連續油管電磁無損檢測試驗分析及應用

王立敏，宋志龍，常家玉

（1.東營市產品質量監督檢驗所，山東東營257000；2.國家石油裝備質量監督檢驗中心，山東東營257000；3.甘肅有色冶金職業技術學院，甘肅金昌737100）①

連續油管電磁無損檢測試驗分析及應用

王立敏1，2，宋志龍1，2，常家玉3

（1.東營市產品質量監督檢驗所，山東東營257000；2.國家石油裝備質量監督檢驗中心，山東東營257000；3.甘肅有色冶金職業技術學院，甘肅金昌737100）①

基于微磁檢測和渦流測距技術，根據連續油管現場作業的實際需要，在連續油管上設計并預制了裂紋、腐蝕缺陷和橢圓度缺陷，對連續油管的缺陷和橢圓度進行試驗評價，并對檢測結果進行分析；通過分析缺陷處的磁場異常特征，實現缺陷的定位、定性和定量。油井現場實測結果表明：檢測信號能反映連續油管的磨損狀況，有助于準確判斷連續油管的損傷形式、損傷程度以及橢圓度的變化，現場檢測效果得到了用戶的肯定。

連續油管；微磁檢測；渦流測距；缺陷檢測

連續油管在石油和天然氣開發的井下作業中發揮著重要作用，其應用范圍越來越廣泛。由于井下作業條件的復雜性，連續油管使用過程中的安全問題越來越突出。在連續油管作業過程中實時監測其損傷狀態，進行使用安全性評價，使作業單位能夠預測、處理連續油管運行中所產生的問題，對延長連續油管的使用壽命、節約生產成本、提高作業效率、確保在作業現場的安全使用、避免重大事故的發生具有重要的現實意義［1-3］。

為了確保連續油管在作業現場的安全使用，必須對現場作業的連續油管的橢圓度、腐蝕、裂紋等缺陷進行實時監控，及時對發現有缺陷的油管停止使用，避免連續油管斷裂后發生失控事故。同時，提前對檢測到的缺陷區域進行相應的補救措施，使補救過的油管達到使用標準，將大幅增加連續油管的使用壽命，節約成本，避免事故的發生，以此保證連續油管現場作業中的質量和安全運行，也提高了作業的效率。

1　連續油管試驗件的制備

用于本試驗的連續油管均是作業現場已實際使用過的油管。在實驗室中完成檢測試驗時，嚴格遵守試驗影響因素單一化的原則，對選取的連續管試樣表面進行詳細的檢查，同時為了判斷管體內壁是否存在缺陷，對試驗樣管進行射線檢測，避免由于管體本身所帶有的其他缺陷對檢測結果產生不同程度的影響。

選取4根完全符合試驗的連續油管，將管件分別編1～4號，各連續油管的規格尺寸如表1所示。對連續油管按照缺陷規格的要求，進行人工刻傷。在人工刻傷的時候，遵循以下原則，即：安全原則、影響因素單一化原則、缺陷形式具有代表性原則［4］；同時，由于設計的試驗模型有端口盲區，所以人工缺陷要盡量避開預置在油管的端口，制備到靠近試驗件的中間位置。同時通過減薄連續油管一定尺寸的壁厚，用來模擬連續油管的腐蝕缺陷。

表1　試驗用連續油管尺寸　mm

缺陷的制備如圖1所示，主要采用線切割的加工工藝，線切割最小切割深度為0.1 mm，故本試驗制備的缺陷深度最小為0.1 mm。

圖1　缺陷制備示意

2　微磁檢測分析

2.1 裂紋缺陷

對照項目任務書的要求，采用線切割工藝對1號連續油管預制裂紋缺陷，預制缺陷均在油管的同一軸線上。其中：1號連續油管分別預制深度為0.1 mm、長度為3.565 6 mm；深度為0.3 mm、長度為6.1823 mm；深度為0.5 mm、長度為7.9828 mm；深度為0.8 mm、長度為10.122 5 mm；深度為1 mm、長度為11.329 4 mm的5個缺陷。1號連續油管上預制缺陷的位置如圖2所示。

圖2　1號管缺陷位置

檢測的過程是把連續油管安裝在探頭架中，由人工勻速抽動油管使其通過檢測系統，最大化模擬實際現場作業的工作情況。圖3為1號油管正向檢測結果，圖中顯示的曲線是正向檢測連續油管時，缺陷正上方微磁傳感器檢測到的磁場變化曲線。根據微磁檢測理論可知：由于裂紋缺陷中間充滿了空氣，相對磁導率相應變小，傳感器所能接收的磁場強度變大［5-6］。因此，沿正向進行檢測時，由于缺陷正上方磁場發生變化，檢測曲線中缺陷處曲線將出現異常突起。

由圖2可以看出：5個缺陷的正向準確位置分別在102、191、295、424、527 mm處。由圖3定位出5處缺陷的位置為90、180、281、415、515 mm處，反向檢測的位置為89、182、309、412、510 mm處，基本與5個缺陷的準確位置能對應上，在缺陷定位上存在微小誤差的主要原因是檢測時為了避免連續油管端頭效應對檢測結果的影響，避開對連續油管端頭檢測和磁場影響區造成的。

圖3　1號管測量結果

2.2 腐蝕缺陷

對2號連續油管，通過預制減薄的d、d、d、d（d為連續油管的壁厚）壁厚，模擬4個連續油管腐蝕缺陷，如圖4所示。其中：4個腐蝕缺陷的中心位置處于連續油管的同一條軸線上。由圖4可以看出：缺陷的中心從小到大的位置是132、342、535、725 mm這4處，這也是按檢測正向缺陷排布的位置；按反方向缺陷從小到大準確位置是151、341、534、744 mm處。分別對2號連續油管進行正向和反向的對比檢測驗證，檢測結果如圖5所示，可以看出：正向檢測d、d、d、d缺陷的位置分別為126、336、528、717 mm處；反向檢測時d、d、d、d缺陷的位置為143、336、525、738 mm處。而且通過圖5中檢測結果的腐蝕云圖可以直觀對連續油管腐蝕處進行定位、定量（只要點擊云圖中的腐蝕區，圖中會自動顯示腐蝕區的位置、腐蝕深度）。對2號連續油管的正反向檢測結果顯示，檢測系統對腐蝕缺陷的定位、定量與實際預置缺陷的位置、大小基本對應。

圖4　2號連續油管缺陷位置

圖5　2號管檢測結果

2.3 缺陷的定量

本文對缺陷的定量主要是根據缺陷的面積與缺陷信號峰-峰值之間的關系。使用單探頭微磁探傷儀對1號、2號連續油管的缺陷進行多次重復試驗，求得每個缺陷所產生的缺陷信號峰-峰值的均值。以橫坐標為缺陷面積，縱坐標為缺陷信號峰-峰值進行擬合。擬合結果顯示：微磁檢測信號的峰-峰值隨著缺陷面積的增大而急劇增大，但當缺陷面積達到一定量后，峰-峰值增大的趨勢趨于平緩。該擬合曲線能夠很好地反映缺陷面積與磁場強度峰-峰值的關系，可實現對微磁檢測連續油管缺陷的定量分析。根據該擬合曲線編制相應的缺陷二維成像軟件，使在作業現場檢測連續油管時，對缺陷的面積大小能直觀顯示。

3　橢圓度測量分析

3.1 渦流位移傳感器的標定

由于本次檢測要求的橢圓度精度很高，需對渦流位移傳感器進行精確標定［7-8］，標定過程如圖6所示：使用螺旋測微器推進連續油管，測量精度為0.01 mm，記錄推進一定距離渦流傳感器測得的電壓值，然后求得電壓值和提離距離的線性關系式，完成傳感器的標定。

圖6　渦流位移傳感器的標定

3.2 橢圓度的測量

分別在3號和4號連續油管上預制3個不同的橢圓度。在3號油管上通過破壞油管的表面形狀來模擬連續油管橢圓度的變化，根據橢圓度的定義，用游標卡尺測量每一處管徑的最大值和最小值，得出預制3號管上3個較小橢圓度缺陷的值分別為4.3%、7.9%、3.3%。在4號管上預制3個較大的橢圓度，其缺陷的值分別為15.4%、6.9%、16.1%。在連續油管橢圓度的檢測過程中，也是由人工勻速抽動油管模擬作業現場中連續油管的運行過程。3號管橢圓度測量結果如圖7所示，可以看出：橢圓度測量曲線出現了3個較大橢圓度值，分別為4.8%、8.3%、3.6%，其他各處的橢圓度基本穩定在1%以下，這與預制橢圓度缺陷的位置、大小是對應一致的。4號管橢圓度測量結果如圖8所示，可以看出：出現的3個較大的橢圓度測量值分別是15.8%、6.4%、15.6%，與實際油管的橢圓度缺陷的位置、大小也是對應一致的。

圖7　3號管橢圓度測量結果

圖8　4號管橢圓度測量結果

4　現場應用

應用在線檢測裝置在某油井進行了現場檢測，連續油管的作業項目是射孔，油管外徑50.80 mm，油管壁厚4.775 mm，所檢測的連續油管長度為6 000 m，現場檢測結果如圖9所示。圖9中，從上到下4個部分分別為原始信號曲線、處理信號曲線、橢圓度曲線、二維成像圖。由圖9可以看出：被檢連續油管在600 m處有1個較大的腐蝕區域，在4 412 m處存在1個面積為55 mm2的表面細微損傷；被檢管的橢圓度均小于3.0%，連續油管的橢圓度沒有太大的損傷。

圖9　某油井現場檢測結果

由現場的檢測結果與對連續油管的觀察驗證可以發現：連續油管在線檢測系統的檢測信號能反映油管的磨損狀況，有助于準確判斷連續油管的損傷形式、損傷程度以及橢圓度的變化，對指導連續油管現場安全作業意義重大。

5　結論

1） 根據技術指標要求，在連續油管上設計并預制了裂紋、腐蝕缺陷和橢圓度缺陷，利用高精度微磁傳感器檢測連續油管，通過缺陷處的磁場異常信號對缺陷進行定性、定位和定量；基于渦流測距的原理，完成油管橢圓度的測量。

2） 對連續油管的缺陷和橢圓度進行試驗評價，并對檢測結果進行分析。試驗結果表明，該檢測方法測量精度高、功耗小，具有較好的實用價值。

3） 在某油井進行了現場檢測，并給出了現場實測信號。由現場的檢測結果與對連續油管的觀察驗證可以發現，連續油管在線檢測系統的檢測信號能反映連續油管的磨損狀況，有助于準確判斷連續油管的損傷形式、損傷程度以及橢圓度的變化。

［1］ 李文彬，蘇歡，王珂，等.連續油管無損檢測技術的應用發展［J］.無損檢測，2010（6）：475-478.

［2］ 李文彬，蘇歡，李斌，等.連續油管檢測技術的現狀和發展［J］.遼寧化工，2009，38（12）：875-878.

［3］ 周兆明，萬夫，李偉勤，等.連續油管檢測技術綜述［J］.石油礦場機械，2011，40（4）：9-12.

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［5］ 齊昌超，于潤橋，程強強，等.連續油管在線磁法檢測研究與應用［J］.南昌航空大學學報（自然科學版），2013 （4）：73-78.

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Test Analysis and Application of Coiled Tubing Electromagnetic Lossless detection

WANG Limin1，2，SONG Zhilong1，2，CHANG Jiayu3
（1.Dongying Product Quality Supervision Research Institute，Dongying 257000，China；2.National Quality Supervision Research Center of Petroleum Equipment，Dongying 257000，China；3.Gansu Vocational&Technical College of Nonferrous Metallurgy，Jinchang 737100，China）

Based on micro magnetic detection and Eddy ranging technology，according to continuous tubing site job of actual needs，in continuous tubing design prefabrication has crack，and corrosion defects and oval degrees defects，on continuous tubing of defects and oval degrees for test evalua-tion，and on detection results for analysis.Through analysis defects at of magnetic field exception features，defects of positioning and qualitative and quantitative were achieved.Well field test re-sults show that heartbeat can reflect the coiled tubing wear，help to accurately judge the CT chan-ges in the forms of damage，damage as well as ovality，detection by the user.

coiled tubing；micro magnetic testing；eddy current distance measurement

TE931.2

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2015.07.015

1001-3482（2015）07-0060-04

①2015-01-17

王立敏（1973-），女，山東東營人，工程師，主要從事石油機械檢測及質量管理等工作。