РОЗДІЛ 2. ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ
З ВИБОРУ МЕТОДУ, РОЗРОБКИ СПОСОБІВ, МЕТОДОЛОГІЇ ТА ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ КОНТРОЛЮ ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ОБСАДНИХ КОЛОН В СВЕРДЛОВИНІ
2.1 Вибір та обґрунтування виду і методу неруйнівного контролю
Неруйнівний контроль, з одного боку, є інформаційним процесом, так як він пов'язаний з отриманням інформації про наявність і параметри аномальних (дефектних) областей в об'єкті контролю, а з іншого боку - це фізичний процес при якому фізичне поле тієї чи іншої природи взаємодіє з об'єктом контролю, забезпечуючи отримання необхідної інформації про його властивості. Що стосується фізичної сторони процесу контролю, то спочатку необхідно вибрати фізичний вид та метод неруйнівного контролю, а вже потім - оптимізувати параметри контролю. Ми маємо об'єкт контролю певної геометрії, з певними фізичними характеристиками - обсадна колона в свердловині. Об'єкт контролю може містити певні аномальні області, що розглядаються як дефект. Необхідно визначити, якими зондуючими діями впливати на об'єкт контролю, а також яким чином реєструвати реакцію об'єкта на ці зондуючі дії для найбільш ефективного виявлення пошкоджень шляхом вимірювання геометричних параметрів.
Всі методи неруйнівного контролю згідно з новою класифікацією ДСТУ 2865 [116] умовно групують за спільністю фізичних принципів на тринадцять різних видів, основними з яких є: магнітний, електричний, вихрострумовий, радіохвильовий, тепловий, оптичний, радіаційний, акустичний та проникаючих речовин. Назва виду неруйнівного контролю визначає фізичний вид зондуючих дій на об'єкт контролю. Слід відзначити, що жоден з них не є універсальним [117-126], кожен має свої переваги i недоліки, свою область застосування, володіє певною чутливістю та точністю до виявлення дефектів. Так, магнітні та електромагнітні є безконтактними, високопродуктивними, але дозволяють виявляти тільки поверхневі та пiдповерхневi дефекти; радiацiйнi дозволяють виявляти дефекти в тiлi металу, але за їх допомогою нема змоги виявляти втомні тріщини, а їх експлуатація пов'язана з небезпекою для обслуговуючого персоналу; акустичні дозволяють виявляти дефекти як на поверхні, так i в тiлi металу, визначати їх координати, проводити контроль при односторонньому доступі до виробу, але для їх реалізації потрібно забезпечити акустичний та механічний зв'язки між перетворювачем та контрольованим виробом. Вибір конкретного виду неруйнівного контролю залежить від матеріалу виробу, його конструкції, стану поверхні, типу та розмірів дефекту, умов контролю, необхідної точності та продуктивності , вартості контролю тощо. Найбільш широке використання одержали магнітний, акустичний, вихрострумовий та радiацiйний контроль, причому останнім часом перевагу має акустичний, як найбільш універсальний, високопродуктивний та технологічний [117, 119-123, 125].
Проведений аналіз конструктивних особливостей обсадних колон, їх типорозмірів, умов експлуатації та проведення неруйнівного контролю, детальне теоретичне вивчення можливостей існуючих видів неруйнівного контролю, а також результати аналізу літературних джерел, ознайомлення з роботами відповідних науково-дослідних організацій дозволяють зробити висновок, що найбільш ефективним видом неруйнівного контролю геометричних параметрів трубних виробів з їх внутрішньої сторони є акустичний контроль (ультразвуковий, як різновид, при частоті коливань більше 20 кГц), що ґрунтується на застосуванні пружних коливань (механічні коливання частинок пружного середовища відносно положення рівноваги, які виникають під дією механічного збудження). Йому властиві висока ефективність, універсальність, інформативність, продуктивність та чутливість. Основною перевагою акустичного контролю над іншими є те, що процес контролю є оперативним з порівняно простою інтерпретацією результатів контролю. В науково-технічній літературі часто замість терміну "акустичний контроль" вживається не стандартизований ДСТУ 2865 термін "ультразвуковий контроль".
Інтенсивність акустичних коливань, що використовуються при контролі, як правило, невелика і тому такі коливання виникають в області пружних деформацій середовища, де напруження і деформації пов'язані пропорційною залежністю (область лінійної акустики). Акустичний контроль ґрунтується на здатності акустичних (ультразвукових) хвиль розповсюджуватись на велику віддаль в багатьох речовинах та відбиватись від границі розділу двох середовищ.
Сучасні тенденції, які визначають нові розробки в галузі акустичного неруйнівного контролю, спрямовані, в першу чергу, на підвищення ефективності діагностування, тому важливою проблемою (поряд із виявленням критичних за розмірами дефектів) є визначення таких параметрів як тип, форма, розмір, орієнтація, локалізація. Комплекс цих даних дозволяє вірогідно оцінювати максимальну навантажувальну здатність об'єкта контролю, а також прогнозувати його робочий ресурс. Визначити та оцінити параметри дефекту можна, застосувавши один із двох підходів, які умовно називають "прямим" і "зворотним" ("оберненим") [127]. Прямий підхід реалізовують вимірюванням просторово-часового розподілу параметрів дифрагованого на дефекті акустичного поля, безпосереднім аналізом інформаційних ознак, розрахованих на підставі виміряних параметрів дефекту та його ідентифікації за сукупністю цих ознак. Зворотний підхід реалізують шляхом відновлення акустичних зображень контрольованої області. Обидва підходи відносяться до класу обернених задач, але ґрунтуються на різних математичних перетвореннях. У першому випадку для відновлення інформативних ознак дефекту застосовуються методи розпізнавання образів. "Оберненні" методи основані на математичних процедурах відновлення інформаційних ознак просторово-часових сигналів, сформованих у контрольованій області об'єкта. Останні є більш інформаційно-ємними і, відповідно, перспективними для вирішення проблем діагностування, але характерні особливості такі як: суттєва неоднорідність середовища, відбиваючі криволінійні границі, анізот