關(guān)于石油鉆桿損傷檢測工藝的特點(diǎn)及應(yīng)用研究

楊文付，劉智超，陳靜

（渤海能克鉆桿有限公司，河北 滄州 062650）

我國石油天然氣勘探及開發(fā)始終都屬于極其關(guān)鍵的內(nèi)容，不僅會(huì)影響到人們的生活質(zhì)量，而且還會(huì)影響到國家的發(fā)展速度，因此必須重視石油天然氣的勘探與開發(fā)。不過在石油天然氣的勘探與開發(fā)當(dāng)中，始終存在一個(gè)較大的問題，就是怎樣花費(fèi)最少的成本得到最大的回報(bào)效率，給石油天然氣公司帶來更加可觀的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)更好更快的發(fā)展。在實(shí)際當(dāng)中，影響石油天然氣勘探與開發(fā)的因素非常多，由此必須采取有效的措施進(jìn)行解決，以保證石油天然氣勘探與開發(fā)順利完成，避免風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)。現(xiàn)階段我國石油天然氣在勘探與開發(fā)的過程中，較為嚴(yán)重的問題就是鉆桿損傷問題，所以在此就以石油鉆桿為主要的研究對(duì)象，對(duì)其檢測工藝特點(diǎn)及應(yīng)用展開了詳細(xì)的研究。因?yàn)殂@孔技術(shù)本身就存在很多的問題，再加上技術(shù)落后，這就使其在石油勘探與開發(fā)的時(shí)候，會(huì)給石油鉆桿帶來不同程度的損傷。于是就對(duì)已經(jīng)發(fā)生損傷的石油鉆桿展開探究，以探究其損傷的程度，從而判斷該石油鉆桿在石油勘探與開發(fā)當(dāng)中還能不能應(yīng)用。

1 造成石油鉆桿損傷的主要因素

因?yàn)槭豌@桿會(huì)長時(shí)間應(yīng)用在石油天然氣勘探與開發(fā)中，就非常容易受損。同時(shí)石油鉆桿在石油天然氣勘探的時(shí)候，需要在其上方連接方鉆桿，在其下方連接鉆鋌，以此來增大旋轉(zhuǎn)扭矩的作用，保證鉆井液輸送更加穩(wěn)定、高效。

由此可見，石油鉆桿在石油勘探與開發(fā)當(dāng)中非常的重要，應(yīng)用非常的廣泛。因此，如果石油鉆桿發(fā)生各種損傷而造成其無法運(yùn)行，則會(huì)嚴(yán)重影響到石油勘探與開發(fā)的效率，使石油無法被有效的開采，不僅會(huì)影響石油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且還會(huì)影響石油開采的進(jìn)度，給石油企業(yè)發(fā)展帶來嚴(yán)重的抑制作用。通過研究能夠發(fā)現(xiàn)，石油鉆桿在石油天然氣勘探與開發(fā)當(dāng)中，導(dǎo)致石油鉆桿損傷的主要因素有兩個(gè)，分別為：加厚型鉆桿的過渡區(qū)應(yīng)力較為集中以及鉆桿非常容易發(fā)生腐蝕侵害。

1.1 加厚型鉆桿的過渡區(qū)應(yīng)力較為集中

現(xiàn)階段我國在勘探與開發(fā)石油的時(shí)候，最常用的鉆桿類型就是加厚型的鉆桿，因?yàn)榧雍裥偷你@桿非常堅(jiān)固，不會(huì)受外界因素的干擾而發(fā)生形變，并且加厚型的鉆桿承受能力更強(qiáng)，所以被廣泛用于石油勘探與開發(fā)當(dāng)中。不過加厚型的鉆桿也存在著很多的問題，其中最大的問題就是其過渡區(qū)和管體交合處的應(yīng)力較為集中，就使得該處的橫截面應(yīng)力非常大，當(dāng)鉆桿無法承受此應(yīng)力時(shí)，就會(huì)發(fā)生形變，甚至斷裂。

1.2 鉆桿非常容易發(fā)生腐蝕侵害

因?yàn)樵诳碧脚c開發(fā)石油天然氣的時(shí)候，需要借助石油鉆桿進(jìn)行鉆井液運(yùn)送以及扭矩傳遞，在此過程當(dāng)中就會(huì)存在很多因素造成石油鉆桿發(fā)生腐蝕侵害，而且由不同因素所引發(fā)的石油鉆桿腐蝕程度也會(huì)不一樣。當(dāng)石油鉆桿發(fā)生腐蝕侵害的時(shí)候，其鉆井能力以及質(zhì)量就會(huì)受到嚴(yán)重的影響，進(jìn)而造成不同程度的損傷。為更加了解石油鉆桿的腐蝕損傷情況，就實(shí)施了大量的研究及分析，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)石油鉆桿腐蝕損傷進(jìn)行了全面的整理和總結(jié)，通常石油鉆桿腐蝕損傷情況包括兩種形式：

一種是均衡腐蝕損傷，另一種是點(diǎn)狀腐蝕損傷，對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行深入的探索可知，導(dǎo)致石油鉆桿發(fā)生腐蝕損傷的主要原因就是因?yàn)槭豌@桿在運(yùn)行的時(shí)候，其周圍存在腐蝕介質(zhì)以及交變應(yīng)力，從而造成石油鉆桿發(fā)生腐蝕情況。

即使石油鉆桿具有一些抗腐蝕性能，不過長時(shí)間在腐蝕環(huán)境中工作，就會(huì)使其抗腐蝕性能越來越低，慢慢的石油鉆桿腐蝕性能就會(huì)嚴(yán)重下降，從而使其受到腐蝕，并且腐蝕的速度會(huì)越來越快，最終產(chǎn)生均衡腐蝕損傷或者點(diǎn)狀腐蝕損傷。同時(shí)還有一個(gè)因素也會(huì)嚴(yán)重造成石油鉆桿發(fā)生腐蝕損傷，就是鉆桿與礦井的摩擦作用，因?yàn)殂@桿長時(shí)間和礦井產(chǎn)生摩擦作用，就使得鉆桿的表面抗腐蝕層會(huì)逐漸變薄，進(jìn)而使腐蝕物質(zhì)進(jìn)入，嚴(yán)重腐蝕石油鉆桿。

2 石油鉆桿損害檢測工藝及特點(diǎn)

從我國石油鉆桿當(dāng)前的發(fā)展情況上看，常用的檢測石油鉆桿損害程度的工藝有兩個(gè)，分別為：電磁檢測工藝和超聲波檢測工藝。對(duì)于電磁檢測工藝來說，其主要是檢測螺紋及管體腐蝕情況的；對(duì)于超聲波檢測工藝來說，其主要是檢測兩端腐蝕情況的，所以在實(shí)際檢測的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)將這兩種工藝結(jié)合在一起應(yīng)用。

2.1 電磁檢測工藝

電磁檢測工藝主要檢測的是螺紋以及管體。因?yàn)槭豌@桿的管體厚度屬于均衡形式，所以能夠良好運(yùn)用電磁檢測法對(duì)石油鉆桿的內(nèi)部損傷狀況進(jìn)行檢測。電磁檢測工藝的運(yùn)行原理主要為：對(duì)石油鉆桿的管體內(nèi)部展開磁化，進(jìn)而使損傷區(qū)域和完整區(qū)域具有顯著的差別，最終檢測出損傷的狀況。

在檢測石油鉆桿螺紋的時(shí)候也和檢測石油鉆桿管體一樣，先對(duì)石油鉆桿的螺紋展開磁化處理，這樣石油鉆桿的表層鐵磁粉末就會(huì)被磁場吸收，當(dāng)石油鉆桿的表層鐵磁粉末全部被吸收之后，就能夠通過吸收量的情況判斷石油鉆桿的損傷程度，運(yùn)用電磁檢測工藝檢測石油鉆桿螺紋損傷情況時(shí)，可從以下幾個(gè)方面展開，首先，內(nèi)外壁的磨損情況。其次，裂紋的探傷狀態(tài)。最后，空洞的深度狀況。

2.2 超聲波檢測工藝

因?yàn)槭豌@桿的兩邊分別是吊卡直臺(tái)堅(jiān)以及過渡區(qū)域，所以結(jié)構(gòu)非常的復(fù)雜，并且石油鉆桿兩邊的壁極其厚重，因此運(yùn)用普通檢測工藝是無法準(zhǔn)確判斷石油鉆桿內(nèi)部的損傷情況，必須運(yùn)用超聲波檢測工藝才能有效檢測出內(nèi)部的損傷情況。超聲波檢測工藝的運(yùn)行原理為：先運(yùn)用脈沖回波來檢測石油鉆桿的厚度，然后借助探傷儀發(fā)射電路向探頭發(fā)出一個(gè)信號(hào)，這樣石油鉆桿的周圍就會(huì)形成一個(gè)超聲場，如果超聲波在此超聲場里產(chǎn)生阻礙，就代表石油鉆桿端區(qū)的內(nèi)部產(chǎn)生了損傷。

一般超聲波檢測工藝主要是用來檢測三個(gè)區(qū)域的，分別為：腐蝕抗區(qū)域、裂紋區(qū)域以及噴焊區(qū)域。在一次石油勘探的時(shí)候，檢測到石油的上部具有較多的巖石層，給石油開采帶來了很大的阻礙，所以為了能夠順利高效的開采石油，就需要透過巖石層，以準(zhǔn)確勘探石油的位置，于是就有人采用高預(yù)淬火的方法，來增大石油鉆桿的表面堅(jiān)硬度，最后再開始實(shí)施開采。不過，運(yùn)用此種方法，石油鉆桿在運(yùn)行一段時(shí)間之后就會(huì)產(chǎn)生較多的裂痕，經(jīng)過深入分析之后能夠發(fā)現(xiàn)，造成石油鉆桿裂痕的主要原因就是因?yàn)槭豌@桿發(fā)生了斑點(diǎn)腐蝕，并且腐蝕面積占總面積的20%，而且有的斑點(diǎn)深度已經(jīng)處于1.5 ～1.8mm，長度處于7 ～8mm，石油鉆桿的縱斷面裂痕長度處于3 ～5mm。經(jīng)過詳細(xì)的研究和分析能夠準(zhǔn)確判斷出造成石油鉆桿損傷的因素，就是石油鉆桿受到了嚴(yán)重的腐蝕侵害，而引發(fā)腐蝕侵害的主要原因是由于石油鉆桿長時(shí)間處于腐蝕環(huán)境造成的。將電磁檢測工藝與超聲波檢測工藝相結(jié)合，就能夠準(zhǔn)確檢測出石油鉆桿所有區(qū)域的腐蝕情況，再經(jīng)過比對(duì)分析之后，就能準(zhǔn)確判斷石油鉆桿的損傷情況，從而保證石油勘探和開發(fā)順利穩(wěn)定的完成。

3 石油鉆桿損傷檢測工藝應(yīng)用

在對(duì)石油鉆桿損傷檢測的時(shí)候，應(yīng)將電磁檢測工藝和超聲波檢測工藝結(jié)合使用，這樣才能準(zhǔn)確檢測出石油鉆桿所有區(qū)域的腐蝕損傷情況，并且深入分析，以準(zhǔn)確判斷石油鉆桿的損傷程度，從而才能保證石油鉆桿的安全和質(zhì)量，最終促使石油勘探和開發(fā)更加的高效、順利和穩(wěn)定。

3.1 電磁檢測工藝應(yīng)用

石油鉆桿損傷電磁檢測工藝其實(shí)就是利用金屬表面的地球磁場作用來體現(xiàn)鉆桿應(yīng)力分布狀況的漏磁場信息。雖然地球磁場比較小，但是具有激勵(lì)源的效果。因?yàn)榈厍虼艌雠c周期性負(fù)載一同作用，就會(huì)使鐵制物品在應(yīng)力和應(yīng)變集中區(qū)域產(chǎn)生磁致伸縮性，其具有定向性和不可逆性，于是就形成了最大的漏磁場Hp，該磁狀態(tài)是不可逆的，所以當(dāng)載荷消失之后仍被保留，而且與最大作用應(yīng)力具有很大的關(guān)系。

通常在鉆井的時(shí)候，70%左右的石油鉆桿損傷產(chǎn)生于加厚過渡帶位置，因?yàn)榧雍襁^渡帶的應(yīng)力比較集中，再加上井段交變載荷作用，其表面就會(huì)出現(xiàn)裂紋源，進(jìn)而導(dǎo)致石油鉆桿發(fā)生彎曲，甚至斷裂情況。電磁檢測僅通過對(duì)石油鉆桿表面散射漏磁場Hp 實(shí)施檢測就能準(zhǔn)確判斷應(yīng)力集中的區(qū)域，再借助信號(hào)情況就能準(zhǔn)確判斷應(yīng)力的大小，從而有效解決石油鉆桿損傷問題。利用電磁檢測工藝能夠有效檢測出石油鉆桿的螺紋及管體腐蝕情況，從而確保石油鉆桿能夠穩(wěn)定安全的運(yùn)行，給石油企業(yè)發(fā)展帶來了很大的幫助。

3.2 超聲波檢測工藝

超聲波檢測工藝就是借助探傷儀向探頭發(fā)射電路的電信號(hào)，從而使探頭的壓電晶片形成0.5 ～25MHz 的高頻超聲場，此超聲場能夠透過石油鉆桿，于石油鉆桿內(nèi)部傳播，一旦遇到不連續(xù)的地方，超聲場內(nèi)的能量就會(huì)反射至探頭上，此時(shí)探頭會(huì)把聲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再傳遞至接收電路上，這樣接收電路就會(huì)把電信號(hào)給放大，最終在熒光屏上顯示出來，一般熒光屏的顯示回波幅度和反射的能量具有很大的關(guān)系，并且反射的能量還和連續(xù)情況具有很大的關(guān)系。

超聲波檢測損傷工藝的運(yùn)行機(jī)理和脈沖回波檢測工藝的運(yùn)行原理幾乎一樣，只不過脈沖回波檢測工藝對(duì)石油鉆桿加厚過渡區(qū)域運(yùn)用的是A 型脈沖回波技術(shù)，然后運(yùn)用直探頭以及斜探頭實(shí)施檢測。利用超聲波檢測工藝能夠良好檢測石油鉆桿兩端的腐蝕狀況，并且準(zhǔn)確判斷石油鉆桿的損傷程度，給石油勘探和開發(fā)帶來了很大的幫助，能夠保證石油順利穩(wěn)定的勘探和開采。

4 結(jié)語

通過上述內(nèi)容可知，因?yàn)榭萍嫉牟粩喟l(fā)展，社會(huì)的快速進(jìn)步，使得能源消耗越來越大，因此石油天然氣勘探與開發(fā)在我國屬于極其重要的內(nèi)容，不僅會(huì)影響人們的生活質(zhì)量，而且還會(huì)影響到國家的發(fā)展速度，因此必須保證石油穩(wěn)定高效的開采，同時(shí)保證石油天然氣項(xiàng)目工程更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。

在實(shí)際當(dāng)中，必須對(duì)石油鉆桿的損傷采用科學(xué)合理的方法進(jìn)行檢測，以準(zhǔn)確找出石油鉆桿損傷的因素，并采用有效的方法進(jìn)行解決。經(jīng)過對(duì)石油鉆桿損傷檢測工藝特點(diǎn)以及應(yīng)用的不斷研究可知，導(dǎo)致石油鉆桿損傷的主要因素有兩個(gè)，分別為：加厚型鉆桿的過渡區(qū)應(yīng)力較為集中以及鉆桿非常容易發(fā)生腐蝕侵害。常用的石油鉆桿損傷檢測方法有兩個(gè)，分別為：電磁檢測法以及超聲波檢測法。在實(shí)際檢測的時(shí)候，應(yīng)將兩種方法相結(jié)合運(yùn)用，以準(zhǔn)確找出導(dǎo)致石油鉆桿損傷的因素，同時(shí)采用合理科學(xué)的方法準(zhǔn)確判斷出石油鉆桿損傷的程度，從而保證石油勘探與開發(fā)順利完成，使石油企業(yè)發(fā)展更加快速。