石油钻杆加厚带超声探伤技术研究

王学利 （胜利油田物资供应处物资检验所 山东东营 257000）

在石油钻井过程中，钻杆的工作条件差，钻杆容易受到二氧化碳、硫化氢等腐蚀介质的腐蚀，而且钻杆要承受着高温和高压的考验，在钻头钻进时，钻杆所受到的应力和扭矩复杂多变，钻杆处在快速旋转和振动的环境下，石油钻杆长时间使用后，容易产生孔洞和裂纹等损伤，这些损伤容易导致石油钻杆的失效，从而造成严重的生产事故。大量的研究数据表明，在石油钻井钻杆失效的事故中，由于钻杆加厚带的断裂和孔洞造成的钻井事故比例可以达到百分之七十以上，每年出现的事故都在五百多起以上，在钻杆工作的过程中，钻杆加厚带所受到的交变应力最高，所以容易产生钻杆加厚带的断裂和孔洞。钻杆加厚带是一节节不连续的，因此在加厚带与钻杆的连接处容易产生裂纹和疲劳破坏。钻杆加厚带是钻杆使用过程中的危险部位，因此需要加强石油钻杆加厚带的探伤检测研究，避免失效钻杆的使用，从而减小钻井过程中的事故，提高钻井的效益。

一、钻杆加厚带自动化超声探伤的方法研究

钻杆的大致形状为中空的钢管，钻杆的壁厚并不是完全一致的，在钻杆的两头会存在着加厚带，对于钻杆加厚带的超声探伤检测可以使用水浸法超声检测，在水浸法超声探伤技术中，超声波的发射和接收装置并不和钻杆直接接触，超声波发射探头发射的超声波可以在水中传播到钻杆的表面，当超声波接触到钻杆表面后，会发生超声波的反射作用，反射出的超声波被接收探头接收，接收到的超声波信号就会被传输到超声波信号处理系统，从而将超声波的信号转化为数字信号，进而可以确定钻杆加厚带的损伤状况。水浸法超声波检测技术可以调整超声波的入射角度等参数，在钻杆表面产生不同类型的折射波和反射波，并且由于在水中测量，可以采用高频的超声波进行检测探伤，可以提高钻杆加厚带超声波探伤的精确度，超声波的发射和接收探头不和钻杆直接接触，探头的磨损小，探头的工作寿命高。而且用水作为超声波探测的耦合剂，成本较低。在实际钻杆加厚带测量的过程中，由于超声波在钢材中的传播速度要明显的高于在水中的传播速度，因此当声波从水中进入到钻杆后，需要做到超声波入射角度可以进行精确的控制。由于水作为检测的介质，水会对钻杆产生一定的腐蚀，因此需要在水中加入一定量的防锈液。在测量过程中，钻杆移动时会引起水的流动，而水流动过程中容易产生气泡，产生的气泡会影响到超声波的传播，因此需要合理的控制检测水的温度等因素，从而避免水泡对钻杆探伤精度的影响。钻杆加厚带处钻杆的厚度是变化的，在进行超声波探伤检测时，探头会和钻杆的加厚带发生运动，为了能够保证检测探头能够覆盖到整个检测区域，需要合理的控制钻杆加厚带的检测速度，而且需要采用多个探头同时测量的方法，实现对钻杆加厚带壁厚、直径等参数的检测分析，在钻杆加厚带的变径区域、钻杆加厚带普通区域、加厚带末端等位置布置探头，在测量的过程中保证每个探头的检测参数都能够一致。在钻杆加厚带的平直区域，钻杆加厚带要进行不断的旋转和移动，从而保证探头能够检测到整个加厚带的平直区域。在进行钻杆加厚带分区域检测时，首先要保证不同区域检测探头基本参数是一致的，从而避免了由于超声波的入射角度和入射距离等参数的不同而影响到探伤检测精度现象的发生。钻杆加厚带的检测要比钻杆管体的检测复杂的多，由于钻杆加厚带处钻杆壁厚的变化，从而导致了不同位置检测探头检测的准确度不一致，而且同一种类型的钻杆，钻杆加厚带的形状和参数也并不是完全一样的，为了避免由于钻杆加厚带的不同，而导致钻杆加厚带的检测结果无法统一致的现象，因此需要对钻杆的壁厚进行统一的数据处理，从而避免由于加厚带不同而影响到检测精度现象的发生。

二、石油钻杆加厚带超声探伤系统研究

为了不断的提高石油钻杆加厚带超声探伤的效率和精度，研制了钻杆加厚带超声探伤的自动化系统，系统主要包括，超声波的检测部分、机械传动部分、自动控制部分和辅助部分。超声波探伤检测部分可以接收从钻杆加厚带处发射回的信号，将采集的信号送到信号处理系统，通过信号分析就可以得到钻杆加厚带的损伤情况。机械传动部分是超声波检测自动化系统的重要部分，实现了钻杆加厚带自动检测的机械运动。该系统可以一次完成钻杆加厚带超声波检测的全部过程，提高了钻杆加厚带检测的效率，同时可以大幅度的降低操作人员的劳动强度。超声波检测部分是系统的关键部分，超声探头有很多种类型，通过大量的分析与实验，最终确定采用线聚焦探头。机械传动部分在工作时，采用旋转机构实现钻杆的旋转，由于不同规格的钻杆在旋转机构上旋转时，旋转的转速不同，为了增强钻杆转速和探头检测速度匹配，而且要保证探头的覆盖范围，需要选择合适的旋转机构的转速，钻杆的输送部分主要实现输入钻杆、检测完毕后输出钻杆的功能。钻杆加厚带超声波探伤检测系统的辅助部分，主要为水的存储和循环装置，水箱里的水要保证一定的体积，确保超声探伤的顺利进行，水循环装置采用的是闭环系统。

三、结束语

钻杆在石油钻井中发挥着重要的作用，由于石油钻杆工作环境恶劣，容易发生钻杆的失效，钻杆失效大部分都是由于钻杆加厚处的裂纹和孔洞造成的。钻杆加厚带超声探伤检测可以使用水浸法超声检测的方法，为了保证检测探头能够覆盖到整个检测区域，需要合理的控制钻杆加厚带的检测的速度，采用多个探头同时测量的方法，进行钻杆加厚带分区域超声波探伤。钻杆加厚带超声探伤的自动化系统，系统主要包括超声波的检测部分、机械传动部分、自动控制部分和辅助部分。通过研究对于提高石油钻杆加厚带探伤精度和质量，减少钻井钻杆事故具有重要的作用。

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