石油钻具螺纹磁粉探伤及缺陷分析

时间：2015-12-20 23:31:18 所属分类：天然气工业 浏览量:

摘 要： 关键词： 石油钻具是通过螺纹连接而形成数千米的钻柱，应用于石油钻井勘探作业工程。钻具在旋转钻进过程中，由于受到拉、压、扭、弯曲和冲击载荷等复杂交变应力的作用，在螺纹连接处形成应力集中，外螺纹台肩处承受其全部应力的40%，螺纹末端2~3扣处

摘　要：

关键词：
　　石油钻具是通过螺纹连接而形成数千米的钻柱，应用于石油钻井勘探作业工程。钻具在旋转钻进过程中，由于受到拉、压、扭、弯曲和冲击载荷等复杂交变应力的作用，在螺纹连接处形成应力集中，外螺纹台肩处承受其全部应力的40%，螺纹末端2~3扣处承受60%，内螺纹上紧后与外螺纹端部未啮合螺纹承受内螺纹所受应力的100%，这些部位极易产生疲劳裂纹，若不及时检测，会造成严重的钻井事故和经济损失。以下介绍石油钻具螺纹磁粉探伤及缺陷特点:
1. 检测方法及操作
　　长期实践证明，检验石油专用钻具螺纹的最佳方法是湿荧光磁粉渗磁法
1.1 磁化方法
　　经过长期使用，由地底深处升上来的钻具产生自发磁化，带有剩磁。由于钻具长度通常在几米至十几米，对钻具上的剩磁≥0.8T的部位可以直接喷洒悬浮液检测，对于剩磁＜0.8T的部位需采用直流线圈进行磁化，磁化时间为8s.
1.2 配制磁悬液
　　每10L煤油配8g荧光磁粉，荧光磁粉应满足高磁导率、粒度和密度小、球形及流动性好以及识别度高的要求。煤油应为低落粘度、高闪点、无臭味和无毒性。
1.3 紫外灯
　　紫外灯的紫外线波长范围为320-400mm，中心波长为365mm，在距紫外线滤光片表面380mm处，紫外线幅照度为≥1000μw/cm2
1.4 操作步骤
　　(1) 清洗 旧螺纹需用砂轮片打磨，去除泥浆、水泥、丝扣油及锈蚀，螺纹表面呈现金属本色。
　　(2) 磁化 对剩磁＜0.8T的部位进行局部磁化，磁化时间为3s。
　　(3) 喷洒悬浮液 将悬浮液呈雾状缓慢喷洒在螺纹周围，喷洒前应摇动均匀。作业架上钻具多时，应每喷十件螺纹摇动一次喷桶，以免磁粉沉淀造成漏检。
　　(4) 使用紫外灯 手持紫外线灯仔细观察螺纹部位，特别是螺纹根部，紫外灯距螺纹表面的最佳距离约为100mm，检测母螺纹应用5-10倍的放大反光镜，尽量避免紫外光照射在操作者脸部及皮肤上，以免伤害眼睛及皮肤。
　　(5) 观察磁痕 被检钻具若无磁痕，在紫外线照射下呈紫色，无异常现象。若存在疲劳裂纹，则将在紫外线下呈现一条锯齿轮形状的黄绿色荧光亮线。　　
2. 疲劳裂纹的特点
　　石油专用钻具螺纹处是应力集中的部位，疲劳裂 纹常发生在螺纹根部，螺纹长度为100mm，最容易发生在9-13牙之间，呈锯齿形。裂纹越长，深度越深；裂纹越短，深度越浅，磁痕显示非常明显。
3. 疲劳裂纹磁痕辨析
　　由于荧光磁粉检测方法物理特性以及石油钻具螺纹本身形状的限制，使得在紫外线照射下所显示的荧光磁痕较为复杂，为保证检测结果的准确性，除严格遵守技术规程外，还要求检测人员有足够的经验来辨析磁痕，以免漏检和误判。
　　疲劳裂纹一般产生于应力集中处的螺纹根部，沿根部边缘向两边扩展，向内部延伸多呈沿晶界断裂，基本垂直于钻具的长度方向。
3.1缺陷磁痕辨析
　　疲劳裂纹的磁痕一般都是连续的，对于较深的裂纹，由于其中部深度较大，向两边逐渐减少，所吸附的磁粉也逐渐减少，其荧光磁痕中间部位就比较亮，亮度由中间向两边逐渐降低，两个端部多呈尖角。
　　深度在1mm~2mm的较浅裂纹其磁痕亮度显示基本上是均匀的，端部多呈不连续状。深度在0.5mm左右的浅裂纹，亮度显示就比较低，而且不够均匀，端部多呈不连续状。
3.2伪缺陷磁痕辨析
　　钻具螺纹在加工过程中，螺纹根部有时会存在一些刀痕，某些刀痕会有磁痕显示，容易与浅裂纹的磁痕相混淆，造成误判。刀痕一般都呈整齐的线状，有些线段不够连续，如果有刀痕，则该螺纹许多扣的根部都有磁痕显示，疲劳裂纹不会有这种现象。另外，疲劳裂纹总有不同程度的微小弯曲，刀痕则是整齐的，以此可以区别刀痕与浅裂纹。
　　钻具螺纹的根部边缘要求加工成圆弧状，如果刀具磨得不好，此处被加工成直钝角，由于磁力线密集分布，在这个边缘形成磁痕，这种磁痕一般较宽，分散于整个螺纹根部，掌握其形成规律，检测时不难分辨，但有这种磁痕显示的螺纹根部如果存在疲劳裂纹，两种磁痕显示混淆在一起时，稍不注意就会造成漏检。
　　检测钻具内螺纹，需要配用反光镜，检测时如果发现磁痕，应变换一下镜面的角度，从而观察磁痕是片状分布，还是呈线状的。这是因为有些螺纹面较粗糙，会粘附一些磁粉，形成一片亮点，由于螺纹两侧面是倾斜的，与镜面成一定角度时，从镜面上看就成了线状，不注意容易误判为缺陷磁痕。
4. 缺陷钻具的处理
　　石油钻具的价格高，钻井成本也高，根据钻具上疲劳裂纹存在的部位和长度，按照螺纹锥率计算切除量，经车床切削后继续使用。长度＜30mm的疲劳裂纹需用砂轮打磨至再无磙痕显示。
5．钻具螺纹荧光磁粉检测的必要性
　　石油钻具在使用到长度和外径达不到标准要求时要作技术淘汰或报废处理。因此每一根在用钻具必须进行荧光磁粉探伤。20世纪70年代之前，由于没有开展荧光磁粉探伤，每年因钻具螺纹在井下发生断裂所造成的经济损失少则几下万元，多则几百万元人民币。20世纪80年代初，自从 引进并投入了美国荧光磁粉探伤装置后，每年都发现70多个钻井队使用权的3000多根各类 钻具中大部分存在疲劳裂纹，最长的裂纹占整个螺纹圆周的2/3，杜绝了上百起的事故隐患，减少了由于钻具螺纹断裂而造成的巨大经济损失。可见螺纹的荧光磁粉探伤是钻具螺纹的有效检测方法。
年度
检验数/根
缺陷数/根
2005
6440
320
2006
6350
315
2007
6500
320
2008
6420
300
2009
6650
335
5. 结论
　　石油钻具螺纹是应力集中和极易产生疲劳裂纹的部位，因此必须重视其检验工作，特别 是钻铤螺纹，必须进行100%的荧光磁粉探伤，以消除事故隐患，减少经济损失。

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