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
戈海峰(中石化华东石油工程有限公司六普钻井分公司 江苏 泰州 225300)
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/
cm 2 。 （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
