鉆桿檢驗(yàn)的關(guān)鍵控制點(diǎn)解析

張前

1．荊州市世紀(jì)派創(chuàng)石油機(jī)械檢測有限公司 （湖北 荊州 434024）2．中國石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司 （湖北 荊州 434024）

鉆桿是鉆井工程的關(guān)鍵工具， 包括方鉆桿、鉆桿、加重鉆桿等，主要由管體和兩端接頭組成，用于鉆井作業(yè)過程中地面動力的傳遞、 鉆井液的輸送及鉆井過程中不斷連接加長鉆桿以達(dá)到不斷加深井眼的目的，地層的變化、井下復(fù)雜情況也可通過鉆桿傳遞到地面上來。鉆桿在鉆井過程中可能產(chǎn)生刺穿、斷裂等事故[1]，給鉆井生產(chǎn)帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。 因此，做好鉆桿的管理工作，特別是鉆桿檢測管理，可提高下井鉆桿使用的安全可靠性，是降低鉆井工程成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、促進(jìn)我國石油戰(zhàn)略發(fā)展的重要途徑。

1 鉆桿檢驗(yàn)的關(guān)鍵控制點(diǎn)

鉆桿檢驗(yàn)的關(guān)鍵控制點(diǎn)主要有如下3 點(diǎn)：

1）鉆桿檢測方案編制。 檢測方案編制應(yīng)遵循一定規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，不同客戶可能會有不同的特殊要求，需要有針對性地制定檢測方案并得到客戶認(rèn)可。 編制檢測方案需考慮現(xiàn)場實(shí)際情況，從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面進(jìn)行準(zhǔn)備。

2）鉆桿漏磁檢測。 漏磁檢測設(shè)備復(fù)雜，對人員的技能水平要求高，操作人員需3 個以上，所占場地空間大， 對鉆桿的清洗要求高， 缺陷信號分析難度大，是鉆具檢測最核心的項(xiàng)目。

3）鉆桿失效分析。 鉆桿失效分析的目的是為鉆桿分級評估、維修、報廢等提供依據(jù)，對鉆桿維護(hù)保養(yǎng)和使用具有借鑒意義。

2 鉆桿檢測方案

國內(nèi)外鉆桿檢測比較常用的標(biāo)準(zhǔn)為API RP 7G-2—2009 （R2015）《鉆桿元件用檢驗(yàn)和分類的推薦實(shí)施規(guī)程》、DS-1《鉆柱檢驗(yàn)》[2]及NS-2《鉆柱檢測標(biāo)準(zhǔn)》， 國內(nèi)也編制了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29169—2012 《石油天然氣工業(yè) 在用鉆柱構(gòu)件的檢驗(yàn)和分級》[3]。 API RP 7G 與DS-1 標(biāo)準(zhǔn)互不沖突，按照優(yōu)質(zhì)級或2 級接收判據(jù)對合格構(gòu)件要求的鉆桿屬性[4]，大部分DS-1 接收判據(jù)都直接采用API RP 7G，然而在檢驗(yàn)過程質(zhì)量控制方面，DS-1 比API RP 7G更加嚴(yán)格。 NS-2 涵蓋了鉆柱檢測中許多尚未被其他檢測標(biāo)準(zhǔn)提及的領(lǐng)域，例如大轉(zhuǎn)矩連接、新鉆柱的驗(yàn)收檢查、 特定檢測頻率指南、 鉆柱內(nèi)部的塑膠涂料等。 鉆桿常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目見表1，主要包括鉆桿接頭檢測和管體檢測兩部分，檢測項(xiàng)目多，需要檢驗(yàn)人員具有高度的責(zé)任心， 仔細(xì)地測量每一個數(shù)據(jù)并進(jìn)行判斷。

表1 鉆桿常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目

以API RP 7G 標(biāo)準(zhǔn)為例，其檢測流程和內(nèi)容如圖1 所示。接頭探傷時盡量通過線圈的方式，采用熒光磁粉探傷，相比電磁軛探傷而言，效果更理想。

圖1 鉆桿檢測流程

比較典型的工作環(huán)節(jié)如圖2 所示。 在檢測過程中，應(yīng)根據(jù)檢測方案仔細(xì)把控各個環(huán)節(jié)，其中需要特別注意的是：①鉆桿在檢測前一定要清洗干凈，管體去掉污泥結(jié)疤和鐵銹，如果管體結(jié)疤較多，一方面將加劇漏磁探頭的磨損，降低其使用壽命，另一方面探頭沿管體徑向外移，易使上下探頭板組件憋勁，增大上下探頭板之間的縫隙，影響檢測精度，接頭螺紋和臺階面宜通過打磨露出金屬本體， 以便于螺紋檢查和磁粉探傷；②管體測量時，凹坑最小剩余壁厚測量之前，應(yīng)進(jìn)行凹坑及周邊部位表面打磨，露出金屬光澤，利用焊縫尺或者凹坑深度檢測儀測量凹坑深度，利用測厚儀測量凹坑周邊平整部位的厚度； ③接頭檢查時，一方面檢查臺階面平整度，出現(xiàn)臺階面碰傷貫穿的缺陷，需上車床修扣，另一方面檢查螺紋磨損銹蝕情況，磨損嚴(yán)重的螺紋扣極易粘扣，導(dǎo)致接頭拆卸困難；④漏磁檢測時，發(fā)現(xiàn)缺陷信號后需要復(fù)檢，對凹坑缺陷進(jìn)行最小剩余壁厚測量， 對肉眼觀察不明顯但有懷疑的部位進(jìn)行超聲或磁粉探傷； ⑤檢測合格的鉆桿應(yīng)在接頭上抹絲扣油，防止銹蝕，而且需安裝護(hù)絲帽，以防止運(yùn)輸過程中碰傷接頭；⑥磁粉探傷時，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，探傷發(fā)現(xiàn)的任何裂紋應(yīng)拒收，不允許打磨去除裂紋。

圖2 工作環(huán)節(jié)

為提高工作效率，保障檢測質(zhì)量，鉆具檢測作業(yè)須具備的最低條件包括：①檢測場地頂棚，其應(yīng)具有防雨功能；②有能夠調(diào)運(yùn)鉆桿的吊機(jī)；③及時清洗場地，使污水得到有效處理；④具有足夠的場地空間，用于擺放鉆具，將場地劃分為待檢區(qū)、檢測區(qū)、合格品區(qū)、待修區(qū)等；⑤具有運(yùn)輸車輛，能夠隨時配合鉆具運(yùn)輸；⑥具有兩套以上的管排架，用于放置鉆桿。

3 鉆桿漏磁檢測

鉆桿管體漏磁檢測是鉆桿檢測項(xiàng)目的核心，漏磁檢測法是目前公認(rèn)的檢測管狀鐵磁性材料最可靠的方法。 其主要特點(diǎn)是檢測速度快、檢測效果好、操作簡單、抗干擾及抗污染能力強(qiáng)，在各種導(dǎo)磁構(gòu)件缺陷檢測上得到了廣泛的應(yīng)用。

漏磁檢測可對鉆桿進(jìn)行裂紋、 孔洞及磨損等缺陷的檢測。 其基本原理建立在鐵磁材料的高磁導(dǎo)率這一特性上[5]。 如圖3 所示，鉆桿在外加磁場作用下被磁化，當(dāng)鉆桿中無缺陷時，大部分磁通（抽象為磁力線）通過鉆桿，此時磁通均勻分布；當(dāng)鉆桿內(nèi)部存在缺陷時，磁通發(fā)生彎曲，有一部分磁通(磁場)泄漏于鉆桿表面， 采用磁敏感元件檢測這些磁場的畸變即可獲得導(dǎo)磁構(gòu)件缺陷的信息。

圖3 鉆桿漏磁檢測依據(jù)

鉆桿漏磁檢測設(shè)備主要由移動檢測探頭、 移動操作臺、計(jì)算機(jī)信號處理系統(tǒng)三部分組成。移動檢測探頭由磁化器、探傷傳感器、爬行裝置和信號前置處理器等組成。 每次檢測開始前， 需要對樣管進(jìn)行標(biāo)定，檢查探頭及信號處理系統(tǒng)是否正常工作，能否反映真實(shí)情況，如圖4 所示。 標(biāo)定曲線如圖5 所示，通過標(biāo)定，可以判斷3 種缺陷，分別是孔洞（8 個Φ1.6 mm 孔和1 個Φ3.2 mm 孔）、橫向刻槽（槽深0.5 mm）及截面積減小（截面積減小4%），其中8 個Φ1.6 孔分別對應(yīng)8 個均布探頭， 可用于檢測通道信號是否正常。 鉆桿漏磁檢測設(shè)備的主要特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，容易搬動組裝，占用場地小，廠內(nèi)廠外都能使用，檢測流程簡單規(guī)范，檢測速度快，檢測盲區(qū)小。

圖4 樣管標(biāo)定

圖5 樣管標(biāo)定曲線

4 鉆桿失效分析

1）偏梯形螺紋經(jīng)過磨損后變成鋸齒形螺紋，導(dǎo)致容易粘扣，增加卸扣難度。 螺紋受力集中在尾部3～4 個扣，應(yīng)重點(diǎn)檢查磨損嚴(yán)重的螺紋，還應(yīng)檢查接頭伸長情況，一般外螺紋接頭50.8 mm（2 in），伸長量超過0.15 mm（0.006 in）應(yīng)重新加工。 如果發(fā)現(xiàn)有螺紋伸長的跡象，就應(yīng)該對接頭的整個螺紋部位，特別是最后嚙合部位進(jìn)行磁粉檢查，以確定是否存在橫向裂紋。

2）螺紋碰傷。因缺少護(hù)絲帽等防護(hù)措施，在運(yùn)輸過程中極易碰傷螺紋， 螺紋碰傷不僅降低了螺紋連接強(qiáng)度， 而且由于鉆井液易滲透至碰傷處導(dǎo)致螺紋腐蝕，降低了密封效果，一般通過目視檢測能比較直觀的發(fā)現(xiàn)。

3）臺階密封面受到介質(zhì)腐蝕或因雜質(zhì)擠壓或運(yùn)輸碰傷，出現(xiàn)貫穿性缺陷，密封功能喪失，進(jìn)而加劇螺紋銹蝕失效。

4）重新加工耐磨帶后，因熱處理工藝不合理，導(dǎo)致大面積裂紋出現(xiàn)。由于耐磨帶為硬質(zhì)合金，如果在鉆井過程中出現(xiàn)硬質(zhì)合金脫落， 脫落的硬質(zhì)合金落在鉆頭上將導(dǎo)致卡鉆或者切削齒斷裂情況發(fā)生，故控制耐磨帶裂紋顯得尤為重要。

5）管體腐蝕凹坑如果超過壁厚極限值，將導(dǎo)致管體刺穿，給鉆井作業(yè)帶來損失。 按照標(biāo)準(zhǔn)要求，一般情況下，舊鉆桿分級中，一級鉆桿剩余壁厚不少于80%，二級鉆桿剩余壁厚不少于70%。發(fā)現(xiàn)凹坑缺陷后，進(jìn)行凹坑深度測量之前需要打磨露出金屬本體，凹坑處剩余壁厚等于周邊管體壁厚值減去凹坑深度值。

6）管體彎曲。彎曲部位大多位于接頭兩端，管體彎曲的原因主要有：加工制造時接頭壁厚不均，導(dǎo)致下井后接頭憋勁；扭矩過大，累計(jì)誤差過大導(dǎo)致管體彎曲。 如果管體彎曲嚴(yán)重， 下鉆桿時重心不在軸線上，將加劇偏磨。檢測時采用直線度儀或者拉線的方法，對管體彎曲度進(jìn)行判斷。對于擺放在管排架上的鉆桿， 可通過比較接頭的高度來初步篩選彎曲的鉆桿， 如果某鉆桿接頭高度明顯低于或者高于其他鉆桿，則該鉆桿存在一定彎曲。

5 結(jié)論

1）鉆桿檢測方案編制，需要有針對性地制定檢測方案并符合檢測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范， 對常見的鉆桿檢測標(biāo)準(zhǔn)、檢測項(xiàng)目及檢測流程進(jìn)行了分析歸納。

2）對漏磁檢測原理及鉆桿漏磁檢測設(shè)備作了簡要介紹，分析了其優(yōu)點(diǎn)。

3）對檢測中發(fā)現(xiàn)的典型失效問題進(jìn)行了歸類分析，對鉆桿使用、維護(hù)、檢測、分級評定、修理及報廢等具有一定的參考價值。