石油管具螺紋漏磁檢測(cè)方法分析

時(shí)玉冰，李彬，楊波

（中國(guó)石油集團(tuán)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）

開(kāi)展鉆井操作期間，石油管具螺紋常產(chǎn)生絲扣、滑脫現(xiàn)象，若產(chǎn)生事故問(wèn)題，會(huì)給鉆井開(kāi)采帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。開(kāi)展石油管具螺紋漏磁檢測(cè)工作時(shí)，要適時(shí)關(guān)注該項(xiàng)檢測(cè)工作的各項(xiàng)細(xì)節(jié)，對(duì)鉆具的使用狀態(tài)進(jìn)行恰當(dāng)檢驗(yàn)，全面監(jiān)管檢測(cè)過(guò)程，嚴(yán)格控制螺紋可能出現(xiàn)的變形、銹蝕現(xiàn)象。

1 石油管具螺紋漏磁檢測(cè)的基礎(chǔ)性要求

一般來(lái)講，石油管具螺紋漏磁檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要率先收集產(chǎn)生磁化的材料，再檢測(cè)表面遭遇泄漏的磁場(chǎng)強(qiáng)度，根據(jù)該類(lèi)強(qiáng)度的變化范圍來(lái)探尋出相關(guān)工件的缺陷程度。若被檢測(cè)的工件其表面與內(nèi)部無(wú)任何缺陷，則磁可完全通過(guò)該工件；反之，內(nèi)部存有較大缺陷，則會(huì)大幅增加附近磁場(chǎng)阻力，使磁場(chǎng)出現(xiàn)不同程度的形變。進(jìn)行石油管具螺紋漏磁檢測(cè)期間，可將該項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)劃分成三部分，即大量磁繞過(guò)或通過(guò)對(duì)應(yīng)的缺陷部位；部分磁利用空氣中的上下表面來(lái)躲開(kāi)缺陷；部分磁繞過(guò)或通過(guò)缺陷部位，隨著缺陷范圍的擴(kuò)大，信號(hào)越來(lái)越強(qiáng)。當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)部存在缺陷時(shí)，管壁兩側(cè)都會(huì)產(chǎn)生較大變化，利用管道內(nèi)壁中的排列探頭可適時(shí)檢測(cè)出區(qū)域磁場(chǎng)變化，繼而借助漏磁信號(hào)來(lái)獲取缺陷部位的具體情況。

在探究石油管具螺紋漏磁檢測(cè)工作的基礎(chǔ)性要求時(shí)，操作人員可對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)的器具進(jìn)行合理控制，增強(qiáng)漏磁檢測(cè)工作的精準(zhǔn)性。（1）科學(xué)控制量規(guī)時(shí)間。正式開(kāi)展螺紋漏磁檢測(cè)期間，要合理使用檢測(cè)器具，如量規(guī)等，借助對(duì)相關(guān)器具的溫度控制不斷消減試驗(yàn)中的溫度差異。良好的溫度控制可確保當(dāng)前螺紋漏磁檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，降低溫度要素對(duì)該類(lèi)檢測(cè)質(zhì)量的影響，繼而在該項(xiàng)操作的影響下，全面提升檢測(cè)質(zhì)量。（2）合理標(biāo)注試驗(yàn)器具中的應(yīng)用符號(hào)。開(kāi)展螺紋漏磁檢測(cè)的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)信息，要合理把控該類(lèi)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，即在記錄螺紋漏磁檢測(cè)內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，并在合適的位置恰當(dāng)注明負(fù)號(hào)與正號(hào)。（3）實(shí)際檢測(cè)螺紋漏磁現(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)關(guān)注回零的正常性，若產(chǎn)生非正?，F(xiàn)象，則要進(jìn)行重新測(cè)量。在面對(duì)較為完整的螺紋區(qū)間時(shí)，其測(cè)量間距應(yīng)盡量覆蓋該區(qū)域，即測(cè)量間距帶有一定的重疊性特征，若僅測(cè)量某兩個(gè)數(shù)值的間距，較難達(dá)成實(shí)際測(cè)量的基礎(chǔ)性需求。在明確了螺紋漏磁檢測(cè)工作的各項(xiàng)要求后，操作人員應(yīng)適時(shí)開(kāi)展石油管具的螺紋漏磁檢測(cè)，全面規(guī)劃試驗(yàn)過(guò)程，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2 石油管具螺紋漏磁檢測(cè)的試驗(yàn)應(yīng)用分析

2.1 檢測(cè)前準(zhǔn)備

在石油管具螺紋漏磁檢測(cè)試驗(yàn)中，做好準(zhǔn)備工作至關(guān)重要，為后續(xù)檢測(cè)奠定基礎(chǔ)，保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。在準(zhǔn)備工作中，首先，需要做好螺紋的清洗清理工作，保證螺紋清潔度，并加強(qiáng)檢查和記錄螺紋的相關(guān)指標(biāo)，包括生產(chǎn)批號(hào)、廠(chǎng)名和規(guī)格等。其次，針對(duì)實(shí)際需求，選擇高質(zhì)量螺紋，使用石油管具螺紋的量規(guī)、卡尺、觸頭直徑等量具，并確定測(cè)量范圍，對(duì)其進(jìn)行定位。通常情況下，圓螺紋套管的外螺紋是在第一完整扣到整體長(zhǎng)度的12.7 位置，內(nèi)螺紋則在第一完整扣到J+1P 位置；偏梯形套管的外螺紋則在第一完整扣到L7 的位置，內(nèi)螺紋則在第一完整扣到J+1P的位置，與圓形螺紋套管相一致；鉆具螺紋則是在第一完整扣到最后完整扣的距離；有關(guān)螺紋的相關(guān)指標(biāo)則與圓形螺紋套管均保持一致。在以上工作基礎(chǔ)上，對(duì)壓型的具體高度進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于超出25.4mm 范圍下的產(chǎn)品，需要按照25.4mm 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)間距進(jìn)行操作實(shí)施。對(duì)于處于12.7 ～25.4mm 測(cè)量范圍的產(chǎn)品，一般按照12.7mm 為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作實(shí)施。另外，還需確定螺距和錐度。若是對(duì)象為普通螺紋，那么，需按照以上所提到的標(biāo)準(zhǔn)間距范圍進(jìn)行實(shí)施。無(wú)論處于哪種情況下，使用哪種類(lèi)型螺紋（除偏梯形螺紋外），都需加強(qiáng)控制螺距、壓型高度和錐度的測(cè)量接觸點(diǎn)，確保其在最后一牙螺紋位置以下。

2.2 磁漏測(cè)量

在以上準(zhǔn)備工作按照要求完成后，就可進(jìn)行后續(xù)的漏磁測(cè)量實(shí)驗(yàn)操作。在測(cè)量過(guò)程中，為確保測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度，需要首先對(duì)螺紋的外觀質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，重點(diǎn)檢查螺紋是否存在部分損傷等缺陷問(wèn)題，若是存在這類(lèi)問(wèn)題，可以對(duì)其中輕微損傷的螺紋或含有毛刺的螺紋進(jìn)行適當(dāng)修補(bǔ)處理，以解決缺陷不足，使其達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并在此基礎(chǔ)上旋合相應(yīng)規(guī)格的量規(guī)；而若是通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷問(wèn)題較為嚴(yán)重，出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷或變形問(wèn)題，則不需進(jìn)行旋合處理。其次，對(duì)通經(jīng)及其相關(guān)結(jié)合尺寸進(jìn)行重點(diǎn)檢查，保證其達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足測(cè)量實(shí)驗(yàn)要求。基于此，對(duì)螺紋的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，嚴(yán)格根據(jù)API 標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容，進(jìn)行檢測(cè)工作，明確螺紋檢測(cè)的技術(shù)要點(diǎn)，找到其中的最大轉(zhuǎn)折點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化儀表讀數(shù)，設(shè)置固定的觸頭，使得螺距規(guī)和錐度規(guī)能夠圍繞其進(jìn)行左右或上下方向擺動(dòng)，內(nèi)齒高規(guī)則沿著其在豎直方向上進(jìn)行上下擺動(dòng)，外齒高規(guī)則在與螺紋軸線(xiàn)相互垂直的方向上進(jìn)行左右或上下擺動(dòng)。在此過(guò)程中，要尤為注意的是，需確保錐度的測(cè)量在同一軸的截面上進(jìn)行，沿著母線(xiàn)的方向設(shè)置螺距和齒高等。最后，進(jìn)行緊密距的檢測(cè)，確保旋合的緊密性和穩(wěn)定性，在檢測(cè)過(guò)程中加以調(diào)整和優(yōu)化，直到無(wú)法輕易旋轉(zhuǎn)扭動(dòng)。

2.3 明確檢測(cè)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在檢測(cè)試驗(yàn)中，明確檢測(cè)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不可或缺的環(huán)節(jié)，需要在試驗(yàn)中進(jìn)一步確定漏磁在線(xiàn)檢測(cè)裝置的基本結(jié)構(gòu)。一般情況下，漏磁在線(xiàn)檢測(cè)裝置的基本結(jié)構(gòu)中，主要包括在線(xiàn)檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析、歷程標(biāo)定3 個(gè)主要裝置部分。當(dāng)漏磁在線(xiàn)檢測(cè)過(guò)程中，運(yùn)用漏磁檢測(cè)原理，使得其在管道內(nèi)部運(yùn)行，通過(guò)介質(zhì)輸送作為動(dòng)力基礎(chǔ)，對(duì)管道實(shí)施無(wú)損檢測(cè)?？傮w檢測(cè)過(guò)程主要包括電池節(jié)、動(dòng)力節(jié)、測(cè)量節(jié)和記錄節(jié)4 大部分，不同的節(jié)點(diǎn)之間利用萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行相互連接，其中以測(cè)量節(jié)作為最重要的部分之一，其中又包含磁化裝置和霍爾探頭2 個(gè)主要部分，磁化裝置中，又包含3 個(gè)部分結(jié)構(gòu)，分別為襯鐵、永磁鐵和鋼刷，針對(duì)管壁發(fā)揮其磁化功能和作用?；魻柼筋^最主要的功能是對(duì)漏磁通情況進(jìn)行測(cè)量，并在記錄節(jié)的作用下，將測(cè)量結(jié)果記錄，整體在測(cè)量系統(tǒng)中發(fā)揮核心作用。檢測(cè)裝置除了在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)揮主要功能外，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)也是重要部分之一，其中包含初步分析軟件、數(shù)據(jù)格式處理軟件等結(jié)構(gòu)部分，共同發(fā)揮測(cè)量和處理功能。

2.4 信號(hào)處理磁漏缺陷

試驗(yàn)應(yīng)用中，管道漏磁檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程是重點(diǎn)環(huán)節(jié)，決定最終結(jié)果的準(zhǔn)確性和試驗(yàn)檢測(cè)整體質(zhì)量，其中主要包括有限元技術(shù)的應(yīng)用、管道缺陷的識(shí)別以及多傳感器數(shù)據(jù)融合的應(yīng)用3 大方面。（1）有限元技術(shù)的應(yīng)用。利用有限元分析軟件，可以通過(guò)建立有限元模型，對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行高效處理，對(duì)于不同環(huán)境、不同條件下的管道漏磁信號(hào)和管道缺陷漏磁特點(diǎn)等進(jìn)行分析，并探究二者之間的關(guān)系，并進(jìn)一步研究不同因素對(duì)漏磁檢測(cè)信號(hào)的影響效果等，以更加精準(zhǔn)高效地完成信息的識(shí)別，保證信息的可供參考性和科學(xué)性。另外，通過(guò)利用有限元技術(shù)，還可有效優(yōu)化漏測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)一步縮小檢測(cè)裝置的體積，使其更便于應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，提高檢測(cè)便捷度，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。（2）管道缺陷識(shí)別過(guò)程，主要是在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。一般情況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身具備一定的特點(diǎn)，可以廣泛并高效地應(yīng)用到信息自動(dòng)化識(shí)別和信息智能處理工作中，并且能夠利用其這一特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在故障檢測(cè)和故障維修等方面發(fā)揮關(guān)鍵性作用。同時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)下的管道缺陷智能識(shí)別也在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)取得了較好的應(yīng)用效果。當(dāng)前，基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺陷識(shí)別技術(shù)已經(jīng)基本可以實(shí)現(xiàn)缺陷斷面的二維重建，以強(qiáng)化智能識(shí)別功能，對(duì)于缺陷的寬度和深度等進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別和檢測(cè)。（3）應(yīng)用多傳感器數(shù)據(jù)融合，能夠?qū)Χ喾N信息類(lèi)型綜合性分析，并針對(duì)此探索總結(jié)出相關(guān)環(huán)境和對(duì)象特征，更大程度地提高檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度，使其檢測(cè)結(jié)果更具可信度。

2.5 確認(rèn)檢驗(yàn)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果的確認(rèn)和分析，是對(duì)檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果科學(xué)運(yùn)用的根本，也是發(fā)揮檢測(cè)試驗(yàn)功能的重要一環(huán)。檢驗(yàn)結(jié)果的確認(rèn)，最重要的是保證檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，最大程度減少其偏差。對(duì)此，首先需確認(rèn)公差范圍。對(duì)于重點(diǎn)項(xiàng)目而言，其公差范圍應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的要求。（1）螺距偏差，其以毫米為單位，一般保留兩到三位小數(shù)，這主要是由于進(jìn)口量規(guī)的分度值本身是0.0005 或0.001，國(guó)產(chǎn)的量規(guī)分度值則主要是0.01mm，所以，這樣的螺距偏差更具說(shuō)服力。（2）錐度偏差，其以毫米/ 米為單位，一般保留一位小數(shù)，主要在于其進(jìn)口量規(guī)分度值為0.001，國(guó)產(chǎn)量規(guī)的分度值則為0.01mm，在測(cè)量過(guò)程中，停留在62.5 格則代表其為62.5mm/m。（3）幾何尺寸偏差，其以毫米為單位，一般保留幾位有效數(shù)字需按照相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)確定。（4）緊密距偏差，其以毫米為單位，通常保留兩位小數(shù)。（5）齒高偏差，其以毫米為單位，一般與螺距規(guī)相一致。在結(jié)果判定過(guò)程中，對(duì)于沒(méi)有達(dá)標(biāo)的項(xiàng)目，還需進(jìn)行更進(jìn)一步處理，還可由其他人進(jìn)行復(fù)核工作，以避免出現(xiàn)錯(cuò)誤的判斷，保證檢測(cè)結(jié)果和結(jié)果分析的準(zhǔn)確度。

3 優(yōu)化石油管具螺紋漏磁檢測(cè)效果的有效措施

3.1 合理控制磁化強(qiáng)度

在確認(rèn)石油管具螺紋漏磁檢測(cè)的整體效果后，為改善此后漏磁檢測(cè)效率，可合理探索影響螺紋漏磁檢測(cè)效果的更多要素，并科學(xué)控制磁化強(qiáng)度。多數(shù)情況下，磁化強(qiáng)度可切實(shí)保障檢測(cè)工具的靈敏性，縮減磁化器內(nèi)部的磁場(chǎng)阻力。若科學(xué)控制磁化強(qiáng)度，漏磁場(chǎng)強(qiáng)度也會(huì)適時(shí)縮減；若磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度處在90% 的飽和度，則漏磁場(chǎng)中的缺損峰值會(huì)根據(jù)該類(lèi)強(qiáng)度的增加而發(fā)生較大改變，繼而影響螺紋漏磁檢測(cè)效果。若鐵磁材料在實(shí)際使用期間為飽和狀態(tài)時(shí)，外磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)適時(shí)增加，不會(huì)對(duì)缺損磁場(chǎng)形成過(guò)大影響，因而在開(kāi)展磁路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要盡量讓被檢測(cè)對(duì)象處在飽和狀態(tài)，對(duì)外磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行適當(dāng)控制，全面提升螺紋漏磁檢測(cè)的整體效果。在科學(xué)控制磁化強(qiáng)度的過(guò)程中，相關(guān)人員還要及時(shí)觀察影響該類(lèi)強(qiáng)度的更多因素，將該類(lèi)要素可能出現(xiàn)的結(jié)果投放到磁化強(qiáng)度管控中，全面解決此前磁化強(qiáng)度控制帶有的更多問(wèn)題。

3.2 明確表面涂層厚度

在開(kāi)展石油管具螺紋漏磁檢測(cè)的過(guò)程中，還要合理觀察各類(lèi)壓力管道的表面情況，如表面涂層厚度等，該類(lèi)厚度極大影響檢測(cè)器具的靈敏程度，改變對(duì)應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果。在表面涂層厚度增加的過(guò)程中，檢測(cè)靈敏性出現(xiàn)了不斷下降的趨勢(shì)，操作人員要合理觀察漏磁檢測(cè)中的各類(lèi)工具，明確儀器內(nèi)部的基礎(chǔ)性能，即表面涂層厚度在6mm 以上時(shí)，就難以準(zhǔn)確識(shí)別對(duì)應(yīng)的缺陷信號(hào)，無(wú)形中降低該類(lèi)檢測(cè)工作的整體質(zhì)量。操作人員在日常工作中，應(yīng)定期檢測(cè)表面涂層厚度，對(duì)該項(xiàng)數(shù)值范圍進(jìn)行適當(dāng)規(guī)范，找出符合檢測(cè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值范圍，提升漏磁檢測(cè)工作的準(zhǔn)確性。還要科學(xué)挑選壓力管道中的油漆，利用對(duì)油漆質(zhì)量的持續(xù)性控制，管理壓力管道的應(yīng)用狀態(tài)，增強(qiáng)石油管具螺紋漏磁檢測(cè)效果。

3.3 全面改善掃描速度

開(kāi)展石油管具螺紋漏磁檢測(cè)的過(guò)程中，不同的檢測(cè)掃描速度也會(huì)改變檢測(cè)結(jié)果，使漏磁檢測(cè)工作出現(xiàn)較大變化。比如，在當(dāng)前的螺紋漏磁檢測(cè)中，應(yīng)盡量將檢測(cè)工作控制在勻速狀態(tài)，不同的掃描速度對(duì)漏磁信號(hào)將產(chǎn)生較大影響，若能保持勻速狀態(tài)，則不會(huì)對(duì)該類(lèi)信號(hào)的運(yùn)行狀態(tài)形成誤判。突然減速或加速都會(huì)使電磁感應(yīng)生成不同類(lèi)型的渦流噪音，一般來(lái)講，管道內(nèi)部的漏磁檢測(cè)器械，其在管道中的最佳掃描速度多在1m/s 左右，對(duì)應(yīng)的探頭儀器掃描速度多保持在450mm/s 左右。在科學(xué)控制掃描速度的過(guò)程中，操作人員要精準(zhǔn)確認(rèn)螺紋漏磁檢測(cè)內(nèi)容，對(duì)該項(xiàng)掃描內(nèi)容與速度進(jìn)行合理性規(guī)范，及時(shí)找出影響掃描速度的更多要素，再借助對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的持續(xù)性控制，適時(shí)改善掃描狀態(tài)，確保螺紋漏磁檢測(cè)效果，增強(qiáng)該類(lèi)檢測(cè)控制的針對(duì)性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，若想增強(qiáng)石油管具螺紋的整體質(zhì)量，要對(duì)各類(lèi)螺紋進(jìn)行針對(duì)性檢測(cè)，利用對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)的合理控制，適時(shí)控制扭矩、轉(zhuǎn)速的合理性。實(shí)際開(kāi)展的鉆井操作中，若產(chǎn)生的支持力較大，則會(huì)使螺紋產(chǎn)生形變，難以保障該類(lèi)零部件的整體質(zhì)量。操作人員應(yīng)合理控制石油管具螺紋漏磁檢測(cè)過(guò)程，嚴(yán)格遵守相關(guān)作業(yè)規(guī)定，在合理控制操作標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，確保螺紋漏磁檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用效果。