AE技术在石油工程中的应用

    引言

    声发射技术( Ac o u s t i c Emi s s i o nTechnique)起步于 20 世纪 50 年代德国，起初应用于材料研究。在 60 年代开始应用于无损检测领域。我国于70 年代开始应用 AE技术。AE 检测技术已广泛应用于材料力学、石化工业、电力工业、金属加工质量检测等领域，由于 AE 技术具有实施简易、能够获取实时信息，对被检测件的要求不高等优点，人们正大胆地将其应用在油气田的勘探开发、井下套管检漏、钻井高压油气管汇检测、海洋平台监测及油井出砂监测等。

    1 AE 技术机理

    美国材料与试验协会( ASTM) 对 AE(Acoustic Emission)现象的定义如下[1 ]：材料内局部能量源快速释放而产生瞬态弹性波的一种现象。它是一种常见的物理现象，大多数材料变形或断裂时都有 AE 现象产生，但由于许多材料的 AE 信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要借助灵敏的电子仪器探测和记录，在此基础之上进行的信号分析即为声发射系统如图 1 所示。

    A E 技术是一种被动式的声波检测技术，其应用机理主要体现在以下两个方面：

    1 . 1 岩石应力测量

    AE 测量地应力的理论基础是 Ka i s e r效应，即岩石所受载荷在没有到达曾经历过的最大载荷之前，几乎不产生 AE，一旦超过最大载荷水平，AE 便再度出现。岩石的 AE 活动能够“记忆”岩石所受过的最大应力，其振幅或频率与应力之间有一定的关系，通过对岩样所受某一方向上载荷及AE 信号进行处理，找出突然增加处的 AE信号，此处载荷大小即为岩石在地下该方向上的地应力。

    1 . 2 金属无损检测

    金属材料在一定应力作用下，会使材料组织内出现微小的错位移动并逐渐扩大，并在薄弱处出现裂纹，逐渐扩展直至破裂。当裂纹产生时，会发出微小的AE 信号，结合一定的信号处理及定位方法，确定破坏点相对于测点的准确位置。按信号源 A E 信号可分为突发型和连续型两类。突发型 AE 信号是由区别于背景噪声的脉冲组成，在时间上可分离，多由材料变形、断裂等产生；连续型 AE 信号的单个脉冲不可分辨，常由流体泄露和某些材料在塑性变形时产生。

    AE 信号在不同条件下的判断、识别都离不开一定的信号处理方法。根据分析对象不同，可将 AE 信号处理方法分为参数分析法和波形分析法两类，前者应用相对成熟，而后者能提供更多信息量。常用的AE 参数有振铃计数、脉冲持续时间、阈值电压等。波形分析主要有时域处理和频域处理，时域处理有滤波、概率及数理统计等方法，频域处理主要包括傅里叶变换、幅值谱分析、功率谱密度分析等。