基于石油鉆具缺陷的磁記憶檢測試驗研究

魏剛，王昌侖，王青

（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司管具與井控技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300280）

石油鉆具是石化企業(yè)運行過程中最常見的一種工具，其能夠幫助石化企業(yè)開展相應(yīng)的生產(chǎn)工作。但是由于石油鉆具工作處于高壓、高溫且具備一定腐蝕性的環(huán)境中，導(dǎo)致其很容易出現(xiàn)損壞以及安全隱患。因此，在石油鉆具的實際應(yīng)用中，需要對其缺陷進行檢測，磁記憶檢測技術(shù)就是常見的一種檢測技術(shù)，需要針對其應(yīng)用情況進行改進。

1 磁記憶檢測技術(shù)的原理

磁記憶是指工具自身具備金屬構(gòu)件，并且在實際的應(yīng)用過程中會因為工作環(huán)境的影響以及自然環(huán)境中磁場的變動而產(chǎn)生一定的變化。在該過程中，相應(yīng)金屬構(gòu)件自身的磁力以及磁場情況會被保留，形成金屬的磁性狀態(tài)，這就是磁記憶。這種狀態(tài)在金屬工具中并不會消失，其只會出現(xiàn)消退的現(xiàn)象。金屬構(gòu)件再次加入工作狀態(tài)中時，其自身會因為壓力荷載出現(xiàn)磁力變動，不同部位的磁力變動以及變動的實際情況都能夠代表著金屬構(gòu)件自身缺陷所在的位置，可以幫助相關(guān)人員快速地定位缺陷位置，對鉆具自身進行全面精準地檢測，保證鉆具的使用安全與效率。

2 石油鉆具缺陷類型及檢測方式

2.1 石油鉆具缺陷

石油鉆具的工作環(huán)境比較惡劣，因此鉆具的隱患以及故障概率較高。在石油鉆具的缺陷方面，其最常見的就是鉆具轉(zhuǎn)換接頭以及鉆鋌的缺陷。在工作中，如果因為壓力過大或者連續(xù)工作過程中的操作不當，就會導(dǎo)致石油鉆具自身的轉(zhuǎn)換器受到較大的應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，這會對石油鉆具自身的質(zhì)量造成嚴重的影響。而且鉆具工作的深度較大，其內(nèi)部的溫度與石油的腐蝕性也較強，部分鉆具在使用過后可能會出現(xiàn)外表腐蝕的情況，影響其鉆孔的力度與效率。

2.2 檢測方式

石油鉆具缺陷檢測技術(shù)也有很多。

第一種是超聲波檢測技術(shù)，相關(guān)人員可以通過使用超聲波來對鉆具內(nèi)部進行檢測。工作人員可以將發(fā)射與接收的聲信號通過信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，就可以根?jù)信號脈沖的情況來對石油鉆具自身的情況進行判定。不過，由于超聲波的發(fā)射角度以及發(fā)射路徑不能改變，因此對于鉆具縱向上的隱患缺陷起不到較好的檢測作用。

第二種是螺紋磁粉檢測，該種檢測技術(shù)對于磁場有著一定的依賴，其主要根據(jù)磁粉在不同部位形成的痕跡來判斷缺陷情況，磁粉在缺陷部位會因為磁場外漏而導(dǎo)致磁粉分散出現(xiàn)痕跡。但是其并不能針對鉆具的內(nèi)部進行缺陷檢測。

第三種檢測技術(shù)是射線檢測技術(shù)，射線檢測技術(shù)與超聲波檢測技術(shù)原理相似，都是通過發(fā)射與接收的方式來對石油鉆具內(nèi)部的缺陷情況進行了解。在該過程中，其主要是通過光信號進行檢測，其可以針對內(nèi)部的密度以及結(jié)構(gòu)變化來反映出鉆具的實際應(yīng)用情況，其能夠在相應(yīng)設(shè)備上形成比較全面的圖像，以此來體現(xiàn)出鉆具自身的缺陷部位以及缺陷情況。但是，其操作比較復(fù)雜，并且精度會受到一定影響，整體的實用性有著一定的不足。

3 基于石油鉆具缺陷的磁記憶檢測方式試驗

3.1 試驗準備

根據(jù)磁記憶檢測技術(shù)的特點以及現(xiàn)場情況，需要在試驗開始前準備多種儀器。最先需要準備的是磁記憶檢測儀，其具備脈沖檢測以及測距功能，并且精度與抗干擾性能更好，能夠為磁記憶檢測技術(shù)提供更優(yōu)越的操作環(huán)境。同時，需要準備濾波器、傳感器、計算機以及轉(zhuǎn)換器。其中傳感器作為主要探頭進行參數(shù)傳輸，需要針對壓力、溫度、阻力、位移幾種類型分別準備1～2個傳感器探頭，以保證數(shù)據(jù)精準性。其中以石油鉆具的鉆頭轉(zhuǎn)換器以及鉆鋌作為主要的傳感器安裝位置。

3.2 試驗步驟

3.2.1 裂紋缺陷有限元分析

裂紋缺陷是在高壓狀態(tài)下，工作人員操作不當造成的鉆具缺陷。試驗中，將工作環(huán)境中鉆具的荷載設(shè)置為5～10MPa，同時，準備的鉆具裂紋深度分別為1mm、3mm、5mm，在荷載變化以及裂紋深度變動情況下，針對鉆具自身的磁記憶磁場變化進行分析。在試驗開始后，最先針對荷載不變動情況下1mm裂紋深度的情況進行分析，其中當鉆具經(jīng)過磁記憶檢測時，其計算機圖像上顯示的相應(yīng)變化情況是鉆具自身的荷載處于較平穩(wěn)的狀態(tài)中，其具體數(shù)值在5～6.4MPa有著一定的波動。同時檢測路徑中的磁場也沒有明顯的變化情況，整體的曲線波動趨于平穩(wěn)。在裂紋深度達到3mm的時候，其計算機上磁場顯示路徑中的波動開始變大，但是波動并不明顯，隨著其整體的裂紋深度達到5mm，整體磁記憶檢測的曲線波動幅度逐漸變大。因此可知，石油鉆具自身的磁記憶檢測過程中，裂紋深度，即缺陷部位的缺陷程度越高，其在磁記憶檢測技術(shù)的成像中顯示的磁曲線的波動幅度就會越大。

之后需要針對5MPa、7MPa、9MPa不同荷載情況下的石油鉆具的磁記憶檢測技術(shù)情況進行分析，其中將裂紋深度設(shè)置為2mm以及3mm。在試驗過程中，最先針對荷載在5MPa情況下的石油鉆具實際情況進行分析，在該種情況下，石油鉆具的裂紋深度達到1mm的時候，其磁記憶檢測技術(shù)應(yīng)用的實際曲線波動較大，而在裂紋深度達到2mm的時候，其自身的磁場曲線的實際波動情況進一步擴大。之后將荷載提升到7MPa以及9MPa的時候，大致磁記憶檢測曲線變化情況與第一種情況相同，但具體波動數(shù)值逐漸提升。

3.2.2 氣孔有限元分析

內(nèi)部氣孔是鉆具缺陷磁記憶檢測技術(shù)中的一種影響因素。將氣孔深度的數(shù)值控制在1mm、2mm、3mm。之后針對石油鉆具與不同氣孔深度情況下磁記憶檢測技術(shù)的曲線變化情況進行分析，當石油鉆具氣孔深度在1mm的時候，其實際的磁記憶檢測技術(shù)應(yīng)用中曲線的變化數(shù)值開始逐漸提升，當在試驗過程中將相應(yīng)的氣孔深度降低的時候，整體的石油鉆具的氣孔深度從1mm提升到3mm的過程中，磁記憶檢測技術(shù)在計算機上顯示的成像曲線開始發(fā)生一定的改變。隨著相應(yīng)氣孔深度的提升，石油鉆具自身的磁記憶檢測技術(shù)的曲線變化也開始逐漸加大，其曲線的實際變化幅度逐漸提升。

之后需要針對氣孔深度與應(yīng)力之間的關(guān)系進行探究，在相互關(guān)系中，需要設(shè)置5MPa、7MPa、9MPa幾個標準，同時將氣孔深度設(shè)置為1mm以及2mm。在設(shè)置完成后，可以依據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)開展試驗。在試驗過程中，當應(yīng)力數(shù)值在5MPa時，其石油鉆具氣孔深度在1mm的時候，其自身磁記憶檢測技術(shù)中曲線變化的情況會出現(xiàn)波動，但是整體波動較小。而在石油鉆具氣孔深度為2mm的時候，其自身的曲線波動會出現(xiàn)極大值。隨著應(yīng)力數(shù)值的逐漸提升，石油鉆具的磁記憶檢測效果也在逐漸提升，而在該過程中，其實際的變動情況會隨著相應(yīng)的石油鉆具磁記憶檢測技術(shù)曲線波動出現(xiàn)幅度逐漸提升的變化。

3.2.3 焊縫檢測

在鉆具焊縫的磁記憶檢測技術(shù)應(yīng)用過程中，會使用傳感器探頭對鉆具的各個部位進行全面地檢測。在檢測過程中，會經(jīng)過傳感器探頭對各類參數(shù)信息進行獲取，進而得出最終的焊縫情況。在過程中，最先需要針對相應(yīng)的鉆具部位進行檢測，在檢測過程中，從右至左的過程中，其實際的磁記憶檢測技術(shù)會通過鉆具的實際變動出現(xiàn)較大的脈沖變化。在參數(shù)變動中，會發(fā)現(xiàn)焊縫檢測的脈沖數(shù)值在法向梯度部位出現(xiàn)波動，其數(shù)值從平均150提升到了約230。但是，在該過程的監(jiān)測過程中，其并未針對石油鉆具的實際情況檢測出缺陷。在數(shù)值變化曲線的變動中，針對參數(shù)波動部位從縱向方位再次開展檢測。在縱向的檢測過程中，其脈沖參數(shù)再次出現(xiàn)一個較大的波動數(shù)值。在該數(shù)值的波動過程中，通過空間坐標系的建立，結(jié)合首次焊縫情況試驗的實際波動位置，能夠得出具體的缺陷部位。經(jīng)過現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)在相對應(yīng)的部位出現(xiàn)了氣孔缺陷，并且整體平面上不光滑，其實際的質(zhì)量不佳。

3.3 試驗分析

3.3.1 應(yīng)力集中

在石油鉆具的磁記憶檢測過程中，其原理中已經(jīng)提及，該技術(shù)使石油鉆具在實際應(yīng)用中受到應(yīng)力作用，進而在相關(guān)部位產(chǎn)生漏磁現(xiàn)象，出現(xiàn)磁記憶現(xiàn)象，進而能夠依據(jù)該種特點針對石油鉆具進行分析與研究的一種方式。在此過程中，磁場曲線會過零點，并且向法向梯度的磁記憶信號，產(chǎn)生極值。因此，在石油鉆具的磁記憶檢測技術(shù)應(yīng)用試驗過程中，其結(jié)合了多種缺陷場景下石油鉆具與應(yīng)力之間產(chǎn)生的相互關(guān)系作用變化，對石油鉆具磁記憶檢測技術(shù)中相對應(yīng)的應(yīng)力變化規(guī)律以及檢測結(jié)果的變化情況進行分析。在上文中針對相應(yīng)石油鉆具的磁記憶檢測技術(shù)應(yīng)用手段進行探測的過程中可以發(fā)現(xiàn)，其自身的磁記憶檢測技術(shù)與應(yīng)力之間呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。在裂紋深度與氣孔深度的影響中，磁記憶檢測技術(shù)在石油鉆具中的檢測結(jié)果是與應(yīng)力大小有著直接聯(lián)系的。應(yīng)力越大，石油鉆具在實際檢測過程中的變動程度就越大，因此在石油鉆具的磁記憶檢測技術(shù)應(yīng)用中，其實際的應(yīng)力變動是最主要的參數(shù)之一。在磁記憶檢測過程中，會發(fā)現(xiàn)應(yīng)力導(dǎo)致的磁記憶檢測技術(shù)曲線波動變大時，其通常都是應(yīng)力的集中位置，能夠在磁記憶檢測技術(shù)應(yīng)用過程中出現(xiàn)較大的漏磁現(xiàn)象。因此，在磁記憶檢測技術(shù)中，需要使用磁記憶信號的極值來表示磁記憶檢測技術(shù)在實際應(yīng)用中產(chǎn)生的石油鉆具應(yīng)力狀態(tài)。因此，在石油鉆具磁記憶檢測技術(shù)的試驗中，通過其中得出的關(guān)系以及磁記憶檢測技術(shù)自身的特點可以得知，在磁記憶檢測技術(shù)中，可通過此信號曲線的極值來針對曲線法向梯度分布特征來確定石油鉆具的應(yīng)力集中位置，進而精準地定位到相應(yīng)的缺陷部位。

3.3.2 應(yīng)力狀態(tài)

在石油鉆具磁記憶檢測技術(shù)試驗中，應(yīng)力狀態(tài)與漏磁點位之間有著緊密聯(lián)系。針對石油鉆具進行拉伸，并且同時觀測磁記憶檢測曲線的波動情況，由于其兩者之間產(chǎn)生相應(yīng)的聯(lián)系，因此，其能夠通過磁信號曲線來針對相應(yīng)的石油鉆具缺陷情況進行判斷。

在磁記憶檢測技術(shù)中，有一種狀態(tài)為屈服階段，該狀態(tài)下石油鉆具自身的磁信號開始向著極值靠近。而且在上文中的試驗過程中可以發(fā)現(xiàn)，其自身的實際磁信號變化與其自身的相應(yīng)應(yīng)力有著緊密聯(lián)系，因此，石油鉆具的磁記憶檢測技術(shù)與應(yīng)力數(shù)值變動情況之間存在著一定的聯(lián)系。應(yīng)力狀態(tài)與石油鉆具的磁記憶檢測技術(shù)之間呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，可以在磁記憶檢測技術(shù)過程中借助該種相關(guān)性來針對石油鉆具的缺陷部位以及缺陷情況進行全面地了解。

3.3.3 主觀影響因素

在試驗過程中，石油鉆具磁記憶檢測技術(shù)的最終結(jié)果以及變化情況會具有一定的差異性，即便在試驗中將各種變量參數(shù)控制好也會出現(xiàn)變動。這是因為在石油鉆具磁記憶檢測技術(shù)的應(yīng)用過程中，其自身會因為部分因素產(chǎn)生數(shù)值上的變動與偏離。

在石油鉆具磁記憶檢測技術(shù)的應(yīng)用過程中，通過試驗對磁記憶信號的分析與探測，能夠得出測量方式對于磁記憶檢測技術(shù)的實際影響。在該過程中，離線測量與在線測量之間產(chǎn)生的結(jié)果會出現(xiàn)明顯變化。

在在線測量過程中，一切數(shù)值與條件不變的情況下，整體的測量磁場梯度會有一定的提升，而離線測量過程中，其自身的數(shù)值波動情況會相對應(yīng)降低。這種情況說明在實際的磁記憶檢測技術(shù)中，需要盡可能采取相應(yīng)的離線測量方式來進行測量，進而得到較為精準的測量結(jié)果。

同時，可控的影響因素中含有試驗過程中使用的相應(yīng)探頭的數(shù)值，在使用過程中，探頭會影響磁記憶信號的實際數(shù)值，進而對相應(yīng)的磁場強度造成影響。在試驗過程中，探頭自身產(chǎn)生的相應(yīng)提離值控制需要試驗人員將試驗過程中的探頭參數(shù)進行控制，以此來確定探頭數(shù)值的穩(wěn)定性。

3.3.4 客觀影響因素

石油鉆具磁記憶檢測技術(shù)應(yīng)用過程中會涉及磁場的變化以及金屬磁記憶現(xiàn)象的磁信號波動。但是，在檢測過程中，鉆具自身的材料會因為工作環(huán)境中影響因素的變化出現(xiàn)自身的狀態(tài)波動。這種波動會導(dǎo)致相應(yīng)的石油鉆具磁記憶檢測技術(shù)出現(xiàn)一定的問題。在檢測過程中，如果出現(xiàn)金屬材料性質(zhì)發(fā)生改變的情況，其自身會產(chǎn)生較混亂的初始磁場，這種磁場干擾磁記憶檢測技術(shù)產(chǎn)生的信號，進而導(dǎo)致最終產(chǎn)生的磁記憶曲線出現(xiàn)混亂。這種情況是由環(huán)境磁場引起的，但是這種屬于不可控因素，只能在試驗過程中盡可能提升磁記憶檢測技術(shù)的溫度與應(yīng)力控制力度，以此降低磁記憶檢測技術(shù)中的環(huán)境磁場影響程度。

4 結(jié)語

石油鉆具磁記憶檢測技術(shù)試驗?zāi)軌蜥槍κ豌@具的實際情況進行分析，得出最精準的石油鉆具磁記憶檢測技術(shù)的實際結(jié)果。在此過程中，需要針對磁記憶檢測技術(shù)的影響與因素以及技術(shù)檢測過程中應(yīng)力與磁記憶信號曲線之間的關(guān)系進行分析，盡可能降低檢測過程中的影響程度，進而保障磁記憶檢測技術(shù)的實際效用。