淺談石油鉆具螺紋磁粉探傷檢測的必要性

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。石油鉆具由內、外螺紋和本體構成的，在井下作業中完全靠螺紋聯接，螺紋是最直接的承力者，鉆桿在起、下鉆時受到拉、壓、扭等復雜應力的作用，致使產生疲勞裂紋。在卡鉆、墩鉆、溜鉆等更是受力復雜，施加的載荷更大，更容易產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施工帶來很大困難，輕者造成工期延誤，重者造成經濟損失及重大安全事故，所以螺紋探傷是必不可少的。完善的探測以防止漏檢，對缺陷性質的準確判定，為井隊提供保障奠定了基礎。

關鍵詞：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。本文以石油鉆具螺紋檢測為切入點，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，以避免發生井下事故，優化鉆具生產效率。

1.石油鉆具螺紋檢測的必要性

1.1石油鉆具螺紋檢測的區分

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現與螺紋端面平行的缺陷，很難發現縱向缺陷。而螺紋磁粉探傷可以發現螺紋表面缺陷及近表面缺陷，是一種無損探傷技術。能夠發現橫向裂紋及縱向裂紋，但很難發現埋藏很深的缺陷。所以對于鉆具螺紋探傷最好是二者兼用，但對于特殊材質的無磁鉆具其探傷只限于超聲波探傷了，對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，便于檢測與探傷。

1.2石油鉆具螺紋檢測的具體措施

為保證石油鉆具螺紋檢測效果，螺紋檢測通常有以下流程：檢測前，清潔鉆具，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。鉆具磁粉探傷具體選用那種方法，對能否檢出缺陷，具有決定性作用，能否采用剩磁法或連續法致關重要。對于目前，中國石油天然氣行業關于鉆具螺紋磁粉探傷的標準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，標準試片，探傷方法（剩磁法、連續法）磁懸液的噴灑，磁痕觀察等。對鉆具螺紋磁粉探傷嚴格執行此標準對探傷結論是有利的。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、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。所以在鉆具螺紋磁粉探傷中豐富的現場經驗是檢出鉆具螺紋成品的關鍵。萬不能馬虎大意。

1.3石油鉆具螺紋磁粉檢測的優缺點

磁粉檢測的優點：1、可發現裂紋、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，能夠檢測如發紋這樣的細小缺陷。3、只要采用合適的磁化方法，幾乎可以檢測任何形狀和大小的工件。4、相對于其它表面探傷方法成本低，速度快。磁粉檢測的缺點：1、只適用于鐵磁性材料的表面或近表面缺陷（一般<3mm）。2、檢測靈敏度與磁化方向和缺陷方向有很大關系。3、工件表面的覆蓋層、油漆、噴丸層會降低檢測靈 敏度。4、檢測后一般需要進行退磁。根據工件材質的不同，磁粉探傷最多只能探傷工件表皮至以下5mm左右處，再深就檢測不了了。還有磁粉探傷針對的工件只能是鐵磁性材質的工件，其他材質的就沒有效果了。

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。通常來說，疲勞裂紋產生的主要原因是石油鉆具長期受各種力的相互影響，使其受力較為集中，進而造成其主要受力部位出現裂紋，這是在石油鉆具工作中無法避免的。除此之外，疲勞裂紋的出現還與相關的工作人員有關，在實際的工作中，一些工作人員操作不規范，就會使石油鉆具

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。但由于現在在柴達木工區所鉆探的探井、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。挽回了上百萬的國家經濟損失，確保了石油鉆井安全生產。

3.2缺陷

通過觀察發現，石油鉆具螺紋探傷具有如下缺陷：第一，檢驗程序較為復雜。由于石油鉆具螺紋磁粉探傷在檢測時的步驟較多，就要求相關的工作人員應具有過硬的技術水平。例如，在檢測中應用紫外線燈時，要求必須由專業的工作人員來進行操作，如果操作人員的技術水平較低，則很難達到操作的標準。而對于這一環節來說，如果稍有出錯，便會對工作人員的身體健康造成極大的威脅;第二，磁粉探傷的檢驗裝置比較大，造成鉆井現場無法使用此方法進行檢測。由于該檢驗裝置的體積加大，其重量自然也會比較大，這就會過多的消耗工作人員的體力，從而對鉆井的工作效率產生一定的影響;第三，該方法具有一定的局限性。由于這種檢測方法是在鉆井工作完成后進行的，因此會大大增加工作環節與石油開采的時間，造成了不必要的人力、物力的浪費。

4.結論與認識

總之，在鉆井工作中，石油鉆具是必不可少的專業工具，因此，探傷人員不但要了解鉆桿材質，螺紋受力分析，螺紋結構等一般常識，而且要有熟練的探傷技術，不但能夠采用合理的探傷方法，而且有能夠綜合的評定缺陷的性質及其缺陷的特征的能力。合理的探傷結論能夠有利的給施工提供保障。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。石油專用鉆具螺紋是應力集中和極易產生疲勞裂紋的部位，因此必須重視其檢驗工作，特別是鉆鋌螺紋，必須進行100%熒光磁粉探傷，以消除事故隱患，減少經濟損失。

參考文獻：

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