石油鉆具螺紋磁粉探傷及缺陷研究

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（中國石油集團長城鉆探工程有限公司鉆具公司 遼寧盤錦 124010）

1 磁粉探傷石油鉆具螺紋

1.1 導致石油鉆具出現損傷的原因

當前，導致石油螺紋出現損傷的主要原因是機械作業過度，也就是常說的疲勞斷裂。據資料表明，目前，80%的石油鉆具損壞都是由于疲勞斷裂所造成的，并使其無法繼續作業。我國部分石化科技公司對其產生裂紋的部位進行了研究，最終得出結果，裂紋主要集中于鉆具機械受力較多的部位，如鉆具螺紋的根部。影響產生螺紋損傷的因素如下：一是因為機械受到交變應力的影響；二是與其斷裂循環的周次有關，簡單來說，裂紋的深度越深，其裂紋的長度也就會越長［1］。

在作業過程中，石油鉆具的損傷是不可避免的，當前也未有較好的方法去解決這一問題，只能依靠間歇式作業和規范化作業開展。一是因為機械帶動鉆具作業本身就受到各種力的影響，并且這些力存在互相作用的關系；二是與部分作業人員在作業過程中的工作習慣有關，在受力位置發生突變的情況之下，也易出現螺紋受損的情況。螺紋上裂紋的長度通常在11m 左右，其最易出現在石油鉆具螺紋螺牙的9～13 節支出，并且呈現出一種鋸齒狀。在實際的作業過程中，工作人員未按規范流程操作也易產生裂紋，其主要表現在：石油鉆具受力部位突然發生轉移，部分螺紋承受的重量隨之變化，最后形成較深的裂紋。

1.2 磁粉檢測石油鉆具螺紋方法

1.2.1 磁化的方法

采用熒光磁粉對石油鉆具進行探傷的主要依據是石油鉆具的主要構成材質是合金鋼，這種材質具有較好的抗磁性，因此，采用此種方法檢測對于鉆具自身的影響也較小。鉆具長期在地下進行作業，因為影響因素較多，所以鉆具本身會帶有一定的磁性。由于鉆具本身的長度和大小不等，因此，在進行測試時其磁化的最大界限一般為0.8T。假如在作業的過程中發現鉆具本身所帶有的磁性已經達到或超過這一標準時，則可直接向其噴灑磁懸液；當鉆具所帶有的磁性低于此標準時，則可采用直流線圈的方式進行局部磁化，磁化時間為3s［2］。

1.2.2 磁懸液比配

磁懸液的配置工作較為復雜，需要具有嚴謹的工作作風，在進行此環節時，應提高作業人員的工作意識，把控配比過程的安全，其配置的主要成分由煤油與熒光磁粉組成。在熒光粉的選擇方面需要滿足以下要求：第一，具有較高的磁導率；第二，外觀上，顆粒的密度要小，并且呈現出完整的球形狀；第三，在形態上，流動性要較高，并且具有較強的識別度。煤油的選擇應符合以下要求：第一，粘度較低延展性較好；第二，閃點較高并且無熒光；第三，沒有刺激性氣味和毒性。而調配的比例為10L的煤油調配8g的熒光磁粉。

1.2.3 紫外燈要求

紫外燈是磁粉檢測中的關鍵檢測部件。紫外燈應符合以下標準：第一，其中心的波長范圍應在32～40mm 之內；第二，距離紫外線濾光片表面的距離應為38m；第三，紫外線的輻照度應保持在1000μm/cm2以上。在進行測驗前，除了要將需要檢測的檢測工具準備齊全之外，還要對所需要使用的設備儀器進行檢查，如發現其未達到標準，要及時更換或報損。

1.3 磁粉檢測石油鉆具螺紋流程

磁粉檢測石油鉆具螺紋裂紋的具體流程分為以下5個步驟。

第一，由于石油鉆具長期在地下作業，其會與周圍物質進行接觸，因此，石油鉆具在檢查之前，要將其充分清理干凈。部分石油鉆具由于長期使用會出現生銹及泥土裹漿等情況，此時，則要使用角磨機，通過砂輪片對其進行打磨，保證石油鉆具的螺紋之中無泥漿、水泥、絲扣油、銹蝕，并要恢復其原本正常的金屬色澤外觀。

第二，磁化環節，依照1.2.1 磁化方法中所闡述的標準要求進行石油鉆具的磁化工作，為后期的檢測打好基礎。

第三，依照1.2.2中所闡述的磁懸液比配方法進行磁懸液原料的選擇和調配，在調配完畢之后，要將其充分晃勻，使得液劑成分均勻，并在噴射時呈現出霧狀。在進行噴灑時，要均勻地將磁懸液噴至鉆具之上，假如需要檢測的鉆具過多，應每10 件鉆具搖動一次磁懸液，避免由于長時間作業造成熒光磁粉的沉淀，但具體的搖動時間還是要根據具體的檢測情況確定。當磁懸液不足時，應按照10L 煤油8g 熒光磁粉的配比及時進行調配，避免檢測結果受到磁懸液不足的影響出現漏檢的現象。

第四，開始使用紫外燈檢查石油鉆具的螺紋，在檢查時，不能放過每一個部位，要全方位進行勘察，并重點檢查螺紋的根部是否存在損傷。對于石油鉆具上的母螺紋，要采用5～10 倍的放大反光鏡進行深度檢測。由于紫外燈能夠發射紫外線，因此具有一定的輻射性，在操作時，要注意不要將紫外燈對準周圍操作人員的眼睛及皮膚裸露之處。另外，紫外燈在使用時要匹配同等的鎮流器、漏磁及變壓器和電容配套裝置，這樣才能夠保證紫外燈的正常使用。為保證紫外燈的穩定性，在進行接線時，要按照生產商所提供的接線說明進行連接。為保證檢測結果不受外部因素的影響，在安裝紫外燈管時，要將燈管外壁的雜質用酒精進行擦拭，如手印、灰塵以及油漬等，若不注意，則會造成燈管失透，并無法發揮其重要作用。在檢測設備日常的保養過程中，也要定期地對紫外燈進行清潔，以保證使用時的效果，通常一個星期左右清理一次。在使用時，還要保證燈頭與燈具之間的良好接觸性，不然容易發生氧化現象，并造成破裂。

第五，在檢測過程中，石油鉆具所產生的磁痕是辨別鉆具是否存在損傷的重要依據，因此，要加大對于磁痕的關注。如果在紫外燈的照射之下石油鉆具上出現了鋸齒狀細長形的黃綠色熒光線，則說明此鉆具出現了損傷，多為過度作業所形成的裂縫所致；若在紫外燈的照射之下呈現出通體的紫色，則說明此石油鉆具的螺紋并未出現損傷，可進行下一步的作業［3］。

1.4 缺陷螺紋石油鉆具處理方法

如在檢測過程中石油鉆具螺紋出現損傷的情況，則要立即展開處理。進口石油鉆具價格較為昂貴，因此，在處理時，盡量保證能修復使用就進行修復的方式，延長鉆具的使用壽命。首先，要將所發現的裂紋處進行切除，在切除時，要嚴格測量所產生裂紋的長度及深度，根據石油鉆具的螺紋錐度進行準確的計算。其次，要使用車床做進一步的修復，假如所出現的裂紋長度小于3m，則可運用砂輪機直接進行打磨，最終呈現出完并無損傷的狀態時，便可繼續使用。最后，由于在過程中需要用到切割機械及車床等設備，因此，要加大對于作業人員的防護，相關人員要按要求佩戴好勞保工具，減少在作業中出現的損傷，在作業時，相關機械也應按照標準流程進行作業。

2 磁粉探傷石油鉆具螺紋缺陷

2.1 存在缺陷

2.1.1 檢測程序復雜

根據上述石油鉆具螺紋磁粉探傷方法及過程步驟來看，其存在以下幾方面的特點。一是在準備工作方面較為繁瑣。由于需要準備的工具及檢測設備較多，所以，需要較多人員共同完成，因而在檢測過程中容易發生流程上、順序上的失誤及準備不到位的情況。二是檢測物品的危險性較高。尤其是煤油在存放方面存在一定的危險性，再加上部分單位對于檢測作業環境如果沒有一定的把控，則易發生安全問題。三是技術要求較高。在檢測過程中，對于磁懸液調配原料的問題，雖然理論上有一定的選擇標準，但是在實踐性方面，當前仍要依靠部分工作人員的經驗才可對其進行判別，因此不能保證后期的檢測質量的穩定性。加之，對于紫外燈的操作也需要一定的操作水平，對工作人員而言，在技術和身心健康方面都是一種挑戰。

2.1.2 檢測設備較大

在檢驗過程中，無論是磁懸液的配比還是檢測設備，都存在體積過大的問題。這種檢測方式使得檢測儀器無法隨身攜帶，石油鉆具只能運輸到指定的地點進行檢測，這不僅缺乏了時效性，還影響了作業效率，并且基于檢測設備體積較大的特點，工作人員在工作時也會消耗極大的體力。另外，在鉆具螺紋加工的過程中，也會對鉆具產生一定的影響，會產生刀痕之類的細長條偽缺陷磁痕，因此在辨別上很容易發生誤判的情況，工作人員需要反復地比對和觀察，才能區分刀痕和淺裂紋，因此在檢測過程當中就會消耗過多的時間，進而影響到石油鉆井工作的效率。針對當前檢測設備設施的狀態，如何將設備進一步縮小，并可實行時效性檢測，成為了難點之一。

2.1.3 開采成本較高

當前，由于熒光磁粉檢測技術的局限性，對石油鉆具進行檢查只能依靠鉆具先進行作業再進行檢查的方式開展，這種探傷形式存在一定的滯后性，使得整體檢測過程較為被動，開采的成本也較高。一是對于人力及物力而言都是一種損耗；二是增加了石油的開采時間。因此，如何減少對于此項檢測的成本投入，也成為了解決當前石油探傷技術的重點之一［4］。

2.2 應對策略

2.2.1 簡化檢測流程

當前，針對檢測技術所存在的缺陷應進一步簡化檢測的流程，提高工作的銜接度，并進一步提升工作人員的工作效率。因此，相關單位應重視科學技術的研發，以提高效率和經濟效益為目標，注重技術人才的培養，并為相關科研人員提供一個良好的作業條件。

首先，相關單位可與專業院校人員形成協同交流研發模式，加大對于此項檢測技術的開發與研究，提高檢測的科學性。其次，由于檢測過程中對于操作人員的專業要求較高，因此，在人員的錄用時，要加大對于有關人員資質的審查，有關單位可為資質較低及可培養人才提供申請和進修的機會，加大技術人才培養力度［5］。再次，由于當前檢測作業過程中需要將理論知識與實踐經驗相結合，因此，有關單位應推動工作人員的“以老帶新”意識，將工作中所積累的經驗與其他工作人員分享，以便進一步優化檢測流程，縮短檢測時長。最后，應重視工作人員的專業培訓工作，只有掌握了扎實的專業操作技術，才能進一步簡化檢測流程，并保證檢測結果的安全穩定性，定期設立培訓方案，部分工作人員可對實踐工作中所產生的新想法進行交流與實驗。

2.2.2 加大設備開發

針對當前設備所存在的體積過大的問題，應進一步加大對于檢測設備和檢測材料的研發工作，縮小檢測設備的體積。如今，對于物聯網等先進技術，建議引入到檢測過程之中，并可實現井下檢測。物聯網技術具備射頻識別技術和各類傳感器，在檢測時，可放置鉆具需檢測部位，依靠傳感網和云計算架構，結合計算機人機畫面，進行檢測，設立可移動終端。當然，這只是初步的設想，針對后期的落實，還是需要科研人員不斷地實驗，或發明全新的檢測方法，代替熒光磁粉檢測，才能解決當前檢測設備體積較大的問題。像紫光燈等設備，建議將其縮小化，改變傳統的燈管物理檢測方式，結合當前LED技術，研究是否可以通過其他方式放大紫光燈的檢測范圍。

當前，我國石油開采行業雖得到了一定的發展，但與發達國家相比還存在一定的滯后性。因此，建議有關單位加大與國外先進石油開采及檢測企業進行交流，解決當前我國石油鉆具大多都是進口的問題，并提高檢測設備和技術的先進性，以此推動我國石油行業的發展。

2.2.3 重視檢測反饋

為了減少檢測工作和石油鉆具發生損傷等現象，在檢測和修復之后，相關工作人員一定要重視檢測人員所給出的評估建議，改變作業過程中出現的不良問題，如突然導致鉆具受力點的移動等，盡量減少對于鉆具的損傷，提高對于鉆具日常的保護。同時，要加大對于鉆具購買渠道的控制，減少在生產過程中所產生的刀痕等情況影響檢測結果和檢測時效。另外，有關工作人員也要加大對于檢測方法的研究，例如，江蘇省射陽探傷設備公司的工作人員就發明了一種可以使得石油開采工作在井下作業與螺紋檢測同時進行的裝置，被稱為CZX-1型熒光磁粉探傷裝置，這種裝置可以大大提高工作人員工作的實效性，并能減少作業過程中的不安全現象［6］。針對當前檢測技術所反饋出的意見和石油企業的需求，工作人員也進一步提高了這種設備的磁化能力，并且就靈敏性而言也比傳統的磁粉檢測要高，經過多方實驗也具有一定的穩定性，因此建議在大范圍內進行推廣。此種零件還解決了成本過高的問題，能夠在檢測鉆具的同時，檢測其他工件。

3 結語

綜上所述，熒光磁粉檢測石油鉆具螺紋損傷是當前主要的探傷技術，其對石油鉆具的實際應用操作有著巨大的影響，尤其是當前我國部分鉆具都是從國外進口的狀態之下，購買投入金額花費極高，如不加大對于鉆具螺紋損傷的檢測，勢必會影響到石油開采的安全問題及作業質量和經濟效益。對于當前此種探測方法所存在的缺陷，相關人員應加大優化措施，推動我國石油開采技術的發展。