鉆桿檢驗的關鍵控制點解析

張前

1．荊州市世紀派創石油機械檢測有限公司 （湖北 荊州 434024）2．中國石化四機石油機械有限公司 （湖北 荊州 434024）

鉆桿是鉆井工程的關鍵工具， 包括方鉆桿、鉆桿、加重鉆桿等，主要由管體和兩端接頭組成，用于鉆井作業過程中地面動力的傳遞、 鉆井液的輸送及鉆井過程中不斷連接加長鉆桿以達到不斷加深井眼的目的，地層的變化、井下復雜情況也可通過鉆桿傳遞到地面上來。鉆桿在鉆井過程中可能產生刺穿、斷裂等事故[1]，給鉆井生產帶來巨大經濟損失。 因此，做好鉆桿的管理工作，特別是鉆桿檢測管理，可提高下井鉆桿使用的安全可靠性，是降低鉆井工程成本、提高經濟效益、促進我國石油戰略發展的重要途徑。

1 鉆桿檢驗的關鍵控制點

鉆桿檢驗的關鍵控制點主要有如下3 點：

1）鉆桿檢測方案編制。 檢測方案編制應遵循一定規范和標準，不同客戶可能會有不同的特殊要求，需要有針對性地制定檢測方案并得到客戶認可。 編制檢測方案需考慮現場實際情況，從人、機、料、法、環等方面進行準備。

2）鉆桿漏磁檢測。 漏磁檢測設備復雜，對人員的技能水平要求高，操作人員需3 個以上，所占場地空間大， 對鉆桿的清洗要求高， 缺陷信號分析難度大，是鉆具檢測最核心的項目。

3）鉆桿失效分析。 鉆桿失效分析的目的是為鉆桿分級評估、維修、報廢等提供依據，對鉆桿維護保養和使用具有借鑒意義。

2 鉆桿檢測方案

國內外鉆桿檢測比較常用的標準為API RP 7G-2—2009 （R2015）《鉆桿元件用檢驗和分類的推薦實施規程》、DS-1《鉆柱檢驗》[2]及NS-2《鉆柱檢測標準》， 國內也編制了相關的標準GB/T 29169—2012 《石油天然氣工業 在用鉆柱構件的檢驗和分級》[3]。 API RP 7G 與DS-1 標準互不沖突，按照優質級或2 級接收判據對合格構件要求的鉆桿屬性[4]，大部分DS-1 接收判據都直接采用API RP 7G，然而在檢驗過程質量控制方面，DS-1 比API RP 7G更加嚴格。 NS-2 涵蓋了鉆柱檢測中許多尚未被其他檢測標準提及的領域，例如大轉矩連接、新鉆柱的驗收檢查、 特定檢測頻率指南、 鉆柱內部的塑膠涂料等。 鉆桿常規檢驗項目見表1，主要包括鉆桿接頭檢測和管體檢測兩部分，檢測項目多，需要檢驗人員具有高度的責任心， 仔細地測量每一個數據并進行判斷。

表1 鉆桿常規檢驗項目

以API RP 7G 標準為例，其檢測流程和內容如圖1 所示。接頭探傷時盡量通過線圈的方式，采用熒光磁粉探傷，相比電磁軛探傷而言，效果更理想。

圖1 鉆桿檢測流程

比較典型的工作環節如圖2 所示。 在檢測過程中，應根據檢測方案仔細把控各個環節，其中需要特別注意的是：①鉆桿在檢測前一定要清洗干凈，管體去掉污泥結疤和鐵銹，如果管體結疤較多，一方面將加劇漏磁探頭的磨損，降低其使用壽命，另一方面探頭沿管體徑向外移，易使上下探頭板組件憋勁，增大上下探頭板之間的縫隙，影響檢測精度，接頭螺紋和臺階面宜通過打磨露出金屬本體， 以便于螺紋檢查和磁粉探傷；②管體測量時，凹坑最小剩余壁厚測量之前，應進行凹坑及周邊部位表面打磨，露出金屬光澤，利用焊縫尺或者凹坑深度檢測儀測量凹坑深度，利用測厚儀測量凹坑周邊平整部位的厚度； ③接頭檢查時，一方面檢查臺階面平整度，出現臺階面碰傷貫穿的缺陷，需上車床修扣，另一方面檢查螺紋磨損銹蝕情況，磨損嚴重的螺紋扣極易粘扣，導致接頭拆卸困難；④漏磁檢測時，發現缺陷信號后需要復檢，對凹坑缺陷進行最小剩余壁厚測量， 對肉眼觀察不明顯但有懷疑的部位進行超聲或磁粉探傷； ⑤檢測合格的鉆桿應在接頭上抹絲扣油，防止銹蝕，而且需安裝護絲帽，以防止運輸過程中碰傷接頭；⑥磁粉探傷時，根據標準要求，探傷發現的任何裂紋應拒收，不允許打磨去除裂紋。

圖2 工作環節

為提高工作效率，保障檢測質量，鉆具檢測作業須具備的最低條件包括：①檢測場地頂棚，其應具有防雨功能；②有能夠調運鉆桿的吊機；③及時清洗場地，使污水得到有效處理；④具有足夠的場地空間，用于擺放鉆具，將場地劃分為待檢區、檢測區、合格品區、待修區等；⑤具有運輸車輛，能夠隨時配合鉆具運輸；⑥具有兩套以上的管排架，用于放置鉆桿。

3 鉆桿漏磁檢測

鉆桿管體漏磁檢測是鉆桿檢測項目的核心，漏磁檢測法是目前公認的檢測管狀鐵磁性材料最可靠的方法。 其主要特點是檢測速度快、檢測效果好、操作簡單、抗干擾及抗污染能力強，在各種導磁構件缺陷檢測上得到了廣泛的應用。

漏磁檢測可對鉆桿進行裂紋、 孔洞及磨損等缺陷的檢測。 其基本原理建立在鐵磁材料的高磁導率這一特性上[5]。 如圖3 所示，鉆桿在外加磁場作用下被磁化，當鉆桿中無缺陷時，大部分磁通（抽象為磁力線）通過鉆桿，此時磁通均勻分布；當鉆桿內部存在缺陷時，磁通發生彎曲，有一部分磁通(磁場)泄漏于鉆桿表面， 采用磁敏感元件檢測這些磁場的畸變即可獲得導磁構件缺陷的信息。

圖3 鉆桿漏磁檢測依據

鉆桿漏磁檢測設備主要由移動檢測探頭、 移動操作臺、計算機信號處理系統三部分組成。移動檢測探頭由磁化器、探傷傳感器、爬行裝置和信號前置處理器等組成。 每次檢測開始前， 需要對樣管進行標定，檢查探頭及信號處理系統是否正常工作，能否反映真實情況，如圖4 所示。 標定曲線如圖5 所示，通過標定，可以判斷3 種缺陷，分別是孔洞（8 個Φ1.6 mm 孔和1 個Φ3.2 mm 孔）、橫向刻槽（槽深0.5 mm）及截面積減小（截面積減小4%），其中8 個Φ1.6 孔分別對應8 個均布探頭， 可用于檢測通道信號是否正常。 鉆桿漏磁檢測設備的主要特點為：結構緊湊，體積小，質量輕，容易搬動組裝，占用場地小，廠內廠外都能使用，檢測流程簡單規范，檢測速度快，檢測盲區小。

圖4 樣管標定

圖5 樣管標定曲線

4 鉆桿失效分析

1）偏梯形螺紋經過磨損后變成鋸齒形螺紋，導致容易粘扣，增加卸扣難度。 螺紋受力集中在尾部3～4 個扣，應重點檢查磨損嚴重的螺紋，還應檢查接頭伸長情況，一般外螺紋接頭50.8 mm（2 in），伸長量超過0.15 mm（0.006 in）應重新加工。 如果發現有螺紋伸長的跡象，就應該對接頭的整個螺紋部位，特別是最后嚙合部位進行磁粉檢查，以確定是否存在橫向裂紋。

2）螺紋碰傷。因缺少護絲帽等防護措施，在運輸過程中極易碰傷螺紋， 螺紋碰傷不僅降低了螺紋連接強度， 而且由于鉆井液易滲透至碰傷處導致螺紋腐蝕，降低了密封效果，一般通過目視檢測能比較直觀的發現。

3）臺階密封面受到介質腐蝕或因雜質擠壓或運輸碰傷，出現貫穿性缺陷，密封功能喪失，進而加劇螺紋銹蝕失效。

4）重新加工耐磨帶后，因熱處理工藝不合理，導致大面積裂紋出現。由于耐磨帶為硬質合金，如果在鉆井過程中出現硬質合金脫落， 脫落的硬質合金落在鉆頭上將導致卡鉆或者切削齒斷裂情況發生，故控制耐磨帶裂紋顯得尤為重要。

5）管體腐蝕凹坑如果超過壁厚極限值，將導致管體刺穿，給鉆井作業帶來損失。 按照標準要求，一般情況下，舊鉆桿分級中，一級鉆桿剩余壁厚不少于80%，二級鉆桿剩余壁厚不少于70%。發現凹坑缺陷后，進行凹坑深度測量之前需要打磨露出金屬本體，凹坑處剩余壁厚等于周邊管體壁厚值減去凹坑深度值。

6）管體彎曲。彎曲部位大多位于接頭兩端，管體彎曲的原因主要有：加工制造時接頭壁厚不均，導致下井后接頭憋勁；扭矩過大，累計誤差過大導致管體彎曲。 如果管體彎曲嚴重， 下鉆桿時重心不在軸線上，將加劇偏磨。檢測時采用直線度儀或者拉線的方法，對管體彎曲度進行判斷。對于擺放在管排架上的鉆桿， 可通過比較接頭的高度來初步篩選彎曲的鉆桿， 如果某鉆桿接頭高度明顯低于或者高于其他鉆桿，則該鉆桿存在一定彎曲。

5 結論

1）鉆桿檢測方案編制，需要有針對性地制定檢測方案并符合檢測標準和規范， 對常見的鉆桿檢測標準、檢測項目及檢測流程進行了分析歸納。

2）對漏磁檢測原理及鉆桿漏磁檢測設備作了簡要介紹，分析了其優點。

3）對檢測中發現的典型失效問題進行了歸類分析，對鉆桿使用、維護、檢測、分級評定、修理及報廢等具有一定的參考價值。