石油钻具螺纹磁粉探伤及缺陷分析
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.
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。
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，2013（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，2013（14）：63.
作者简介：戈海峰（1977—）男，汉族。江苏省泰州人，工程师，主要从事石油机械工作。
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