石油钻具螺纹磁粉探伤及缺陷分析

2022-09-12

前言

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[1]。此外, 石油钻具还包含六方钻杆、钻头、钻铤、钻杆、减震器、稳定器等构件。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。

一、石油钻具螺纹检测方法和流程

1. 石油钻具螺纹检测方法

石油钻具螺纹检测方法主要有两种, 即紫外灯方法、磁化方法, 具体为: (1) 紫外灯方法。对石油钻具检测而言, 紫外灯具有关键作用, 为保证检测效果, 紫外灯具中心波长应为365nm, 波长要求为320~400nm。此外, 检测石油钻具时, 紫外灯紫外线和滤光片表面的距离应为380nm, 紫外线辐照度保持在超过1000uw/cm2。 (2) 磁化方法。石油钻具材质通常为具有抗磁性的合金钢或低合金钢, 随着钻具制造技术的发展, 钻具制造中逐渐应用硅、钦、锰等元素, 但由于石油钻具长期在井下工作, 不断重复由地底深处向上提升的运动, 所以会出现磁化效应, 并使钻具带有一定剩磁。此外, 由于石油钻具长度不等, 多为几米到十几米, 所以磁化石油钻具时, 界限通常为0.8T, 检测超过0.8T的钻具部位, 直接喷洒磁悬液;检测不超过0.8T的钻具部位, 经直流线圈磁化局部, 最佳磁化时间为3s。石油钻具磁化检测采用的磁悬液由10L煤油和8g荧光磁粉配置而成, 这是细致、复杂的工作, 为保证磁悬液质量, 必须严格选择密度小、流动性好、磁导率高等的荧光磁粉, 选择的煤油必须无毒、无臭味、闪光点高、粘度低。

2. 石油钻具螺纹检测流程

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。

二、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。

三、石油钻具螺纹磁粉探伤的重要意义及缺陷

1. 重要意义

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。

2. 缺陷

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。

小结

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。

摘要：石油钻具是一种钻井的专业工具, 井下工作时其运动状态极为复杂, 通常因长期拉力和扭力作用, 导致螺纹部位极易出现裂纹, 给生产效率造成一定影响, 严重的甚至导致断裂事故, 需及时采取有效方法对石油钻具螺纹进行探伤, 如磁粉探伤。本文以石油钻具螺纹检测方法和流程作为切入点, 分析了石油钻具螺纹疲劳裂纹原因, 探讨了石油钻具螺纹磁粉探伤的重要意义及缺陷, 以避免发生井下事故, 优化钻具生产效率。

关键词：石油钻具,螺纹,磁粉探伤,缺陷