鉆桿過渡帶檢測設(shè)備的設(shè)計與應(yīng)用

薛江平

摘 要 鉆桿是石油勘探開發(fā)常用的鉆井工具，但在鉆井生產(chǎn)使用過程中，常常由于少部分鉆桿的刺漏、斷裂缺陷而造成井下事故，不僅耽誤了正常的鉆井生產(chǎn)，也造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。研究發(fā)現(xiàn)，鉆桿的過渡帶部位總是先于接頭和管體失效，是鉆桿發(fā)生問題的主要所在，因此有必要設(shè)計一種鉆桿過渡帶檢測設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)對鉆桿過渡帶的自動化檢測。本文介紹了一種鉆桿過渡帶檢測設(shè)備，該系統(tǒng)采用漏磁檢測原理設(shè)計，可編程控制器實(shí)現(xiàn)對檢測過程的控制，并實(shí)現(xiàn)了對檢測數(shù)據(jù)實(shí)時顯示、分析、處理和存儲等功能，提高了鉆桿過渡帶的檢測質(zhì)量和效率，改善了職工的工作環(huán)境，減輕了職工的勞動強(qiáng)度，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

關(guān)鍵詞 鉆桿 過渡帶 漏磁檢測 可編程控制器 自動化檢測

中圖分類號：TE921 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

鉆桿是鉆井工程中使用數(shù)量最大的井下鉆具，但常常由于少部分鉆桿的刺漏、斷裂缺陷而造成井下事故，輕則引起泥漿循環(huán)短路而被迫起鉆，嚴(yán)重者甚至?xí)l(fā)生整套鉆具掉井，由此導(dǎo)致的損失高則可達(dá)數(shù)百萬元。渤海鉆井每年鉆井達(dá)千口以上，鉆桿的質(zhì)量若不能保證，就會大大增加生產(chǎn)成本。

鉆桿的過渡帶部位，由于其內(nèi)徑和壁厚的變化，導(dǎo)致高壓高速泥漿在此處易發(fā)生渦流現(xiàn)象，導(dǎo)致對該處管體的加重腐蝕，加之鉆桿管體承受的扭轉(zhuǎn)拉伸力也在此處形成應(yīng)力集中，因此鉆桿的過渡帶部位總是先于接頭和管體失效。

目前管具公司鉆桿漏磁檢測設(shè)備只能對管體進(jìn)行自動檢測探傷，而對鉆桿接頭兩側(cè)過渡帶范圍有很大的盲區(qū)，無法有效判別信號缺陷，因此只能采用人工探傷的方式，不僅效率低，而且容易漏檢。為確保鉆井安全生產(chǎn)和鉆桿供井及時，有必要對鉆桿過渡帶進(jìn)行自動檢測技術(shù)的研究，提高鉆桿過渡帶的檢測質(zhì)量和效率。

1鉆桿過渡帶檢測系統(tǒng)的設(shè)計

1.1系統(tǒng)工作原理

目前常用的管材類的無損檢測技術(shù)有：間接觀察技術(shù)、射線檢測法、渦流檢測法、超聲波檢測法、漏磁檢測法。

相較于其他幾種無損檢測方法，漏磁檢測法具有較高的檢測可靠性，易于實(shí)現(xiàn)自動化，檢測效率高，對環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)，因此本系統(tǒng)采用漏磁檢測法設(shè)計。

漏磁檢測基本原理是采用探測元件檢測漏磁場來發(fā)現(xiàn)缺陷的電磁檢測方法。利用自身攜帶的磁鐵，在管壁圓周上產(chǎn)生一個縱向磁回路場。如果管內(nèi)壁或外壁有缺陷，磁通路變窄，磁力線發(fā)生變形，部分磁力線將穿出管壁產(chǎn)生漏磁。漏磁場被位于兩磁極之間的、緊貼管壁的探頭檢測到，并產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)信號，這些信號經(jīng)濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理后被記錄到檢測器上的存儲器中，檢測完成后，再通過專用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行回放處理、判斷識別。

1.2系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)包括勵磁電路、檢測面板、信號處理模塊、控制模塊等，軟件系統(tǒng)包括信號分析處理軟件、控制軟件。

1.2.1檢測探鞋面板

探鞋面板結(jié)構(gòu)采用三瓣式結(jié)構(gòu)，每瓣上裝6片探鞋，每排3片，前后兩排交錯分布，抱合時，三瓣向中心合攏形成一個圓形，確保了對管體的360案哺牽蘼┘烀でL叫目喜捎悶卓刂啤？

1.2.2數(shù)據(jù)采集卡

系統(tǒng)采用USB接口的數(shù)據(jù)采集卡，通過對輸入的32通道信號進(jìn)行處理、采集，將模擬輸入信號轉(zhuǎn)化成計算機(jī)可以處理的數(shù)字信號，進(jìn)而將數(shù)字信號傳送給計算機(jī)；再以計算機(jī)為平臺，利用檢測軟件對信號進(jìn)行處理、定性定量分析，內(nèi)外傷識別、波形顯示、打印、存儲等處理。

1.2.3檢測系統(tǒng)的自動控制

控制系統(tǒng)采用Siemens公司的S7-200系列PLC，通過光電開關(guān)檢測檢測鉆桿的端區(qū)位置，反饋給PLC， PLC給執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥發(fā)信號，電磁閥控制氣缸動作，從而控制探鞋組的開合，實(shí)現(xiàn)檢測過程。

1.2.4數(shù)據(jù)分析處理軟件

數(shù)據(jù)分析處理軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能有控制信號的輸出及輸入、各相關(guān)參數(shù)的手動及自動設(shè)置、通道測試、數(shù)據(jù)采集分析、其中包括數(shù)據(jù)的實(shí)時接收、處理、圖形化顯示、數(shù)據(jù)的存儲、分析、自動標(biāo)定、檢測波形的打印，使用VC++ 6.0開發(fā)。

1.2.5系統(tǒng)控制軟件

控制系統(tǒng)采用Siemens公司的S7-200系列PLC，控制軟件采用STEP 7進(jìn)行開發(fā)。

2過渡帶檢測系統(tǒng)應(yīng)用情況

過渡帶檢測設(shè)備投入使用以來，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

（1）大幅減少了鉆井隊因鉆桿過渡帶刺漏造成的井下事故。鉆桿過渡帶檢測設(shè)備應(yīng)用，提高了供井鉆具整體質(zhì)量，鉆桿過渡帶檢測設(shè)備的投產(chǎn)使用以來，年均檢測鉆桿50000多根，鉆桿在井使用發(fā)生由于過渡帶刺漏造成的事故大大減少。

（2）公司組織人員對之前判斷為疑似有缺陷鉆桿5000余根鉆桿重新進(jìn)行鉆桿過渡帶檢測，并據(jù)此進(jìn)行了綜合評價分級，使其中2600多根被誤判的鉆桿得到準(zhǔn)確檢測，并重新得到了有效利用，節(jié)約了大量鉆具購置費(fèi)用。

3結(jié)束語

鉆桿過渡帶檢測設(shè)備的設(shè)計和投產(chǎn)使用，實(shí)現(xiàn)了對鉆桿過渡帶自動化檢測的目的，實(shí)現(xiàn)了鉆桿過渡帶缺陷的量化分析，準(zhǔn)確對鉆桿過渡帶部位服役狀態(tài)作出評估，為鉆桿綜合分級提供依據(jù)，檢測過程滿足安全、環(huán)保、高效的要求。

鉆桿過渡帶檢測設(shè)備的使用，減輕了員工的勞動強(qiáng)度，改善了職工的勞動環(huán)境，更重要的是，確保了鉆桿的整體檢測質(zhì)量，將鉆桿合理分級和使用，不但可延長鉆具的正常使用壽命，還能有效保證下井鉆桿的質(zhì)量，降低井下事故的發(fā)生率，給鉆井生產(chǎn)帶來不可估量的社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 張云龍，巴魯軍，王玉奎.鉆桿檢測設(shè)備的改進(jìn)與使用[J].石油礦場機(jī)械，2003（02）.

[2] 張云龍，巴魯軍，王玉奎.鉆桿檢測設(shè)備的國產(chǎn)化改造[J].鋼管，2004（01）.

[3] 王趁強(qiáng)，檀驚濤，杜平，吳鋒等.無損檢測技術(shù)在鉆桿檢測中的應(yīng)用[J].無損探傷，2010（01）.