石油鉆具缺陷的磁記憶檢測(cè)試驗(yàn)研究

摘 要：在石化企業(yè)中，如果使用的鉆具有缺陷，就會(huì)出現(xiàn)鉆具斷裂和刺穿的現(xiàn)象，給油田帶來了一定的經(jīng)濟(jì)損失。為了確保石油鉆具能夠正常的使用，需對(duì)鉆具缺陷進(jìn)行一定的檢測(cè)。而常用的磁粉探傷、射線檢測(cè)都有一定的不足。而磁記憶檢測(cè)的方法，可以對(duì)鉆具缺陷進(jìn)行更靈敏的檢測(cè)，并能夠開展壽命預(yù)測(cè)和等級(jí)判別。本文就此對(duì)石油鉆具缺陷的磁記憶檢測(cè)進(jìn)行研究，闡述了鉆具缺陷的形式、檢測(cè)鉆具缺陷方法的缺點(diǎn)。并對(duì)石油鉆具缺陷開展了具體的磁記憶檢測(cè)試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鉆具缺陷 磁記憶檢測(cè) 試驗(yàn) 荷載

中圖分類號(hào)：TE921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（b）-0062-01

石油鉆具長期受到彎曲、扭壓、振動(dòng)等應(yīng)變力的影響，容易出現(xiàn)疲勞損壞。疲勞應(yīng)力會(huì)使得鉆具的螺紋接頭斷裂。而鉆桿容易受到地層流體和鉆井液的腐蝕。使用前如果不仔細(xì)的檢測(cè)鉆具，那么便不能控制好具體的損傷程度。會(huì)使得在鉆井時(shí)發(fā)生斷裂和刺穿的事故，造成經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)材料力學(xué)的分析，任何金屬構(gòu)件受到拉伸荷載的影響，在損壞的過程中會(huì)面臨塑形變形和彈性變形兩大階段。研究石油鉆具接頭時(shí)，需分析好鉆具接頭受力的磁場(chǎng)變化，并研究好螺紋試件的塑性和彈性階段問題，為研究鉆具螺紋的應(yīng)力提供理論和試驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 鉆具的缺陷形式

鉆具的缺陷形式主要有三種，即鉆桿、鉆鋌和轉(zhuǎn)換接頭。其中，鉆桿事故是最主要的鉆具事故，約占60%的總事故。鉆桿缺陷主要是管體刺穿和接頭螺紋斷裂。而造成這樣的原因主要是由于腐蝕疲勞；鉆鋌缺陷類型主要是鉆鋌螺紋斷裂。外螺紋的斷裂是在臺(tái)肩第3螺紋牙部位。內(nèi)螺紋斷裂是在嚙合處的螺紋牙部位。造成這樣的原因，主要是因?yàn)閼?yīng)力集中和螺紋幾何形狀在交變應(yīng)力中的疲勞裂紋，由于腐蝕應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)力的擴(kuò)展，從而發(fā)生斷裂；轉(zhuǎn)換接頭發(fā)生失效主要是由于裂紋滑脫和斷裂的影響。

2 檢測(cè)鉆具缺陷的常用方法

2.1 磁粉檢測(cè)

磁粉檢測(cè)主要是用染色劑和鐵磁粉組合的混合物檢測(cè)物體表面，具有較好的檢測(cè)靈敏度。磁粉在探傷時(shí)，需先做好受檢表面的處理工作。先打磨處理一段時(shí)間，再施加一部分的磁懸液，確保是均勻濃度的磁粉。用膠帶紙貼在磁痕上，再揭下做好記錄，從而評(píng)定鉆具的缺陷部位和程度。磁粉檢測(cè)存在磁污染，不太適用于檢測(cè)鉆具缺陷。

2.2 射線檢測(cè)

射線檢測(cè)是依靠射線光束在檢測(cè)物體內(nèi)的散射和穿透而獲取密度不同的缺陷圖像。顯示的比較直觀，而且能夠保證記錄。用射線進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需認(rèn)真考慮鉆具的形狀，選擇標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)，例如增感屏的厚度和材料、膠片類型等。得到底片后對(duì)底片進(jìn)行評(píng)定。射線檢測(cè)的工藝很復(fù)雜，而且缺乏準(zhǔn)確率。

2.3 超聲波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)是依靠超聲波的折射和反射來獲得鉆具內(nèi)部缺陷的信息，并且能夠測(cè)量出最終的結(jié)果。超聲波檢測(cè)時(shí)，讓聲束能夠與鉆具保持垂直，在發(fā)現(xiàn)到缺陷后，做好確切的標(biāo)記，記錄好缺陷的長度和深度。超聲波檢測(cè)的精度很低，而且沒有直觀的數(shù)據(jù)，要求鉆具的形狀和表面保持平坦，因此不怎么適用于石油鉆具缺陷的磁記憶檢測(cè)試驗(yàn)。

3 磁記憶檢測(cè)的基本原理

具有鐵磁性的金屬構(gòu)件，在地磁場(chǎng)和工作載荷的雙重影響下，其生產(chǎn)與運(yùn)轉(zhuǎn)過程中某些區(qū)域，會(huì)集中了設(shè)備的變形和應(yīng)力，出現(xiàn)磁疇的區(qū)域定向，并開始了不可逆轉(zhuǎn)的取向現(xiàn)象。而這樣的磁性狀態(tài)的承受載荷雖然受到了消除，但不會(huì)出現(xiàn)消失，并且和最大作用應(yīng)力存在著或多或少的聯(lián)系。集中了應(yīng)力和微觀缺陷的區(qū)域，會(huì)出現(xiàn)磁場(chǎng)的記憶，這也就是磁記憶效應(yīng)。

4 磁記憶檢測(cè)石油鉆具缺陷的試驗(yàn)

4.1 測(cè)試準(zhǔn)備

4.2 試驗(yàn)的具體步驟

4.3 分析結(jié)果

在加載試驗(yàn)中，加載的初期，荷載力比較小，試件的磁記憶信號(hào)為平滑的曲線，沒有什么較大的波動(dòng)變化。這就說明荷載小時(shí)，應(yīng)力對(duì)試件存在較小的影響程度。

而隨著荷載力度不斷增加，一些位置上的磁記憶信號(hào)開始出現(xiàn)波動(dòng)，這就說明了試件受到的應(yīng)力如果不斷的增加，那么其內(nèi)部組織也由此出現(xiàn)了一定的變化，甚至在一些特殊部位出現(xiàn)了應(yīng)力集中。

等到逐步加載到某一值時(shí)，磁記憶的信號(hào)會(huì)發(fā)生很明顯跳動(dòng)，這就證明試件內(nèi)的某一個(gè)地方的應(yīng)力已經(jīng)是最大值，試件已經(jīng)達(dá)到了屈服極限。由此可以看出，用磁記憶測(cè)試的信號(hào)可以明確的反映出不同應(yīng)力下的試件特征。

5 結(jié)語

在拉伸試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，不同應(yīng)力下的試件，測(cè)試所獲得的磁記憶信號(hào)也各不相同。磁記憶信號(hào)既能夠表現(xiàn)出鉆具的應(yīng)力情況，也能夠用具體的磁記憶信號(hào)證實(shí)鉆具缺陷的情況。磁記憶檢測(cè)可以對(duì)鉆具開展壽命預(yù)測(cè)和等級(jí)判別。而通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磁記憶信號(hào)還能定量分析鉆具的應(yīng)力情況。磁記憶檢測(cè)方法與其他的檢測(cè)方法相比，更適用于檢測(cè)鉆具的缺陷。應(yīng)積極的研究，并逐步的向石化行業(yè)推廣。

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