی های واقعی چگالی شار مغناطیسی متناسب هستند و حساسیت یکنواختی در محدوده فرکانسی وسیع دارند”. 2 برعکس، سیم پیچ های جستجو (که در تجهیزات قدیمی EMI استفاده می شود) برای هر جزء فرکانسی که با آن مواجه می شوند، واکنش متفاوتی نشان می دهند.

این مبدل‌های نیمه‌رسانای کوچک، “… می‌توانند هر بخش محلی از توزیع میدان مغناطیسی تحریف‌شده را با جزئیات نشان دهند… (و) می‌توانند این تفاوت‌های محلی را بهتر (از سیم پیچ‌های جستجو) حل کنند. ناپیوستگی ها (نقایص)، همانطور که هر سنسور کوچکی انجام می دهد. 3

با سیم پیچ های جستجو، از دست دادن حساسیت نیز رخ می دهد، زیرا بخش هایی از سیم پیچ از سطح ماده آزمایش خارج می شود. برعکس، سنسور نیمه هادی می تواند جفت الکترومغناطیسی میدان را به دلیل مشخصات کوچک و نازک خود افزایش دهد که “… می تواند صاف روی سطح ماده آزمایش قرار گیرد، در حالی که پیکاپ های سیم پیچ بزرگتر معمولاً دورتر از سطح قرار می گیرند.” 4

“برخی از سیستم های بازرسی از حسگرهای … (حالت جامد) در سر بازرسی عرضی و طولی خود استفاده می کنند:

الف) سرهای عرضی
چنین سرهایی به طور سنتی دارای 8 یا 16 سیم پیچ هستند که دور لوله را احاطه می کنند. بنابراین با افزایش OD لوله، حساسیت کاهش می یابد. به عنوان مثال، سیم پیچ بلندتر مورد استفاده در سرهای OD بزرگتر نسبت سیگنال به نویز ضعیف تری نسبت به سیم پیچ های کوتاه تر مورد استفاده در سرهای OD کوچکتر برای همان اندازه گودال یا ترک خستگی خواهد داشت. با عناصر (IC نیمه هادی) که ممکن است بیش از 100 در اطراف لوله وجود داشته باشد، این مشکل وجود ندارد.

ب) هدهای چرخان
بسیاری از تجهیزات موجود از آرایه های سیم پیچی استفاده می کنند که در آنها سیم پیچ ها 0.5 تا 0.75 اینچ طول دارند. (نیمه هادی) … عناصر بسیار کوچکتر از این هستند و بنابراین دو مزیت به وجود می آید.

(i) در سیستم‌هایی که تعداد سنسورهایی را که MFL را تشخیص می‌دهند شمارش می‌کنند (نشت شار مغناطیسی) می‌توان نشانه دقیق‌تری از طول نقص به دست آورد.

(2) بزرگترین نشانه از آرایه ممکن است نسبت به آرایه سیم پیچ تخت بهتر به عمق نقص مربوط باشد.

یافتن عیوب دشوار است:
یک شکایت عمده اغلب در مورد عملکرد واحد بازرسی کویل جستجو شنیده می شود، به ویژه برای محل نقص ترک های خارج از محور تا 45 درجه. واحدهای معمولی در یافتن عیوبی که بیش از 10 درجه عمود بر میدان مغناطیسی هستند، مشکل دارند. هنگام شناسایی این عیوب، سطح جریان DC روی سیم پیچ مغناطیسی و تنظیمات تقویت کننده آنقدر شدید است که نویز پس زمینه نقص را می پوشاند و می تواند نسبت سیگنال به نویز را تا حد زیادی کاهش دهد. اغلب در ابتدا بهتر از “2 به 1” نیست. برعکس، نیمه هادی های کوچک می توانند این عیوب را تا 45 درجه دست چپ یا راست در تنظیمات جریان معمولی و تقویت کننده برطرف کنند.

مزیت دیگر شرکت بازرسی لوله، نداشتن منبع رادیواکتیو است که به عنوان دستگاه از بین رفتن دیوار عمل می کند. حذف مداخله دولت در یک تجارت، عدم نیاز به ارائه نشان های تشعشع، پرداخت هزینه های سالانه یا نگهداری سوابق فعلی مواجهه افراد با تشعشعات گاما، بار هزینه هر شرکت را کاهش می دهد.

نتیجه‌گیری:
مشکلات در تشخیص عیب از جمله مکان از دست دادن دیوار منجر به پیشرفت‌های پیشرفته در سیستم‌های بازرسی الکترومغناطیسی (EMI) با استفاده از حسگرهای نیمه‌رسانای پیچیده شده است. شرکت های بازرسی باید توجه داشته باشند که این سنسورها در تجهیزات جدید یا به عنوان یک مقاوم سازی برای تجهیزات بازرسی لوله موجود موجود هستند.

سنسورهای حالت جامد منطقه کوچک اکنون در تجهیزات بازرسی در سرتاسر جهان استفاده می‌شوند تا روشی کم‌هزینه و کارآمدتر برای شناسایی عیوب مشکوک خاص یا از دست دادن دیوار، به صورت الکترومغناطیسی، یعنی (بدون استفاده از دستگاه رادیواکتیو) ارائه کنند.

هنگامی که در یک واحد بازرسی لوله استاندارد استفاده می شود، این حسگرها می توانند بخش های موضعی یک میدان شار منحرف شده را با دقت بیشتری نسبت به سیم پیچ های جستجو نشان دهند. علاوه بر این، این حسگرهای ناحیه کوچک قادرند 5% تا 10% مناطق از دست رفته دیوار، به اندازه یک چهارم را نشان دهند. این پیشرفته ترین تجهیزات بازرسی لوله به بازرس کمک می کند تا یک شجره نامه برای محصولات لوله ای که بازرسی می کند ارائه دهد.

این حسگرها که در یک سیستم بازرسی EMI معمولی نصب شده‌اند، جایگزین کویل جستجوی کمتر کارآمد و ابزارهای تشعشع گاما می‌شوند که معمولاً برای بازرسی لوله مته و لوله‌های استفاده شده استفاده می‌شوند. نتایج حاصل از این کاربرد نیمه هادی ها به عنوان سنسورهای شار، کنترل کیفیت بیشتر محصولات لوله ای استفاده شده را فراهم می کند. مزیت نهایی افزایش ایمنی در سر چاه است.

منابع:

1. مک مستر، رابرت سی، کتابچه راهنمای تست غیر مخرب، ویرایش دوم. جلد چهارم، 1986.
2. انجمن آمریکایی تست غیر مخرب، کتابچه راهنمای تست غیر مخرب، ویرایش دوم. 1989، ویراستاران: Schmidt, J. Thomas and Skeie, Kermit.
3. استنلی، رودریک، مغناطیس و اساطیر که آن را احاطه کرده است. ویرایش دوم.
4. هال، بری و جان، ورنون، آزمایش غیر مخرب. چاپ اول، 1988.
5. مک مستر، رابرت سی، کتابچه راهنمای تست غیر مخرب، جلد دوم. 1959.

پی‌نوشت‌ها:
شماره 1 مرجع شماره 1 در بالا، صفحه. 252
#2 مرجع شماره 1 در بالا، صفحه. 322
#3 مرجع شماره 1 در بالا، صفحه. 323
#4 مرجع شماره 1 در بالا، صفحه. 323
#5 مرجع شماره 3 بالا، بخش 10، صفحه. 3

با ما تماس بگیرید:

www.edessatech.com

www.instagram.com/edessatech

info@edessatech.com

یوتیوب


اینستاگرام