استفادۀ گسترده از لوله فلکسیبل در سیستم‌های استخراج نفت فراساحلی منجر به گسترش راه‌حل‌های مقرون به صرفه در توسعۀ این حوزه شده است. لولههای فلکسی از چندین لایۀ مختلف از مواد ساخته می‌شوند. فناوری این لوله‌ها به چالشی مهم در صنعت NDT (آزمون‌های غیرمخرب) در رابطه با امکان نظارت بر وضعیت درون‌جا تبدیل شده‌است.
این مقاله روشی را شرح می‌دهد، که با استفاده از فراصوت، بر آستر داخلی لوله فلکسی در مقیاس آزمایشگاهی، بازرسی می‌شود. این روش از پس‌پراکنش فراصوتی از سطوح فلزی استفاده می‌کند، و می‌تواند به عنوان جایگزینی برای بازرسی تصویری در نظر گرفته شود. روش فراصوت این مزیت را داراست که نیازی به خارج کردن نفت از لوله، پیش از بازرسی نیست.
آزمایش‌هایی که با استفاده از لولههای فلکسیبل انجام شد، نتایج امیدوارکننده‌ای دارند. این نتایج نشان می‌دهند که فرسایش، سوراخ‌ها و ترک‌های لوله بدون هیچ مشکلی تشخیص داده می‌شوند. این روش در تشخیص و تعیین خوردگی سطوح فلزی، برای استفاده در حوزه‌های دیگر نیز درحال توسعه است.
ساختار داخلی لوله فلکسیبل
استفاده از لولههای فلکسیی که از فولاد تقویت شده ساخته می‌شوند، پس از دهۀ 1970، در کاربردهای فراساحلی افزایش چشمگیری داشته است. این لوله‌ها عمدتا در مواردی، مثل نیاز به تطبیق با حرکات نسبی بزرگ، مقاومت بالا دربرابر خوردگی، و کاهش هزینه و زمان نصب کاربرد دارند.
رایج‌ترین طراحی لولۀ فلاکسیبل به صورت ساختار غیرمتصل است (شکل 1). در این نوع ساختار، هر کدام از اجزاء، لایه‌ای استوانه‌ای تشکیل می‌دهد و لوله با لغزش لایه‌ها نسبت به یکدیگر، قابلیت انعطاف‌پذیری پیدا می‌کند. تنۀ درهم تنیده از فولاد ضدزنگ ساخته شده است. این تنه، محافظی مکانیکی برای آستر ترموپلاستیک لوله است. این آستر از پلی‌آمید ساخته می‌شود، و عنصر تحت فشار در ساختار لوله است. سیم Zeta و زره کششی از فولاد کربن، و برای محافظت از لوله در برابر فشارهای شعاعی و محوری طراحی شده‌اند. تمام ساختار درکنار هم قرار گرفته و با پوششی خارجی از جنس مادۀ ترموپلاستیک، در مقابل آب دریا محافظت شده‌اند.
بازرسی از لولۀ فلاکسیبل به دلیل ساختار لایه‌لایه، و تفاوت جنس لایه‌ها (پلاستیک، فولاد ضدزنگ، فولاد کربن) با دشواری مواجه است. چندین شیوۀ NDT برای بازرسی از لولههای انعطاف‌پذیر در مقالات بررسی شده پیشنهاد شده است [1,2]؛ اما تنها روش NDT برای بازرسی درون‌جا با استفاده از لولههای فلکسیبل از پژوهشی بود که به تازگی در نروژ تکمیل شد (FPS2000) [3]. در این پژوهش، روش‌هایی با استفاده از جریان فوکو و فراصوت برای بازرسی داخلی لوله توسعه یافته و در مقیاس آزمایشگاهی اثبات شده‌اند. هر دو روش پتانسیل خوبی در تشخیص سوراخ‌ها، ترک‌ها، فرسایش و خوردگی در آستر داخلی لوله از خود نشان دادند. در این مقاله، کار با روش فراصوت ارائه می‌شود که از این پژوهش بالا سرچشمه می‌گیرد.
تصویربرداری فراصوتی از لوله فلکسی
تکنیک استفاده از فراصوت برای تصویربرداری از تنۀ داخلی لولۀ فلکسی توسعه یافته است. این تکنیک از یک مبدل فراصوت با پهنای باند متمرکز، که به تشخیص‌دهندۀ عیب معمولی متصل است، استفاده می‌کند. این تشخیص‌دهنده در حالت پالس-اکو (Pulse-Echo) کار می‌کند. مبدل به سطح لوله سیگنال می‌فرستد. سپس دستگاه‌های الکترونیکی خاصی برای اندازه‌گیری انرژی سیگنال پس‌پراکنش استفاده می‌شوند. سیگنال پس‌پراکنش از سطحی صاف، ضعیف است (شکل 2، پایین سمت چپ). اگر سطح لوله فرسوده شده باشد، یا ناهمواری داشته باشد که امواج فراصوت را پراکنده کند، سطح انرژی سیگنال پس‌پراکنش افزایش می‌یابد. در پژوهش ما، این میزان انرژی برای تولید تصاویر C-scan از سطح داخلی آستر فلزی استفاده شد.
این روش با نمونه‌هایی از لولههای فلاکسیبل در آزمایشگاه بررسی شد. در این مورد، مبدل فراصوت متمرکز با فرکانس 15 مگاهرتز به صورت چرخشی با فاصلۀ ثابت، سطح داخلی لوله را اسکن کرد. انرژی سیگنال پس‌پراکنش در گیت محدوده (range gate) همزمان با اسکن، ضبط شد. تصویر C-scan بدست آمده، با استفاده از برنامۀ پردازش تصویر در یک رایانۀ سازگار با IBM-AT پردازش و نمایش داده شد.
شکل 3، تصویر زمانی را نشان می‌دهد، که این روش بر روی یک تکه لوله 6 ID COFLEXIP انجام شد. با استفاده از ساب‌پاشی خشک بر روی لوله، فرسایشی تقریبا به اندازۀ یک سوم ضخامت اولیۀ تنه، به میزان یک میلی‌متر، ایجاد شد. تصویر به وضوح مساحت قسمت فرسوده را نشان می‌دهد. همچنین درکی بصری از جهت ساب‌پاشی نیز بدست آمد.
نمونه بدست آمده از لوله فلاکسیبل
PAGOFLEX نمونه‌ای از لولۀ فلکسیبل متصل است. تفاوت اصلی بین ساختار متصل و غیرمتصل در حوزۀ بازرسی داخلی در این است، که لولۀ متصل، به جای تنۀ درهم تنیده که در شکل 1 نشان داده شده است، یک آستر فولادی ضدزنگ، غیر قابل نفوذ و موج‌دار دارد. نمونه‌هایی از لولۀ PAGOFLEX با استفاده از روش تصویربرداری پس‌پراکنش فراصوتی آزمایش شده و نتایج خوبی برای فرسایش، ترک‌ها و سوراخ‌ها بدست آمد. شکل 4 یک تصویر فراصوت از آستر PAGOFLEX را با چند ناهمواری ساختگی در بالای بخش موج‌دار نشان می‌دهد. این ناهمواری‌ها (از بالا) عبارتند از: فرورفتگی، فرورفتگی با حفره‌ای به اندازۀ 1.5 میلی‌متر، حفرۀ 2 میلی‌متری، حفرۀ 3 میلی‌متری و حفرۀ 4 میلی‌متری.
نتیجه‌گیری
روش استفاده از پس‌پراکنش فراصوتی حساسیت بسیار خوبی را روی ناهمواری‌های سطح فلزی با ابعادی که قادر به پراکنده کردن فراصوت باشند، از خود نشان داد. با این روش، در بازرسی لولههای فلکسیبل، ترک‌ها، سوراخ‌ها، فرورفتگی‌ها و فرسایش آستر داخلی، با ابعاد کمتر از طول موج، که در آزمایش ما 0.1 میلی‌متر بود، تشخیص داده می‌شوند. برتری این روش نسبت به بازرسی تصویری در این است که نیازی به خارج کردن نفت از لوله، قبل از بازرسی نیست. همچنین تصاویر فراصوتی به صورت کلی کنتراست بالاتری را بین سطح عالی و سطح ناهموار نشان می‌دهند.
این کار، بر بدست آوردن عیوب سطح لوله برای نظارت بر وضعیت آن متمرکز شده است. با توسعۀ این روش در زاویه‌ها یا فرکانس‌های مختلف، می‌توان اندازه‌گیری‌های مقداری، برای ناهمواری‌های سطح، مثل خوردگی انجام داد.
