淺談石油鉆具螺紋磁粉探傷檢測(cè)的必要性

李敦 李文鈺 柴建玲

摘要：石油鉆具通常指石油開采工作中采用的專業(yè)工具，主要構(gòu)件為物理學(xué)性能很強(qiáng)的無(wú)縫鋼管，具有承受疲勞、磨損、交變荷載等優(yōu)點(diǎn)。石油鉆具由內(nèi)、外螺紋和本體構(gòu)成的，在井下作業(yè)中完全靠螺紋聯(lián)接，螺紋是最直接的承力者，鉆桿在起、下鉆時(shí)受到拉、壓、扭等復(fù)雜應(yīng)力的作用，致使產(chǎn)生疲勞裂紋。在卡鉆、墩鉆、溜鉆等更是受力復(fù)雜，施加的載荷更大，更容易產(chǎn)生裂紋及其它破壞性缺陷。鉆具螺紋破壞性缺陷以橫向和縱向居多。鉆具螺紋破壞性缺陷給井隊(duì)施工帶來(lái)很大困難，輕者造成工期延誤，重者造成經(jīng)濟(jì)損失及重大安全事故，所以螺紋探傷是必不可少的。完善的探測(cè)以防止漏檢，對(duì)缺陷性質(zhì)的準(zhǔn)確判定，為井隊(duì)提供保障奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：石油鉆具;螺紋;磁粉探傷;缺陷

石油鉆具還包含鉆桿、鉆鋌、方鉆桿等特殊鉆具。井下工作時(shí)石油鉆具運(yùn)動(dòng)狀態(tài)極為復(fù)雜，其螺紋部位極易因長(zhǎng)期拉力和扭力作用出現(xiàn)裂紋，以致發(fā)生斷裂事故。因此，需及時(shí)采用磁粉探傷技術(shù)檢測(cè)鉆具。磁粉探傷是一種無(wú)損檢測(cè)方法，具有靈敏度高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，能迅速有效的檢測(cè)鉆具螺紋部位裂紋，并顯示出其缺陷，從而有效避免發(fā)生危險(xiǎn)事故，優(yōu)化鉆具生產(chǎn)效率。本文以石油鉆具螺紋檢測(cè)為切入點(diǎn)，分析了石油鉆具螺紋疲勞裂紋原因，探討了石油鉆具螺紋磁粉探傷的重要意義及缺陷，以避免發(fā)生井下事故，優(yōu)化鉆具生產(chǎn)效率。

1.石油鉆具螺紋檢測(cè)的必要性

1.1石油鉆具螺紋檢測(cè)的區(qū)分

石油鉆具螺紋探傷常用探傷手段有：超聲波探傷、磁粉探傷。螺紋超聲波探傷可以發(fā)現(xiàn)與螺紋端面平行的缺陷，很難發(fā)現(xiàn)縱向缺陷。而螺紋磁粉探傷可以發(fā)現(xiàn)螺紋表面缺陷及近表面缺陷，是一種無(wú)損探傷技術(shù)。能夠發(fā)現(xiàn)橫向裂紋及縱向裂紋，但很難發(fā)現(xiàn)埋藏很深的缺陷。所以對(duì)于鉆具螺紋探傷最好是二者兼用，但對(duì)于特殊材質(zhì)的無(wú)磁鉆具其探傷只限于超聲波探傷了，對(duì)于有些小鉆具其螺紋端面窄，超聲波探傷不便，這樣又只限于磁粉探傷了，不管用那種方法，其目的也只有一個(gè)，便于檢測(cè)與探傷。

1.2石油鉆具螺紋檢測(cè)的具體措施

為保證石油鉆具螺紋檢測(cè)效果，螺紋檢測(cè)通常有以下流程：檢測(cè)前，清潔鉆具，用角磨機(jī)打舊螺紋，將銹蝕、泥漿等去除，使螺紋表面恢復(fù)金屬色。鉆具磁粉探傷具體選用那種方法，對(duì)能否檢出缺陷，具有決定性作用，能否采用剩磁法或連續(xù)法致關(guān)重要。對(duì)于目前，中國(guó)石油天然氣行業(yè)關(guān)于鉆具螺紋磁粉探傷的標(biāo)準(zhǔn)SY/5448-92。其主要包括：探傷人員的要求，磁懸液的要求，磁化方法，工件要求，標(biāo)準(zhǔn)試片，探傷方法（剩磁法、連續(xù)法）磁懸液的噴灑，磁痕觀察等。對(duì)鉆具螺紋磁粉探傷嚴(yán)格執(zhí)行此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)探傷結(jié)論是有利的。石油鉆具材質(zhì)通常為具有抗磁性的合金鋼或低合金鋼，隨著鉆具制造技術(shù)的發(fā)展，鉆具制造中逐漸應(yīng)用硅、錳等元素，但由于石油鉆具長(zhǎng)期在井下工作，不斷重復(fù)由地底深處向上提升的運(yùn)動(dòng)，所以會(huì)出現(xiàn)磁化效應(yīng)，并使鉆具帶有一定剩磁。此外，由于石油鉆具長(zhǎng)度不等，多為幾米到十幾米，所以磁化石油鉆具時(shí)，界限通常為0.8T，檢測(cè)超過(guò)0.8T的鉆具部位，直接噴灑磁懸液;檢測(cè)不超過(guò)0.8T的鉆具部位，經(jīng)直流線圈磁化局部，最佳磁化時(shí)間為3s。石油鉆具磁化檢測(cè)采用的磁懸液由10L煤油和8g熒光磁粉配置而成。這是細(xì)致、復(fù)雜的工作，為保證磁懸液質(zhì)量，必須嚴(yán)格選擇密度小、流動(dòng)性好、磁導(dǎo)率高等的熒光磁粉，選擇的煤油必須無(wú)毒、無(wú)臭味、閃光點(diǎn)高、粘度低。所以在鉆具螺紋磁粉探傷中豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)是檢出鉆具螺紋成品的關(guān)鍵。萬(wàn)不能馬虎大意。

1.3石油鉆具螺紋磁粉檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)

磁粉檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)：1、可發(fā)現(xiàn)裂紋、折疊、疏松等缺陷，可直觀顯示缺陷的形狀、大小和位置。2、具有很高的靈敏度，能夠檢測(cè)如發(fā)紋這樣的細(xì)小缺陷。3、只要采用合適的磁化方法，幾乎可以檢測(cè)任何形狀和大小的工件。4、相對(duì)于其它表面探傷方法成本低，速度快。磁粉檢測(cè)的缺點(diǎn)：1、只適用于鐵磁性材料的表面或近表面缺陷（一般<3mm）。2、檢測(cè)靈敏度與磁化方向和缺陷方向有很大關(guān)系。3、工件表面的覆蓋層、油漆、噴丸層會(huì)降低檢測(cè)靈 敏度。4、檢測(cè)后一般需要進(jìn)行退磁。根據(jù)工件材質(zhì)的不同，磁粉探傷最多只能探傷工件表皮至以下5mm左右處，再深就檢測(cè)不了了。還有磁粉探傷針對(duì)的工件只能是鐵磁性材質(zhì)的工件，其他材質(zhì)的就沒(méi)有效果了。

2.石油鉆具螺紋疲勞裂紋原因

石油鉆具失效的主要形式是螺紋疲勞斷裂。螺紋處是受力集中部位，疲勞裂紋常發(fā)生在外螺紋根部2～3扣處，所占比例為鉆具螺紋斷裂80%。石油鉆具螺紋根部等受力集中部位常出現(xiàn)疲勞裂紋，也是易發(fā)生斷裂的部位，而產(chǎn)生疲勞裂紋的原因有：石油鉆具長(zhǎng)期受各種力互相影響導(dǎo)致受力集中;工作人員未嚴(yán)格按照操作程序操作，以致石油鉆具受力位置轉(zhuǎn)移，加重螺紋部位承受力。一般情況下，石油鉆具螺紋裂紋為鋸齒狀，長(zhǎng)度約110m，其金屬承受交變應(yīng)力和斷裂循環(huán)周次密切相關(guān)，裂紋深度與長(zhǎng)度呈正比。通常來(lái)說(shuō)，疲勞裂紋產(chǎn)生的主要原因是石油鉆具長(zhǎng)期受各種力的相互影響，使其受力較為集中，進(jìn)而造成其主要受力部位出現(xiàn)裂紋，這是在石油鉆具工作中無(wú)法避免的。除此之外，疲勞裂紋的出現(xiàn)還與相關(guān)的工作人員有關(guān)，在實(shí)際的工作中，一些工作人員操作不規(guī)范，就會(huì)使石油鉆具

3.螺紋磁粉探傷的意義及缺陷

3.1意義

石油開采技術(shù)不斷進(jìn)步，現(xiàn)階段采用的石油鉆具大多從國(guó)內(nèi)引進(jìn)。但由于現(xiàn)在在柴達(dá)木工區(qū)所鉆探的探井、開發(fā)井均為超深井，對(duì)鉆具提出了更高的要求，部分企業(yè)往往在石油鉆具各項(xiàng)規(guī)格不符合時(shí)才淘汰，但淘汰前需對(duì)還在使用的石油鉆具進(jìn)行熒光磁粉探傷，這不僅增加了石油鉆具檢測(cè)難度，也促進(jìn)了石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷技術(shù)的改進(jìn)。未應(yīng)用石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷技術(shù)前，國(guó)內(nèi)每年都有很多石油鉆具螺紋在井下工作時(shí)發(fā)生斷裂，不僅導(dǎo)致危險(xiǎn)事故發(fā)生，還給國(guó)家造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)用石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷技術(shù)后，我國(guó)每年都對(duì)很多石油鉆具進(jìn)行探傷檢測(cè)，有效避免了因鉆具斷裂導(dǎo)致的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。挽回了上百萬(wàn)的國(guó)家經(jīng)濟(jì)損失，確保了石油鉆井安全生產(chǎn)。

3.2缺陷

通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，石油鉆具螺紋探傷具有如下缺陷：第一，檢驗(yàn)程序較為復(fù)雜。由于石油鉆具螺紋磁粉探傷在檢測(cè)時(shí)的步驟較多，就要求相關(guān)的工作人員應(yīng)具有過(guò)硬的技術(shù)水平。例如，在檢測(cè)中應(yīng)用紫外線燈時(shí)，要求必須由專業(yè)的工作人員來(lái)進(jìn)行操作，如果操作人員的技術(shù)水平較低，則很難達(dá)到操作的標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于這一環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，如果稍有出錯(cuò)，便會(huì)對(duì)工作人員的身體健康造成極大的威脅;第二，磁粉探傷的檢驗(yàn)裝置比較大，造成鉆井現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法使用此方法進(jìn)行檢測(cè)。由于該檢驗(yàn)裝置的體積加大，其重量自然也會(huì)比較大，這就會(huì)過(guò)多的消耗工作人員的體力，從而對(duì)鉆井的工作效率產(chǎn)生一定的影響;第三，該方法具有一定的局限性。由于這種檢測(cè)方法是在鉆井工作完成后進(jìn)行的，因此會(huì)大大增加工作環(huán)節(jié)與石油開采的時(shí)間，造成了不必要的人力、物力的浪費(fèi)。

4.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

總之，在鉆井工作中，石油鉆具是必不可少的專業(yè)工具，因此，探傷人員不但要了解鉆桿材質(zhì)，螺紋受力分析，螺紋結(jié)構(gòu)等一般常識(shí)，而且要有熟練的探傷技術(shù)，不但能夠采用合理的探傷方法，而且有能夠綜合的評(píng)定缺陷的性質(zhì)及其缺陷的特征的能力。合理的探傷結(jié)論能夠有利的給施工提供保障。所以，石油企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)石油鉆具，尤其是螺紋，并通過(guò)不斷改進(jìn)熒光磁粉探傷技術(shù)，有效檢測(cè)螺紋應(yīng)力集中及易產(chǎn)生疲勞裂紋的部位，從而消除井下工作事故隱患，確保石油開采工作順利進(jìn)行，切實(shí)提高石油企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。石油專用鉆具螺紋是應(yīng)力集中和極易產(chǎn)生疲勞裂紋的部位，因此必須重視其檢驗(yàn)工作，特別是鉆鋌螺紋，必須進(jìn)行100%熒光磁粉探傷，以消除事故隱患，減少經(jīng)濟(jì)損失。

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