石油鉆具螺紋磁粉探傷及缺陷分析

戈海峰(中石化華東石油工程有限公司六普鉆井分公司 江蘇 泰州225300)

前言

石油鉆具通常指石油開采工作中采用的專業(yè)工具，主要構(gòu)件為物理學(xué)性能很強的無縫鋼管，具有承受疲勞、磨損、交變荷載等優(yōu)點[1]。此外，石油鉆具還包含六方鉆桿、鉆頭、鉆鋌、鉆桿、減震器、穩(wěn)定器等構(gòu)件。井下工作時石油鉆具運動狀態(tài)極為復(fù)雜，其螺紋部位極易因長期拉力和扭力作用出現(xiàn)裂紋，以致發(fā)生斷裂事故。因此，需及時采用磁粉探傷技術(shù)檢測石油鉆具，磁粉探傷是一種無損檢測方法，具有靈敏度高、操作方便等優(yōu)點，能迅速有效的檢測石油鉆具螺紋部位裂紋，并顯示出其缺陷，從而有效避免發(fā)生危險事故，優(yōu)化鉆具生產(chǎn)效率。

一、石油鉆具螺紋檢測方法和流程

1.石油鉆具螺紋檢測方法

石油鉆具螺紋檢測方法主要有兩種，即紫外燈方法、磁化方法，具體為：(1)紫外燈方法。對石油鉆具檢測而言，紫外燈具有關(guān)鍵作用，為保證檢測效果，紫外燈具中心波長應(yīng)為365nm，波長要求為320～400nm。此外，檢測石油鉆具時，紫外燈紫外線和濾光片表面的距離應(yīng)為380nm，紫外線輻照度保持在超過1000u w/cm2。(2)磁化方法。石油鉆具材質(zhì)通常為具有抗磁性的合金鋼或低合金鋼，隨著鉆具制造技術(shù)的發(fā)展，鉆具制造中逐漸應(yīng)用硅、欽、錳等元素，但由于石油鉆具長期在井下工作，不斷重復(fù)由地底深處向上提升的運動，所以會出現(xiàn)磁化效應(yīng)，并使鉆具帶有一定剩磁。此外，由于石油鉆具長度不等，多為幾米到十幾米，所以磁化石油鉆具時，界限通常為0.8T，檢測超過0.8T的鉆具部位，直接噴灑磁懸液；檢測不超過0.8T的鉆具部位，經(jīng)直流線圈磁化局部，最佳磁化時間為3s。石油鉆具磁化檢測采用的磁懸液由10L煤油和8g熒光磁粉配置而成，這是細(xì)致、復(fù)雜的工作，為保證磁懸液質(zhì)量，必須嚴(yán)格選擇密度小、流動性好、磁導(dǎo)率高等的熒光磁粉，選擇的煤油必須無毒、無臭味、閃光點高、粘度低。

2.石油鉆具螺紋檢測流程

為保證石油鉆具螺紋檢測效果，螺紋檢測通常有以下流程：(1)檢測前，清潔石油鉆具，用角磨機打舊螺紋，將銹蝕、泥漿等去除，使螺紋表面恢復(fù)金屬色。(2)嚴(yán)格按照上述磁化方法磁化石油鉆具。(3)搖均勻磁懸液，并將配置好的磁懸液以霧狀方式緩慢的噴灑于螺紋周圍，若鉆具多，為避免磁粉沉淀導(dǎo)致漏檢，每噴灑10件螺紋需搖晃磁懸液1次。(4)使用紫外燈仔細(xì)觀察石油鉆具螺紋部位，尤其是根部，最佳燈距為不超過100mm?？捎?～10倍放大反光鏡對母螺紋進(jìn)行觀察，而且使用紫外燈時，為避免燒傷皮膚和眼睛，嚴(yán)禁紫外光照射皮膚和臉部。(5)判斷鉆具螺紋是否正常的標(biāo)準(zhǔn)為磁痕，若螺紋在紫外線照射下呈紫色，說明無裂紋，若呈鋸齒狀黃綠色熒光亮線，說明有疲勞裂紋。(6)石油鉆具檢測若發(fā)現(xiàn)缺陷，處理原則為切除疲勞裂紋以及通過車床修復(fù)，可用砂輪機打磨疲勞裂紋不超過30mm的鉆具螺紋。

二、石油鉆具螺紋疲勞裂紋原因

石油鉆具失效的主要形式是螺紋疲勞斷裂，所占比例為零件斷裂80%。石油鉆具螺紋根部等受力集中部位常出現(xiàn)疲勞裂紋，也是易發(fā)生斷裂的部位，而產(chǎn)生疲勞裂紋的原因有：石油鉆具長期受各種力互相影響導(dǎo)致受力集中；工作人員未嚴(yán)格按照操作程序操作，以致石油鉆具受力位置轉(zhuǎn)移，加重螺紋部位承受力。一般情況下，石油鉆具螺紋裂紋為鋸齒狀，長度約110m，其金屬承受交變應(yīng)力和斷裂循環(huán)周次密切相關(guān)，裂紋深度與長度呈正比。

三、石油鉆具螺紋磁粉探傷的重要意義及缺陷

1.重要意義

國家核心競爭力的重要表現(xiàn)之一是石油開采，雖然我國石油開發(fā)技術(shù)不斷進(jìn)步，現(xiàn)階段采用的石油鉆具大多從國內(nèi)引進(jìn)。但由于現(xiàn)在在塔河工區(qū)所鉆探的探井、開發(fā)井均為超深井，對鉆具提出了更高的要求，，部分企業(yè)往往在石油鉆具各項規(guī)格全不符合時才淘汰，但淘汰前需對還在使用的石油鉆具進(jìn)行熒光磁粉探傷，這不僅增加了石油鉆具檢測難度，也促進(jìn)了石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷技術(shù)的改進(jìn)。未應(yīng)用石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷技術(shù)前，國內(nèi)每年都有很多石油鉆具螺紋在井下工作時發(fā)生斷裂，不僅導(dǎo)致危險事故發(fā)生，還給國家造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)用石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷技術(shù)后，我國每年都對很多石油鉆具進(jìn)行探傷檢測，有效避免了因鉆具斷裂導(dǎo)致的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失[2]。例如，2005年某鉆井企業(yè)應(yīng)用熒光磁粉檢測石油鉆具螺紋，及時發(fā)現(xiàn)了大多數(shù)鉆具存在的疲勞裂紋，避免了鉆具螺紋斷裂可能引起的上百起事故隱患，并挽回了上百萬的國家經(jīng)濟(jì)損失，確保了石油鉆井安全生產(chǎn)。

2.缺陷

目前，石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷存在諸多問題，即：(1)檢測程序復(fù)雜。螺紋熒光磁粉探傷步驟多且復(fù)雜，工作人員必須具備豐富經(jīng)驗和操作技能，才能熟練操作，例如紫外燈，若操作失誤，可能嚴(yán)重影響工作人員身心健康。(2)檢測裝置體積過大。檢測裝備大會增加重量，不便于隨身攜帶和鉆井操作，且極易消耗體力，給鉆井工作效率造成一定影響。(3)具有局限性。石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷只能在鉆井工作完成后進(jìn)行，增加了工作程度和石油開采時間，嚴(yán)重浪費人力、物力。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對于石油鉆具螺紋磁粉探傷缺陷，我國已針對性的進(jìn)行改進(jìn)，例如某探傷設(shè)備企業(yè)，工作人員研制出了鉆具螺紋的漏磁檢測設(shè)備，該裝置采用霍爾元件采集信號，可以直接在工控機上顯示記錄，有效提高了工作人員工作效率和安全生產(chǎn)。

小結(jié)

總之，在井下工作中，石油鉆具是必不可少的專業(yè)工具，具有成本高、進(jìn)價高等特點。所以，石油企業(yè)應(yīng)加強養(yǎng)護(hù)石油鉆具，尤其是螺紋，并通過不斷改進(jìn)熒光磁粉探傷技術(shù)，有效檢測螺紋應(yīng)力集中及易產(chǎn)生疲勞裂紋的部位，從而消除井下工作事故隱患，確保石油開采工作順利進(jìn)行，切實提高石油企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]張哲，呂姍，張立民等.油井管接箍表面磁粉探傷分析[J].科技傳播，2013(04)：178-223.

[2]劉啟文.石油鉆具缺陷的磁記憶檢測試驗研究[J].科技資訊，2013(14)：63.