鉆桿過渡帶檢測設備的設計與應用

薛江平

摘 要 鉆桿是石油勘探開發常用的鉆井工具，但在鉆井生產使用過程中，常常由于少部分鉆桿的刺漏、斷裂缺陷而造成井下事故，不僅耽誤了正常的鉆井生產，也造成了很大的經濟損失。研究發現，鉆桿的過渡帶部位總是先于接頭和管體失效，是鉆桿發生問題的主要所在，因此有必要設計一種鉆桿過渡帶檢測設備，用于實現對鉆桿過渡帶的自動化檢測。本文介紹了一種鉆桿過渡帶檢測設備，該系統采用漏磁檢測原理設計，可編程控制器實現對檢測過程的控制，并實現了對檢測數據實時顯示、分析、處理和存儲等功能，提高了鉆桿過渡帶的檢測質量和效率，改善了職工的工作環境，減輕了職工的勞動強度，取得了較好的經濟和社會效益。

關鍵詞 鉆桿 過渡帶 漏磁檢測 可編程控制器 自動化檢測

中圖分類號：TE921 文獻標識碼：A

鉆桿是鉆井工程中使用數量最大的井下鉆具，但常常由于少部分鉆桿的刺漏、斷裂缺陷而造成井下事故，輕則引起泥漿循環短路而被迫起鉆，嚴重者甚至會發生整套鉆具掉井，由此導致的損失高則可達數百萬元。渤海鉆井每年鉆井達千口以上，鉆桿的質量若不能保證，就會大大增加生產成本。

鉆桿的過渡帶部位，由于其內徑和壁厚的變化，導致高壓高速泥漿在此處易發生渦流現象，導致對該處管體的加重腐蝕，加之鉆桿管體承受的扭轉拉伸力也在此處形成應力集中，因此鉆桿的過渡帶部位總是先于接頭和管體失效。

目前管具公司鉆桿漏磁檢測設備只能對管體進行自動檢測探傷，而對鉆桿接頭兩側過渡帶范圍有很大的盲區，無法有效判別信號缺陷，因此只能采用人工探傷的方式，不僅效率低，而且容易漏檢。為確保鉆井安全生產和鉆桿供井及時，有必要對鉆桿過渡帶進行自動檢測技術的研究，提高鉆桿過渡帶的檢測質量和效率。

1鉆桿過渡帶檢測系統的設計

1.1系統工作原理

目前常用的管材類的無損檢測技術有：間接觀察技術、射線檢測法、渦流檢測法、超聲波檢測法、漏磁檢測法。

相較于其他幾種無損檢測方法，漏磁檢測法具有較高的檢測可靠性，易于實現自動化，檢測效率高，對環境無污染等優點，因此本系統采用漏磁檢測法設計。

漏磁檢測基本原理是采用探測元件檢測漏磁場來發現缺陷的電磁檢測方法。利用自身攜帶的磁鐵，在管壁圓周上產生一個縱向磁回路場。如果管內壁或外壁有缺陷，磁通路變窄，磁力線發生變形，部分磁力線將穿出管壁產生漏磁。漏磁場被位于兩磁極之間的、緊貼管壁的探頭檢測到，并產生相應的感應信號，這些信號經濾波、放大、模數轉換等處理后被記錄到檢測器上的存儲器中，檢測完成后，再通過專用軟件對數據進行回放處理、判斷識別。

1.2系統組成

系統由硬件系統和軟件系統組成。硬件系統包括勵磁電路、檢測面板、信號處理模塊、控制模塊等，軟件系統包括信號分析處理軟件、控制軟件。

1.2.1檢測探鞋面板

探鞋面板結構采用三瓣式結構，每瓣上裝6片探鞋，每排3片，前后兩排交錯分布，抱合時，三瓣向中心合攏形成一個圓形，確保了對管體的360案哺牽蘼┘烀でL叫目喜捎悶卓刂啤？

1.2.2數據采集卡

系統采用USB接口的數據采集卡，通過對輸入的32通道信號進行處理、采集，將模擬輸入信號轉化成計算機可以處理的數字信號，進而將數字信號傳送給計算機；再以計算機為平臺，利用檢測軟件對信號進行處理、定性定量分析，內外傷識別、波形顯示、打印、存儲等處理。

1.2.3檢測系統的自動控制

控制系統采用Siemens公司的S7-200系列PLC，通過光電開關檢測檢測鉆桿的端區位置，反饋給PLC， PLC給執行機構電磁閥發信號，電磁閥控制氣缸動作，從而控制探鞋組的開合，實現檢測過程。

1.2.4數據分析處理軟件

數據分析處理軟件主要實現的功能有控制信號的輸出及輸入、各相關參數的手動及自動設置、通道測試、數據采集分析、其中包括數據的實時接收、處理、圖形化顯示、數據的存儲、分析、自動標定、檢測波形的打印，使用VC++ 6.0開發。

1.2.5系統控制軟件

控制系統采用Siemens公司的S7-200系列PLC，控制軟件采用STEP 7進行開發。

2過渡帶檢測系統應用情況

過渡帶檢測設備投入使用以來，產生了較好的經濟和社會效益。

（1）大幅減少了鉆井隊因鉆桿過渡帶刺漏造成的井下事故。鉆桿過渡帶檢測設備應用，提高了供井鉆具整體質量，鉆桿過渡帶檢測設備的投產使用以來，年均檢測鉆桿50000多根，鉆桿在井使用發生由于過渡帶刺漏造成的事故大大減少。

（2）公司組織人員對之前判斷為疑似有缺陷鉆桿5000余根鉆桿重新進行鉆桿過渡帶檢測，并據此進行了綜合評價分級，使其中2600多根被誤判的鉆桿得到準確檢測，并重新得到了有效利用，節約了大量鉆具購置費用。

3結束語

鉆桿過渡帶檢測設備的設計和投產使用，實現了對鉆桿過渡帶自動化檢測的目的，實現了鉆桿過渡帶缺陷的量化分析，準確對鉆桿過渡帶部位服役狀態作出評估，為鉆桿綜合分級提供依據，檢測過程滿足安全、環保、高效的要求。

鉆桿過渡帶檢測設備的使用，減輕了員工的勞動強度，改善了職工的勞動環境，更重要的是，確保了鉆桿的整體檢測質量，將鉆桿合理分級和使用，不但可延長鉆具的正常使用壽命，還能有效保證下井鉆桿的質量，降低井下事故的發生率，給鉆井生產帶來不可估量的社會效益。

參考文獻

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