石油钻具螺纹磁粉探伤及缺陷分析

石油钻具螺纹磁粉探伤及缺陷分析

史文龙

长庆钻井总公司管具公司靖边服务部  陕西省榆林市718500

摘要：石油钻具通常指石油开采工作中采用的专业工具，主要构件为物理学性能很强的无缝钢管，具有承受疲劳、磨损、交变荷载等优点。井下工作时石油钻具运动状态极为复杂，其螺纹部位极易因长期拉力和扭力作用出现裂纹，以致发生断裂事故。因此，需及时采用磁粉探伤技术检测石油钻具，磁粉探伤是一种无损检测方法，具有灵敏度高、操作方便等优点，能迅速有效的检测石油钻具螺纹部位裂纹，并显示出其缺陷，从而有效避免发生危险事故，优化钻具生产效率。

关键词：石油钻具；螺纹；磁粉探伤；缺陷

一、概述

石油钻具一般指的是石油工人在钻井过程中运用的专业工具，钻具主要是由优质的无缝钢管结合制成，其本身具有很强的物理学性能，使之承受钻具自身的疲劳、磨损和交变荷载。其主要分为钻铤、稳定器、钻头、减震器、钻杆、加重钻杆、六方方钻杆等。石油钻具在井下工作的运动状态极为复杂，因长期受扭力、拉力等作用，石油钻具螺纹部位极易产生裂纹，严重地会导致断裂事故韵发生。所以，及时对石油钻具进行检测，发现钻具出现缺陷或毛病，就应该及时的进行更换或修整，这能有效地避免危险事故的发生，也大大的提高了生产效率，降低危险性。因此，科学有效的检测方法十分重要。

二、石油钻具的检测方法

1、磁化方法。一般石油工作中所应用的石油钻具均属于合金钢或低合金钢材质，此类材料本身便具备一定的抗磁能力。近年，钻具的制造中也渐渐开始应用其他元素，例如硅、钦、锰等。然而，由于石油钻具的工作环境在井下，需要由地底深处重复进行向上的提升运动，因此本身会出现磁化效应，使得钻具本身带有剩磁。另外，石油钻具的长度在几米至几十米之间，因而在应用磁化方法时，多采用0.8T作为界限，对于在0.8T以下的部位，则通过直流线圈进行局部磁化，磁化时间约为3S。对于在0.8T以上的部位，通过喷洒磁悬液检测。磁悬液通常是采用8g荧光磁粉+10L煤油制成，期间需注意严格选择荧光磁粉，要求此份符合以下要求： 磁导率高、求形状、高识别度、流动性良好以及密度小等。另外，煤油需采用无毒、闪光点高、粘度低、无臭味的柴油。

2、紫外灯方法。在石油钻具的检测中，紫外灯起到十分重要的作用，紫外灯的中心波长为365nm，而波长范围则要求在320～400nm的范围内。另外，紫外线在距离滤光片表面约380nm的地方，需保持＞1000nw/cmz的辐照度。

3、检测石油钻具的具体流程。为保证石油钻具螺纹检测效果，螺纹检测通常有以下流程：（1）检测前，清洁石油钻具，用角磨机打旧螺纹，将锈蚀、泥浆等去除，使螺纹表面恢复金属色。（2）严格按照上述磁化方法磁化石油钻具。（3）摇均匀磁悬液，并将配置好的磁悬液以雾状方式缓慢的喷洒于螺纹周围，若钻具多，为避免磁粉沉淀导致漏检，每喷洒10件螺纹需摇晃磁悬液1次。（4）使用紫外灯仔细观察石油钻具螺纹部位，尤其是根部，最佳灯距为不超过100mm。可用5～10倍放大反光镜对母螺纹进行观察，而且使用紫外灯时，为避免烧伤皮肤和眼睛，严禁紫外光照射皮肤和脸部。（5）判断钻具螺纹是否正常的标准为磁痕，若螺纹在紫外线照射下呈紫色，说明无裂纹，若呈锯齿状黄绿色荧光亮线，说明有疲劳裂纹。（6）石油钻具检测若发现缺陷，处理原则为切除疲劳裂纹以及通过车床修复，可用砂轮机打磨疲劳裂纹不超过30mm的钻具螺纹。

三、石油钻具螺纹疲劳裂纹原因

石油钻具失效的主要形式是螺纹疲劳断裂，所占比例为零件断裂80％。石油钻具螺纹根部等受力集中部位常出现疲劳裂纹，也是易发生断裂的部位，而产生疲劳裂纹的原因有：石油钻具长期受各种力互相影响导致受力集中；工作人员未严格按照操作程序操作，以致石油钻具受力位置转移，加重螺纹部位承受力。一般情况下，石油钻具螺纹裂纹为锯齿状，长度约110m，其金属承受交变应力和断裂循环周次密切相关，裂纹深度与长度呈正比。

四、石油钻具螺纹磁粉探伤缺陷及应用

国家核心竞争力的重要表现之一是石油开采，虽然我国石油开发技术不断进步，现阶段采用的石油钻具大多从国内引进。但由于现在在塔河工区所钻探的探井、开发井均为超深井，对钻具提出了更高的要求，，部分企业往往在石油钻具各项规格全不符合时才淘汰，但淘汰前需对还在使用的石油钻具进行荧光磁粉探伤，这不仅增加了石油钻具检测难度，也促进了石油钻具螺纹荧光磁粉探伤技术的改进。未应用石油钻具螺纹荧光磁粉探伤技术前，国内每年都有很多石油钻具螺纹在井下工作时发生断裂，不仅导致危险事故发生，还给国家造成了巨大的经济损失。应用石油钻具螺纹荧光磁粉探伤技术后，我国每年都对很多石油钻具进行探伤检测，有效避免了因钻具断裂导致的安全事故和经济损失[2]。例如，2005年某钻井企业应用荧光磁粉检测石油钻具螺纹，及时发现了大多数钻具存在的疲劳裂纹，避免了钻具螺纹断裂可能引起的上百起事故隐患，并挽回了上百万的国家经济损失，确保了石油钻井安全生产。

目前，石油钻具螺纹荧光磁粉探伤存在诸多问题，即：（1）检测程序复杂。螺纹荧光磁粉探伤步骤多且复杂，工作人员必须具备丰富经验和操作技能，才能熟练操作，例如紫外灯，若操作失误，可能严重影响工作人员身心健康。（2）检测装置体积过大。检测装备大会增加重量，不便于随身携带和钻井操作，且极易消耗体力，给钻井工作效率造成一定影响。（3）具有局限性。石油钻具螺纹荧光磁粉探伤只能在钻井工作完成后进行，增加了工作程度和石油开采时间，严重浪费人力、物力。随着科学技术的不断发展，对于石油钻具螺纹磁粉探伤缺陷，我国已针对性的进行改进，例如某探伤设备企业，工作人员研制出了钻具螺纹的漏磁检测设备，该装置采用霍尔元件采集信号，可以直接在工控机上显示记录，有效提高了工作人员工作效率和安全生产。

对于我国而言，石油开采工作属于我国表现核心竞争力的一项重要工作，而在石油资源开发中所应用的技术也处于不断进步的状态。目前，国内石油工程中所应用的石油钻具不少均由国外引进，具有运输费用高、成本高等缺陷。因此，不少石油企业均是在钻具的各项规格均不符合程度后才淘汰掉，这也就间接对钻具中所应用的检测技术提高了更大的挑战，而螺纹荧光磁粉探伤技术也在此环境下不断改进。在未引进螺纹荧光磁粉探伤技术之前， 国内的石油工程中， 不少石油钻具螺纹具均出现了断裂现象，危险事故也不少，严重损害了国家经济。目前，国内每年均有不少钻井队均应用了螺纹荧光磁粉探伤技术，每年所检测的石油钻具不在少数，有效避免了多起不良事故，减少因为钻具断裂为引起的经济损失与其他损失，保障了钻井工作的安全性。

总之，在井下工作中，石油钻具是必不可少的专业工具，具有成本高、进价高等特点。所以，石油企业应加强养护石油钻具，尤其是螺纹，并通过不断改进荧光磁粉探伤技术，有效检测螺纹应力集中及易产生疲劳裂纹的部位，从而消除井下工作事故隐患，确保石油开采工作顺利进行，切实提高石油企业经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]张哲，吕姗，张立民等.油井管接箍表面磁粉探伤分析[J].科技传播，2019（04）：178-223.

[2]刘启文.石油钻具缺陷的磁记忆检测试验研究[J].科技资讯，2018（14）：63.

[3] 曾德富. 石油钻具螺纹磁粉探伤及缺陷分析[J] . 中国石油和化工标准与质量.2018（11）：237

[4] 刘必荣. 表面裂纹荧光磁粉检测研究[J] .装备制造技术.2018（10）：11-12