石油鉆具螺紋磁粉探傷及缺陷研究

關(guān)放

（中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司鉆具公司 遼寧盤錦 124010）

1 磁粉探傷石油鉆具螺紋

1.1 導(dǎo)致石油鉆具出現(xiàn)損傷的原因

當(dāng)前，導(dǎo)致石油螺紋出現(xiàn)損傷的主要原因是機(jī)械作業(yè)過度，也就是常說的疲勞斷裂。據(jù)資料表明，目前，80%的石油鉆具損壞都是由于疲勞斷裂所造成的，并使其無法繼續(xù)作業(yè)。我國部分石化科技公司對其產(chǎn)生裂紋的部位進(jìn)行了研究，最終得出結(jié)果，裂紋主要集中于鉆具機(jī)械受力較多的部位，如鉆具螺紋的根部。影響產(chǎn)生螺紋損傷的因素如下：一是因?yàn)闄C(jī)械受到交變應(yīng)力的影響；二是與其斷裂循環(huán)的周次有關(guān)，簡單來說，裂紋的深度越深，其裂紋的長度也就會越長［1］。

在作業(yè)過程中，石油鉆具的損傷是不可避免的，當(dāng)前也未有較好的方法去解決這一問題，只能依靠間歇式作業(yè)和規(guī)范化作業(yè)開展。一是因?yàn)闄C(jī)械帶動鉆具作業(yè)本身就受到各種力的影響，并且這些力存在互相作用的關(guān)系；二是與部分作業(yè)人員在作業(yè)過程中的工作習(xí)慣有關(guān)，在受力位置發(fā)生突變的情況之下，也易出現(xiàn)螺紋受損的情況。螺紋上裂紋的長度通常在11m 左右，其最易出現(xiàn)在石油鉆具螺紋螺牙的9～13 節(jié)支出，并且呈現(xiàn)出一種鋸齒狀。在實(shí)際的作業(yè)過程中，工作人員未按規(guī)范流程操作也易產(chǎn)生裂紋，其主要表現(xiàn)在：石油鉆具受力部位突然發(fā)生轉(zhuǎn)移，部分螺紋承受的重量隨之變化，最后形成較深的裂紋。

1.2 磁粉檢測石油鉆具螺紋方法

1.2.1 磁化的方法

采用熒光磁粉對石油鉆具進(jìn)行探傷的主要依據(jù)是石油鉆具的主要構(gòu)成材質(zhì)是合金鋼，這種材質(zhì)具有較好的抗磁性，因此，采用此種方法檢測對于鉆具自身的影響也較小。鉆具長期在地下進(jìn)行作業(yè)，因?yàn)橛绊懸蛩剌^多，所以鉆具本身會帶有一定的磁性。由于鉆具本身的長度和大小不等，因此，在進(jìn)行測試時(shí)其磁化的最大界限一般為0.8T。假如在作業(yè)的過程中發(fā)現(xiàn)鉆具本身所帶有的磁性已經(jīng)達(dá)到或超過這一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則可直接向其噴灑磁懸液；當(dāng)鉆具所帶有的磁性低于此標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則可采用直流線圈的方式進(jìn)行局部磁化，磁化時(shí)間為3s［2］。

1.2.2 磁懸液比配

磁懸液的配置工作較為復(fù)雜，需要具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，在進(jìn)行此環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)提高作業(yè)人員的工作意識，把控配比過程的安全，其配置的主要成分由煤油與熒光磁粉組成。在熒光粉的選擇方面需要滿足以下要求：第一，具有較高的磁導(dǎo)率；第二，外觀上，顆粒的密度要小，并且呈現(xiàn)出完整的球形狀；第三，在形態(tài)上，流動性要較高，并且具有較強(qiáng)的識別度。煤油的選擇應(yīng)符合以下要求：第一，粘度較低延展性較好；第二，閃點(diǎn)較高并且無熒光；第三，沒有刺激性氣味和毒性。而調(diào)配的比例為10L的煤油調(diào)配8g的熒光磁粉。

1.2.3 紫外燈要求

紫外燈是磁粉檢測中的關(guān)鍵檢測部件。紫外燈應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)：第一，其中心的波長范圍應(yīng)在32～40mm 之內(nèi)；第二，距離紫外線濾光片表面的距離應(yīng)為38m；第三，紫外線的輻照度應(yīng)保持在1000μm/cm2以上。在進(jìn)行測驗(yàn)前，除了要將需要檢測的檢測工具準(zhǔn)備齊全之外，還要對所需要使用的設(shè)備儀器進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)其未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，要及時(shí)更換或報(bào)損。

1.3 磁粉檢測石油鉆具螺紋流程

磁粉檢測石油鉆具螺紋裂紋的具體流程分為以下5個(gè)步驟。

第一，由于石油鉆具長期在地下作業(yè)，其會與周圍物質(zhì)進(jìn)行接觸，因此，石油鉆具在檢查之前，要將其充分清理干凈。部分石油鉆具由于長期使用會出現(xiàn)生銹及泥土裹漿等情況，此時(shí)，則要使用角磨機(jī)，通過砂輪片對其進(jìn)行打磨，保證石油鉆具的螺紋之中無泥漿、水泥、絲扣油、銹蝕，并要恢復(fù)其原本正常的金屬色澤外觀。

第二，磁化環(huán)節(jié)，依照1.2.1 磁化方法中所闡述的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行石油鉆具的磁化工作，為后期的檢測打好基礎(chǔ)。

第三，依照1.2.2中所闡述的磁懸液比配方法進(jìn)行磁懸液原料的選擇和調(diào)配，在調(diào)配完畢之后，要將其充分晃勻，使得液劑成分均勻，并在噴射時(shí)呈現(xiàn)出霧狀。在進(jìn)行噴灑時(shí)，要均勻地將磁懸液噴至鉆具之上，假如需要檢測的鉆具過多，應(yīng)每10 件鉆具搖動一次磁懸液，避免由于長時(shí)間作業(yè)造成熒光磁粉的沉淀，但具體的搖動時(shí)間還是要根據(jù)具體的檢測情況確定。當(dāng)磁懸液不足時(shí)，應(yīng)按照10L 煤油8g 熒光磁粉的配比及時(shí)進(jìn)行調(diào)配，避免檢測結(jié)果受到磁懸液不足的影響出現(xiàn)漏檢的現(xiàn)象。

第四，開始使用紫外燈檢查石油鉆具的螺紋，在檢查時(shí)，不能放過每一個(gè)部位，要全方位進(jìn)行勘察，并重點(diǎn)檢查螺紋的根部是否存在損傷。對于石油鉆具上的母螺紋，要采用5～10 倍的放大反光鏡進(jìn)行深度檢測。由于紫外燈能夠發(fā)射紫外線，因此具有一定的輻射性，在操作時(shí)，要注意不要將紫外燈對準(zhǔn)周圍操作人員的眼睛及皮膚裸露之處。另外，紫外燈在使用時(shí)要匹配同等的鎮(zhèn)流器、漏磁及變壓器和電容配套裝置，這樣才能夠保證紫外燈的正常使用。為保證紫外燈的穩(wěn)定性，在進(jìn)行接線時(shí)，要按照生產(chǎn)商所提供的接線說明進(jìn)行連接。為保證檢測結(jié)果不受外部因素的影響，在安裝紫外燈管時(shí)，要將燈管外壁的雜質(zhì)用酒精進(jìn)行擦拭，如手印、灰塵以及油漬等，若不注意，則會造成燈管失透，并無法發(fā)揮其重要作用。在檢測設(shè)備日常的保養(yǎng)過程中，也要定期地對紫外燈進(jìn)行清潔，以保證使用時(shí)的效果，通常一個(gè)星期左右清理一次。在使用時(shí)，還要保證燈頭與燈具之間的良好接觸性，不然容易發(fā)生氧化現(xiàn)象，并造成破裂。

第五，在檢測過程中，石油鉆具所產(chǎn)生的磁痕是辨別鉆具是否存在損傷的重要依據(jù)，因此，要加大對于磁痕的關(guān)注。如果在紫外燈的照射之下石油鉆具上出現(xiàn)了鋸齒狀細(xì)長形的黃綠色熒光線，則說明此鉆具出現(xiàn)了損傷，多為過度作業(yè)所形成的裂縫所致；若在紫外燈的照射之下呈現(xiàn)出通體的紫色，則說明此石油鉆具的螺紋并未出現(xiàn)損傷，可進(jìn)行下一步的作業(yè)［3］。

1.4 缺陷螺紋石油鉆具處理方法

如在檢測過程中石油鉆具螺紋出現(xiàn)損傷的情況，則要立即展開處理。進(jìn)口石油鉆具價(jià)格較為昂貴，因此，在處理時(shí)，盡量保證能修復(fù)使用就進(jìn)行修復(fù)的方式，延長鉆具的使用壽命。首先，要將所發(fā)現(xiàn)的裂紋處進(jìn)行切除，在切除時(shí)，要嚴(yán)格測量所產(chǎn)生裂紋的長度及深度，根據(jù)石油鉆具的螺紋錐度進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。其次，要使用車床做進(jìn)一步的修復(fù)，假如所出現(xiàn)的裂紋長度小于3m，則可運(yùn)用砂輪機(jī)直接進(jìn)行打磨，最終呈現(xiàn)出完并無損傷的狀態(tài)時(shí)，便可繼續(xù)使用。最后，由于在過程中需要用到切割機(jī)械及車床等設(shè)備，因此，要加大對于作業(yè)人員的防護(hù)，相關(guān)人員要按要求佩戴好勞保工具，減少在作業(yè)中出現(xiàn)的損傷，在作業(yè)時(shí)，相關(guān)機(jī)械也應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行作業(yè)。

2 磁粉探傷石油鉆具螺紋缺陷

2.1 存在缺陷

2.1.1 檢測程序復(fù)雜

根據(jù)上述石油鉆具螺紋磁粉探傷方法及過程步驟來看，其存在以下幾方面的特點(diǎn)。一是在準(zhǔn)備工作方面較為繁瑣。由于需要準(zhǔn)備的工具及檢測設(shè)備較多，所以，需要較多人員共同完成，因而在檢測過程中容易發(fā)生流程上、順序上的失誤及準(zhǔn)備不到位的情況。二是檢測物品的危險(xiǎn)性較高。尤其是煤油在存放方面存在一定的危險(xiǎn)性，再加上部分單位對于檢測作業(yè)環(huán)境如果沒有一定的把控，則易發(fā)生安全問題。三是技術(shù)要求較高。在檢測過程中，對于磁懸液調(diào)配原料的問題，雖然理論上有一定的選擇標(biāo)準(zhǔn)，但是在實(shí)踐性方面，當(dāng)前仍要依靠部分工作人員的經(jīng)驗(yàn)才可對其進(jìn)行判別，因此不能保證后期的檢測質(zhì)量的穩(wěn)定性。加之，對于紫外燈的操作也需要一定的操作水平，對工作人員而言，在技術(shù)和身心健康方面都是一種挑戰(zhàn)。

2.1.2 檢測設(shè)備較大

在檢驗(yàn)過程中，無論是磁懸液的配比還是檢測設(shè)備，都存在體積過大的問題。這種檢測方式使得檢測儀器無法隨身攜帶，石油鉆具只能運(yùn)輸?shù)街付ǖ牡攸c(diǎn)進(jìn)行檢測，這不僅缺乏了時(shí)效性，還影響了作業(yè)效率，并且基于檢測設(shè)備體積較大的特點(diǎn)，工作人員在工作時(shí)也會消耗極大的體力。另外，在鉆具螺紋加工的過程中，也會對鉆具產(chǎn)生一定的影響，會產(chǎn)生刀痕之類的細(xì)長條偽缺陷磁痕，因此在辨別上很容易發(fā)生誤判的情況，工作人員需要反復(fù)地比對和觀察，才能區(qū)分刀痕和淺裂紋，因此在檢測過程當(dāng)中就會消耗過多的時(shí)間，進(jìn)而影響到石油鉆井工作的效率。針對當(dāng)前檢測設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)，如何將設(shè)備進(jìn)一步縮小，并可實(shí)行時(shí)效性檢測，成為了難點(diǎn)之一。

2.1.3 開采成本較高

當(dāng)前，由于熒光磁粉檢測技術(shù)的局限性，對石油鉆具進(jìn)行檢查只能依靠鉆具先進(jìn)行作業(yè)再進(jìn)行檢查的方式開展，這種探傷形式存在一定的滯后性，使得整體檢測過程較為被動，開采的成本也較高。一是對于人力及物力而言都是一種損耗；二是增加了石油的開采時(shí)間。因此，如何減少對于此項(xiàng)檢測的成本投入，也成為了解決當(dāng)前石油探傷技術(shù)的重點(diǎn)之一［4］。

2.2 應(yīng)對策略

2.2.1 簡化檢測流程

當(dāng)前，針對檢測技術(shù)所存在的缺陷應(yīng)進(jìn)一步簡化檢測的流程，提高工作的銜接度，并進(jìn)一步提升工作人員的工作效率。因此，相關(guān)單位應(yīng)重視科學(xué)技術(shù)的研發(fā)，以提高效率和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，注重技術(shù)人才的培養(yǎng)，并為相關(guān)科研人員提供一個(gè)良好的作業(yè)條件。

首先，相關(guān)單位可與專業(yè)院校人員形成協(xié)同交流研發(fā)模式，加大對于此項(xiàng)檢測技術(shù)的開發(fā)與研究，提高檢測的科學(xué)性。其次，由于檢測過程中對于操作人員的專業(yè)要求較高，因此，在人員的錄用時(shí)，要加大對于有關(guān)人員資質(zhì)的審查，有關(guān)單位可為資質(zhì)較低及可培養(yǎng)人才提供申請和進(jìn)修的機(jī)會，加大技術(shù)人才培養(yǎng)力度［5］。再次，由于當(dāng)前檢測作業(yè)過程中需要將理論知識與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，因此，有關(guān)單位應(yīng)推動工作人員的“以老帶新”意識，將工作中所積累的經(jīng)驗(yàn)與其他工作人員分享，以便進(jìn)一步優(yōu)化檢測流程，縮短檢測時(shí)長。最后，應(yīng)重視工作人員的專業(yè)培訓(xùn)工作，只有掌握了扎實(shí)的專業(yè)操作技術(shù)，才能進(jìn)一步簡化檢測流程，并保證檢測結(jié)果的安全穩(wěn)定性，定期設(shè)立培訓(xùn)方案，部分工作人員可對實(shí)踐工作中所產(chǎn)生的新想法進(jìn)行交流與實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 加大設(shè)備開發(fā)

針對當(dāng)前設(shè)備所存在的體積過大的問題，應(yīng)進(jìn)一步加大對于檢測設(shè)備和檢測材料的研發(fā)工作，縮小檢測設(shè)備的體積。如今，對于物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，建議引入到檢測過程之中，并可實(shí)現(xiàn)井下檢測。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備射頻識別技術(shù)和各類傳感器，在檢測時(shí)，可放置鉆具需檢測部位，依靠傳感網(wǎng)和云計(jì)算架構(gòu)，結(jié)合計(jì)算機(jī)人機(jī)畫面，進(jìn)行檢測，設(shè)立可移動終端。當(dāng)然，這只是初步的設(shè)想，針對后期的落實(shí)，還是需要科研人員不斷地實(shí)驗(yàn)，或發(fā)明全新的檢測方法，代替熒光磁粉檢測，才能解決當(dāng)前檢測設(shè)備體積較大的問題。像紫光燈等設(shè)備，建議將其縮小化，改變傳統(tǒng)的燈管物理檢測方式，結(jié)合當(dāng)前LED技術(shù)，研究是否可以通過其他方式放大紫光燈的檢測范圍。

當(dāng)前，我國石油開采行業(yè)雖得到了一定的發(fā)展，但與發(fā)達(dá)國家相比還存在一定的滯后性。因此，建議有關(guān)單位加大與國外先進(jìn)石油開采及檢測企業(yè)進(jìn)行交流，解決當(dāng)前我國石油鉆具大多都是進(jìn)口的問題，并提高檢測設(shè)備和技術(shù)的先進(jìn)性，以此推動我國石油行業(yè)的發(fā)展。

2.2.3 重視檢測反饋

為了減少檢測工作和石油鉆具發(fā)生損傷等現(xiàn)象，在檢測和修復(fù)之后，相關(guān)工作人員一定要重視檢測人員所給出的評估建議，改變作業(yè)過程中出現(xiàn)的不良問題，如突然導(dǎo)致鉆具受力點(diǎn)的移動等，盡量減少對于鉆具的損傷，提高對于鉆具日常的保護(hù)。同時(shí)，要加大對于鉆具購買渠道的控制，減少在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的刀痕等情況影響檢測結(jié)果和檢測時(shí)效。另外，有關(guān)工作人員也要加大對于檢測方法的研究，例如，江蘇省射陽探傷設(shè)備公司的工作人員就發(fā)明了一種可以使得石油開采工作在井下作業(yè)與螺紋檢測同時(shí)進(jìn)行的裝置，被稱為CZX-1型熒光磁粉探傷裝置，這種裝置可以大大提高工作人員工作的實(shí)效性，并能減少作業(yè)過程中的不安全現(xiàn)象［6］。針對當(dāng)前檢測技術(shù)所反饋出的意見和石油企業(yè)的需求，工作人員也進(jìn)一步提高了這種設(shè)備的磁化能力，并且就靈敏性而言也比傳統(tǒng)的磁粉檢測要高，經(jīng)過多方實(shí)驗(yàn)也具有一定的穩(wěn)定性，因此建議在大范圍內(nèi)進(jìn)行推廣。此種零件還解決了成本過高的問題，能夠在檢測鉆具的同時(shí)，檢測其他工件。

3 結(jié)語

綜上所述，熒光磁粉檢測石油鉆具螺紋損傷是當(dāng)前主要的探傷技術(shù)，其對石油鉆具的實(shí)際應(yīng)用操作有著巨大的影響，尤其是當(dāng)前我國部分鉆具都是從國外進(jìn)口的狀態(tài)之下，購買投入金額花費(fèi)極高，如不加大對于鉆具螺紋損傷的檢測，勢必會影響到石油開采的安全問題及作業(yè)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。對于當(dāng)前此種探測方法所存在的缺陷，相關(guān)人員應(yīng)加大優(yōu)化措施，推動我國石油開采技術(shù)的發(fā)展。