石油鉆具螺紋磁粉探傷及缺陷分析

戈海峰(中石化華東石油工程有限公司六普鉆井分公司 江蘇 泰州225300)

前言

石油鉆具通常指石油開采工作中采用的專業工具，主要構件為物理學性能很強的無縫鋼管，具有承受疲勞、磨損、交變荷載等優點[1]。此外，石油鉆具還包含六方鉆桿、鉆頭、鉆鋌、鉆桿、減震器、穩定器等構件。井下工作時石油鉆具運動狀態極為復雜，其螺紋部位極易因長期拉力和扭力作用出現裂紋，以致發生斷裂事故。因此，需及時采用磁粉探傷技術檢測石油鉆具，磁粉探傷是一種無損檢測方法，具有靈敏度高、操作方便等優點，能迅速有效的檢測石油鉆具螺紋部位裂紋，并顯示出其缺陷，從而有效避免發生危險事故，優化鉆具生產效率。

一、石油鉆具螺紋檢測方法和流程

1.石油鉆具螺紋檢測方法

石油鉆具螺紋檢測方法主要有兩種，即紫外燈方法、磁化方法，具體為：(1)紫外燈方法。對石油鉆具檢測而言，紫外燈具有關鍵作用，為保證檢測效果，紫外燈具中心波長應為365nm，波長要求為320～400nm。此外，檢測石油鉆具時，紫外燈紫外線和濾光片表面的距離應為380nm，紫外線輻照度保持在超過1000u w/cm2。(2)磁化方法。石油鉆具材質通常為具有抗磁性的合金鋼或低合金鋼，隨著鉆具制造技術的發展，鉆具制造中逐漸應用硅、欽、錳等元素，但由于石油鉆具長期在井下工作，不斷重復由地底深處向上提升的運動，所以會出現磁化效應，并使鉆具帶有一定剩磁。此外，由于石油鉆具長度不等，多為幾米到十幾米，所以磁化石油鉆具時，界限通常為0.8T，檢測超過0.8T的鉆具部位，直接噴灑磁懸液；檢測不超過0.8T的鉆具部位，經直流線圈磁化局部，最佳磁化時間為3s。石油鉆具磁化檢測采用的磁懸液由10L煤油和8g熒光磁粉配置而成，這是細致、復雜的工作，為保證磁懸液質量，必須嚴格選擇密度小、流動性好、磁導率高等的熒光磁粉，選擇的煤油必須無毒、無臭味、閃光點高、粘度低。

2.石油鉆具螺紋檢測流程

為保證石油鉆具螺紋檢測效果，螺紋檢測通常有以下流程：(1)檢測前，清潔石油鉆具，用角磨機打舊螺紋，將銹蝕、泥漿等去除，使螺紋表面恢復金屬色。(2)嚴格按照上述磁化方法磁化石油鉆具。(3)搖均勻磁懸液，并將配置好的磁懸液以霧狀方式緩慢的噴灑于螺紋周圍，若鉆具多，為避免磁粉沉淀導致漏檢，每噴灑10件螺紋需搖晃磁懸液1次。(4)使用紫外燈仔細觀察石油鉆具螺紋部位，尤其是根部，最佳燈距為不超過100mm。可用5～10倍放大反光鏡對母螺紋進行觀察，而且使用紫外燈時，為避免燒傷皮膚和眼睛，嚴禁紫外光照射皮膚和臉部。(5)判斷鉆具螺紋是否正常的標準為磁痕，若螺紋在紫外線照射下呈紫色，說明無裂紋，若呈鋸齒狀黃綠色熒光亮線，說明有疲勞裂紋。(6)石油鉆具檢測若發現缺陷，處理原則為切除疲勞裂紋以及通過車床修復，可用砂輪機打磨疲勞裂紋不超過30mm的鉆具螺紋。

二、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，所占比例為零件斷裂80%。石油鉆具螺紋根部等受力集中部位常出現疲勞裂紋，也是易發生斷裂的部位，而產生疲勞裂紋的原因有：石油鉆具長期受各種力互相影響導致受力集中；工作人員未嚴格按照操作程序操作，以致石油鉆具受力位置轉移，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，長度約110m，其金屬承受交變應力和斷裂循環周次密切相關，裂紋深度與長度呈正比。

三、石油鉆具螺紋磁粉探傷的重要意義及缺陷

1.重要意義

國家核心競爭力的重要表現之一是石油開采，雖然我國石油開發技術不斷進步，現階段采用的石油鉆具大多從國內引進。但由于現在在塔河工區所鉆探的探井、開發井均為超深井，對鉆具提出了更高的要求，，部分企業往往在石油鉆具各項規格全不符合時才淘汰，但淘汰前需對還在使用的石油鉆具進行熒光磁粉探傷，這不僅增加了石油鉆具檢測難度，也促進了石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷技術的改進。未應用石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷技術前，國內每年都有很多石油鉆具螺紋在井下工作時發生斷裂，不僅導致危險事故發生，還給國家造成了巨大的經濟損失。應用石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷技術后，我國每年都對很多石油鉆具進行探傷檢測，有效避免了因鉆具斷裂導致的安全事故和經濟損失[2]。例如，2005年某鉆井企業應用熒光磁粉檢測石油鉆具螺紋，及時發現了大多數鉆具存在的疲勞裂紋，避免了鉆具螺紋斷裂可能引起的上百起事故隱患，并挽回了上百萬的國家經濟損失，確保了石油鉆井安全生產。

2.缺陷

目前，石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷存在諸多問題，即：(1)檢測程序復雜。螺紋熒光磁粉探傷步驟多且復雜，工作人員必須具備豐富經驗和操作技能，才能熟練操作，例如紫外燈，若操作失誤，可能嚴重影響工作人員身心健康。(2)檢測裝置體積過大。檢測裝備大會增加重量，不便于隨身攜帶和鉆井操作，且極易消耗體力，給鉆井工作效率造成一定影響。(3)具有局限性。石油鉆具螺紋熒光磁粉探傷只能在鉆井工作完成后進行，增加了工作程度和石油開采時間，嚴重浪費人力、物力。

隨著科學技術的不斷發展，對于石油鉆具螺紋磁粉探傷缺陷，我國已針對性的進行改進，例如某探傷設備企業，工作人員研制出了鉆具螺紋的漏磁檢測設備，該裝置采用霍爾元件采集信號，可以直接在工控機上顯示記錄，有效提高了工作人員工作效率和安全生產。

小結

總之，在井下工作中，石油鉆具是必不可少的專業工具，具有成本高、進價高等特點。所以，石油企業應加強養護石油鉆具，尤其是螺紋，并通過不斷改進熒光磁粉探傷技術，有效檢測螺紋應力集中及易產生疲勞裂紋的部位，從而消除井下工作事故隱患，確保石油開采工作順利進行，切實提高石油企業經濟效益和社會效益。

[1]張哲，呂姍，張立民等.油井管接箍表面磁粉探傷分析[J].科技傳播，2013(04)：178-223.

[2]劉啟文.石油鉆具缺陷的磁記憶檢測試驗研究[J].科技資訊，2013(14)：63.