石油钻具螺纹磁粉探伤及缺陷研究

关放

（中国石油集团长城钻探工程有限公司钻具公司 辽宁盘锦 124010）

1 磁粉探伤石油钻具螺纹

1.1 导致石油钻具出现损伤的原因

当前，导致石油螺纹出现损伤的主要原因是机械作业过度，也就是常说的疲劳断裂。据资料表明，目前，80%的石油钻具损坏都是由于疲劳断裂所造成的，并使其无法继续作业。我国部分石化科技公司对其产生裂纹的部位进行了研究，最终得出结果，裂纹主要集中于钻具机械受力较多的部位，如钻具螺纹的根部。影响产生螺纹损伤的因素如下：一是因为机械受到交变应力的影响；二是与其断裂循环的周次有关，简单来说，裂纹的深度越深，其裂纹的长度也就会越长［1］。

在作业过程中，石油钻具的损伤是不可避免的，当前也未有较好的方法去解决这一问题，只能依靠间歇式作业和规范化作业开展。一是因为机械带动钻具作业本身就受到各种力的影响，并且这些力存在互相作用的关系；二是与部分作业人员在作业过程中的工作习惯有关，在受力位置发生突变的情况之下，也易出现螺纹受损的情况。螺纹上裂纹的长度通常在11m 左右，其最易出现在石油钻具螺纹螺牙的9～13 节支出，并且呈现出一种锯齿状。在实际的作业过程中，工作人员未按规范流程操作也易产生裂纹，其主要表现在：石油钻具受力部位突然发生转移，部分螺纹承受的重量随之变化，最后形成较深的裂纹。

1.2 磁粉检测石油钻具螺纹方法

1.2.1 磁化的方法

采用荧光磁粉对石油钻具进行探伤的主要依据是石油钻具的主要构成材质是合金钢，这种材质具有较好的抗磁性，因此，采用此种方法检测对于钻具自身的影响也较小。钻具长期在地下进行作业，因为影响因素较多，所以钻具本身会带有一定的磁性。由于钻具本身的长度和大小不等，因此，在进行测试时其磁化的最大界限一般为0.8T。假如在作业的过程中发现钻具本身所带有的磁性已经达到或超过这一标准时，则可直接向其喷洒磁悬液；当钻具所带有的磁性低于此标准时，则可采用直流线圈的方式进行局部磁化，磁化时间为3s［2］。

1.2.2 磁悬液比配

磁悬液的配置工作较为复杂，需要具有严谨的工作作风，在进行此环节时，应提高作业人员的工作意识，把控配比过程的安全，其配置的主要成分由煤油与荧光磁粉组成。在荧光粉的选择方面需要满足以下要求：第一，具有较高的磁导率；第二，外观上，颗粒的密度要小，并且呈现出完整的球形状；第三，在形态上，流动性要较高，并且具有较强的识别度。煤油的选择应符合以下要求：第一，粘度较低延展性较好；第二，闪点较高并且无荧光；第三，没有刺激性气味和毒性。而调配的比例为10L的煤油调配8g的荧光磁粉。

1.2.3 紫外灯要求

紫外灯是磁粉检测中的关键检测部件。紫外灯应符合以下标准：第一，其中心的波长范围应在32～40mm 之内；第二，距离紫外线滤光片表面的距离应为38m；第三，紫外线的辐照度应保持在1000μm/cm2以上。在进行测验前，除了要将需要检测的检测工具准备齐全之外，还要对所需要使用的设备仪器进行检查，如发现其未达到标准，要及时更换或报损。

1.3 磁粉检测石油钻具螺纹流程

磁粉检测石油钻具螺纹裂纹的具体流程分为以下5个步骤。

第一，由于石油钻具长期在地下作业，其会与周围物质进行接触，因此，石油钻具在检查之前，要将其充分清理干净。部分石油钻具由于长期使用会出现生锈及泥土裹浆等情况，此时，则要使用角磨机，通过砂轮片对其进行打磨，保证石油钻具的螺纹之中无泥浆、水泥、丝扣油、锈蚀，并要恢复其原本正常的金属色泽外观。

第二，磁化环节，依照1.2.1 磁化方法中所阐述的标准要求进行石油钻具的磁化工作，为后期的检测打好基础。

第三，依照1.2.2中所阐述的磁悬液比配方法进行磁悬液原料的选择和调配，在调配完毕之后，要将其充分晃匀，使得液剂成分均匀，并在喷射时呈现出雾状。在进行喷洒时，要均匀地将磁悬液喷至钻具之上，假如需要检测的钻具过多，应每10 件钻具摇动一次磁悬液，避免由于长时间作业造成荧光磁粉的沉淀，但具体的摇动时间还是要根据具体的检测情况确定。当磁悬液不足时，应按照10L 煤油8g 荧光磁粉的配比及时进行调配，避免检测结果受到磁悬液不足的影响出现漏检的现象。

第四，开始使用紫外灯检查石油钻具的螺纹，在检查时，不能放过每一个部位，要全方位进行勘察，并重点检查螺纹的根部是否存在损伤。对于石油钻具上的母螺纹，要采用5～10 倍的放大反光镜进行深度检测。由于紫外灯能够发射紫外线，因此具有一定的辐射性，在操作时，要注意不要将紫外灯对准周围操作人员的眼睛及皮肤裸露之处。另外，紫外灯在使用时要匹配同等的镇流器、漏磁及变压器和电容配套装置，这样才能够保证紫外灯的正常使用。为保证紫外灯的稳定性，在进行接线时，要按照生产商所提供的接线说明进行连接。为保证检测结果不受外部因素的影响，在安装紫外灯管时，要将灯管外壁的杂质用酒精进行擦拭，如手印、灰尘以及油渍等，若不注意，则会造成灯管失透，并无法发挥其重要作用。在检测设备日常的保养过程中，也要定期地对紫外灯进行清洁，以保证使用时的效果，通常一个星期左右清理一次。在使用时，还要保证灯头与灯具之间的良好接触性，不然容易发生氧化现象，并造成破裂。

第五，在检测过程中，石油钻具所产生的磁痕是辨别钻具是否存在损伤的重要依据，因此，要加大对于磁痕的关注。如果在紫外灯的照射之下石油钻具上出现了锯齿状细长形的黄绿色荧光线，则说明此钻具出现了损伤，多为过度作业所形成的裂缝所致；若在紫外灯的照射之下呈现出通体的紫色，则说明此石油钻具的螺纹并未出现损伤，可进行下一步的作业［3］。

1.4 缺陷螺纹石油钻具处理方法

如在检测过程中石油钻具螺纹出现损伤的情况，则要立即展开处理。进口石油钻具价格较为昂贵，因此，在处理时，尽量保证能修复使用就进行修复的方式，延长钻具的使用寿命。首先，要将所发现的裂纹处进行切除，在切除时，要严格测量所产生裂纹的长度及深度，根据石油钻具的螺纹锥度进行准确的计算。其次，要使用车床做进一步的修复，假如所出现的裂纹长度小于3m，则可运用砂轮机直接进行打磨，最终呈现出完并无损伤的状态时，便可继续使用。最后，由于在过程中需要用到切割机械及车床等设备，因此，要加大对于作业人员的防护，相关人员要按要求佩戴好劳保工具，减少在作业中出现的损伤，在作业时，相关机械也应按照标准流程进行作业。

2 磁粉探伤石油钻具螺纹缺陷

2.1 存在缺陷

2.1.1 检测程序复杂

根据上述石油钻具螺纹磁粉探伤方法及过程步骤来看，其存在以下几方面的特点。一是在准备工作方面较为繁琐。由于需要准备的工具及检测设备较多，所以，需要较多人员共同完成，因而在检测过程中容易发生流程上、顺序上的失误及准备不到位的情况。二是检测物品的危险性较高。尤其是煤油在存放方面存在一定的危险性，再加上部分单位对于检测作业环境如果没有一定的把控，则易发生安全问题。三是技术要求较高。在检测过程中，对于磁悬液调配原料的问题，虽然理论上有一定的选择标准，但是在实践性方面，当前仍要依靠部分工作人员的经验才可对其进行判别，因此不能保证后期的检测质量的稳定性。加之，对于紫外灯的操作也需要一定的操作水平，对工作人员而言，在技术和身心健康方面都是一种挑战。

2.1.2 检测设备较大

在检验过程中，无论是磁悬液的配比还是检测设备，都存在体积过大的问题。这种检测方式使得检测仪器无法随身携带，石油钻具只能运输到指定的地点进行检测，这不仅缺乏了时效性，还影响了作业效率，并且基于检测设备体积较大的特点，工作人员在工作时也会消耗极大的体力。另外，在钻具螺纹加工的过程中，也会对钻具产生一定的影响，会产生刀痕之类的细长条伪缺陷磁痕，因此在辨别上很容易发生误判的情况，工作人员需要反复地比对和观察，才能区分刀痕和浅裂纹，因此在检测过程当中就会消耗过多的时间，进而影响到石油钻井工作的效率。针对当前检测设备设施的状态，如何将设备进一步缩小，并可实行时效性检测，成为了难点之一。

2.1.3 开采成本较高

当前，由于荧光磁粉检测技术的局限性，对石油钻具进行检查只能依靠钻具先进行作业再进行检查的方式开展，这种探伤形式存在一定的滞后性，使得整体检测过程较为被动，开采的成本也较高。一是对于人力及物力而言都是一种损耗；二是增加了石油的开采时间。因此，如何减少对于此项检测的成本投入，也成为了解决当前石油探伤技术的重点之一［4］。

2.2 应对策略

2.2.1 简化检测流程

当前，针对检测技术所存在的缺陷应进一步简化检测的流程，提高工作的衔接度，并进一步提升工作人员的工作效率。因此，相关单位应重视科学技术的研发，以提高效率和经济效益为目标，注重技术人才的培养，并为相关科研人员提供一个良好的作业条件。

首先，相关单位可与专业院校人员形成协同交流研发模式，加大对于此项检测技术的开发与研究，提高检测的科学性。其次，由于检测过程中对于操作人员的专业要求较高，因此，在人员的录用时，要加大对于有关人员资质的审查，有关单位可为资质较低及可培养人才提供申请和进修的机会，加大技术人才培养力度［5］。再次，由于当前检测作业过程中需要将理论知识与实践经验相结合，因此，有关单位应推动工作人员的“以老带新”意识，将工作中所积累的经验与其他工作人员分享，以便进一步优化检测流程，缩短检测时长。最后，应重视工作人员的专业培训工作，只有掌握了扎实的专业操作技术，才能进一步简化检测流程，并保证检测结果的安全稳定性，定期设立培训方案，部分工作人员可对实践工作中所产生的新想法进行交流与实验。

2.2.2 加大设备开发

针对当前设备所存在的体积过大的问题，应进一步加大对于检测设备和检测材料的研发工作，缩小检测设备的体积。如今，对于物联网等先进技术，建议引入到检测过程之中，并可实现井下检测。物联网技术具备射频识别技术和各类传感器，在检测时，可放置钻具需检测部位，依靠传感网和云计算架构，结合计算机人机画面，进行检测，设立可移动终端。当然，这只是初步的设想，针对后期的落实，还是需要科研人员不断地实验，或发明全新的检测方法，代替荧光磁粉检测，才能解决当前检测设备体积较大的问题。像紫光灯等设备，建议将其缩小化，改变传统的灯管物理检测方式，结合当前LED技术，研究是否可以通过其他方式放大紫光灯的检测范围。

当前，我国石油开采行业虽得到了一定的发展，但与发达国家相比还存在一定的滞后性。因此，建议有关单位加大与国外先进石油开采及检测企业进行交流，解决当前我国石油钻具大多都是进口的问题，并提高检测设备和技术的先进性，以此推动我国石油行业的发展。

2.2.3 重视检测反馈

为了减少检测工作和石油钻具发生损伤等现象，在检测和修复之后，相关工作人员一定要重视检测人员所给出的评估建议，改变作业过程中出现的不良问题，如突然导致钻具受力点的移动等，尽量减少对于钻具的损伤，提高对于钻具日常的保护。同时，要加大对于钻具购买渠道的控制，减少在生产过程中所产生的刀痕等情况影响检测结果和检测时效。另外，有关工作人员也要加大对于检测方法的研究，例如，江苏省射阳探伤设备公司的工作人员就发明了一种可以使得石油开采工作在井下作业与螺纹检测同时进行的装置，被称为CZX-1型荧光磁粉探伤装置，这种装置可以大大提高工作人员工作的实效性，并能减少作业过程中的不安全现象［6］。针对当前检测技术所反馈出的意见和石油企业的需求，工作人员也进一步提高了这种设备的磁化能力，并且就灵敏性而言也比传统的磁粉检测要高，经过多方实验也具有一定的稳定性，因此建议在大范围内进行推广。此种零件还解决了成本过高的问题，能够在检测钻具的同时，检测其他工件。

3 结语

综上所述，荧光磁粉检测石油钻具螺纹损伤是当前主要的探伤技术，其对石油钻具的实际应用操作有着巨大的影响，尤其是当前我国部分钻具都是从国外进口的状态之下，购买投入金额花费极高，如不加大对于钻具螺纹损伤的检测，势必会影响到石油开采的安全问题及作业质量和经济效益。对于当前此种探测方法所存在的缺陷，相关人员应加大优化措施，推动我国石油开采技术的发展。