石油鉆具缺陷的磁記憶檢測試驗研究

摘 要：在石化企業(yè)中，如果使用的鉆具有缺陷，就會出現(xiàn)鉆具斷裂和刺穿的現(xiàn)象，給油田帶來了一定的經(jīng)濟損失。為了確保石油鉆具能夠正常的使用，需對鉆具缺陷進行一定的檢測。而常用的磁粉探傷、射線檢測都有一定的不足。而磁記憶檢測的方法，可以對鉆具缺陷進行更靈敏的檢測，并能夠開展壽命預測和等級判別。本文就此對石油鉆具缺陷的磁記憶檢測進行研究，闡述了鉆具缺陷的形式、檢測鉆具缺陷方法的缺點。并對石油鉆具缺陷開展了具體的磁記憶檢測試驗。

關鍵詞：鉆具缺陷 磁記憶檢測 試驗 荷載

中圖分類號：TE921 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0062-01

石油鉆具長期受到彎曲、扭壓、振動等應變力的影響，容易出現(xiàn)疲勞損壞。疲勞應力會使得鉆具的螺紋接頭斷裂。而鉆桿容易受到地層流體和鉆井液的腐蝕。使用前如果不仔細的檢測鉆具，那么便不能控制好具體的損傷程度。會使得在鉆井時發(fā)生斷裂和刺穿的事故，造成經(jīng)濟損失。根據(jù)材料力學的分析，任何金屬構(gòu)件受到拉伸荷載的影響，在損壞的過程中會面臨塑形變形和彈性變形兩大階段。研究石油鉆具接頭時，需分析好鉆具接頭受力的磁場變化，并研究好螺紋試件的塑性和彈性階段問題，為研究鉆具螺紋的應力提供理論和試驗基礎。

1 鉆具的缺陷形式

鉆具的缺陷形式主要有三種，即鉆桿、鉆鋌和轉(zhuǎn)換接頭。其中，鉆桿事故是最主要的鉆具事故，約占60%的總事故。鉆桿缺陷主要是管體刺穿和接頭螺紋斷裂。而造成這樣的原因主要是由于腐蝕疲勞；鉆鋌缺陷類型主要是鉆鋌螺紋斷裂。外螺紋的斷裂是在臺肩第3螺紋牙部位。內(nèi)螺紋斷裂是在嚙合處的螺紋牙部位。造成這樣的原因，主要是因為應力集中和螺紋幾何形狀在交變應力中的疲勞裂紋，由于腐蝕應力和循環(huán)應力的擴展，從而發(fā)生斷裂；轉(zhuǎn)換接頭發(fā)生失效主要是由于裂紋滑脫和斷裂的影響。

2 檢測鉆具缺陷的常用方法

2.1 磁粉檢測

磁粉檢測主要是用染色劑和鐵磁粉組合的混合物檢測物體表面，具有較好的檢測靈敏度。磁粉在探傷時，需先做好受檢表面的處理工作。先打磨處理一段時間，再施加一部分的磁懸液，確保是均勻濃度的磁粉。用膠帶紙貼在磁痕上，再揭下做好記錄，從而評定鉆具的缺陷部位和程度。磁粉檢測存在磁污染，不太適用于檢測鉆具缺陷。

2.2 射線檢測

射線檢測是依靠射線光束在檢測物體內(nèi)的散射和穿透而獲取密度不同的缺陷圖像。顯示的比較直觀，而且能夠保證記錄。用射線進行檢測時，需認真考慮鉆具的形狀，選擇標準的參數(shù)，例如增感屏的厚度和材料、膠片類型等。得到底片后對底片進行評定。射線檢測的工藝很復雜，而且缺乏準確率。

2.3 超聲波檢測

超聲波檢測是依靠超聲波的折射和反射來獲得鉆具內(nèi)部缺陷的信息，并且能夠測量出最終的結(jié)果。超聲波檢測時，讓聲束能夠與鉆具保持垂直，在發(fā)現(xiàn)到缺陷后，做好確切的標記，記錄好缺陷的長度和深度。超聲波檢測的精度很低，而且沒有直觀的數(shù)據(jù)，要求鉆具的形狀和表面保持平坦，因此不怎么適用于石油鉆具缺陷的磁記憶檢測試驗。

3 磁記憶檢測的基本原理

具有鐵磁性的金屬構(gòu)件，在地磁場和工作載荷的雙重影響下，其生產(chǎn)與運轉(zhuǎn)過程中某些區(qū)域，會集中了設備的變形和應力，出現(xiàn)磁疇的區(qū)域定向，并開始了不可逆轉(zhuǎn)的取向現(xiàn)象。而這樣的磁性狀態(tài)的承受載荷雖然受到了消除，但不會出現(xiàn)消失，并且和最大作用應力存在著或多或少的聯(lián)系。集中了應力和微觀缺陷的區(qū)域，會出現(xiàn)磁場的記憶，這也就是磁記憶效應。

4 磁記憶檢測石油鉆具缺陷的試驗

4.1 測試準備

4.2 試驗的具體步驟

4.3 分析結(jié)果

在加載試驗中，加載的初期，荷載力比較小，試件的磁記憶信號為平滑的曲線，沒有什么較大的波動變化。這就說明荷載小時，應力對試件存在較小的影響程度。

而隨著荷載力度不斷增加，一些位置上的磁記憶信號開始出現(xiàn)波動，這就說明了試件受到的應力如果不斷的增加，那么其內(nèi)部組織也由此出現(xiàn)了一定的變化，甚至在一些特殊部位出現(xiàn)了應力集中。

等到逐步加載到某一值時，磁記憶的信號會發(fā)生很明顯跳動，這就證明試件內(nèi)的某一個地方的應力已經(jīng)是最大值，試件已經(jīng)達到了屈服極限。由此可以看出，用磁記憶測試的信號可以明確的反映出不同應力下的試件特征。

5 結(jié)語

在拉伸試驗中我們發(fā)現(xiàn)，不同應力下的試件，測試所獲得的磁記憶信號也各不相同。磁記憶信號既能夠表現(xiàn)出鉆具的應力情況，也能夠用具體的磁記憶信號證實鉆具缺陷的情況。磁記憶檢測可以對鉆具開展壽命預測和等級判別。而通過試驗發(fā)現(xiàn)，磁記憶信號還能定量分析鉆具的應力情況。磁記憶檢測方法與其他的檢測方法相比，更適用于檢測鉆具的缺陷。應積極的研究，并逐步的向石化行業(yè)推廣。

參考文獻

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