石油钻具缺陷的磁记忆检测试验研究

摘 要：在石化企业中，如果使用的钻具有缺陷，就会出现钻具断裂和刺穿的现象，给油田带来了一定的经济损失。为了确保石油钻具能够正常的使用，需对钻具缺陷进行一定的检测。而常用的磁粉探伤、射线检测都有一定的不足。而磁记忆检测的方法，可以对钻具缺陷进行更灵敏的检测，并能够开展寿命预测和等级判别。本文就此对石油钻具缺陷的磁记忆检测进行研究，阐述了钻具缺陷的形式、检测钻具缺陷方法的缺点。并对石油钻具缺陷开展了具体的磁记忆检测试验。

关键词：钻具缺陷 磁记忆检测 试验 荷载

中图分类号：TE921 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0062-01

石油钻具长期受到弯曲、扭压、振动等应变力的影响，容易出现疲劳损坏。疲劳应力会使得钻具的螺纹接头断裂。而钻杆容易受到地层流体和钻井液的腐蚀。使用前如果不仔细的检测钻具，那么便不能控制好具体的损伤程度。会使得在钻井时发生断裂和刺穿的事故，造成经济损失。根据材料力学的分析，任何金属构件受到拉伸荷载的影响，在损坏的过程中会面临塑形变形和弹性变形两大阶段。研究石油钻具接头时，需分析好钻具接头受力的磁场变化，并研究好螺纹试件的塑性和弹性阶段问题，为研究钻具螺纹的应力提供理论和试验基础。

1 钻具的缺陷形式

钻具的缺陷形式主要有三种，即钻杆、钻铤和转换接头。其中，钻杆事故是最主要的钻具事故，约占60%的总事故。钻杆缺陷主要是管体刺穿和接头螺纹断裂。而造成这样的原因主要是由于腐蚀疲劳；钻铤缺陷类型主要是钻铤螺纹断裂。外螺纹的断裂是在台肩第3螺纹牙部位。内螺纹断裂是在啮合处的螺纹牙部位。造成这样的原因，主要是因为应力集中和螺纹几何形状在交变应力中的疲劳裂纹，由于腐蚀应力和循环应力的扩展，从而发生断裂；转换接头发生失效主要是由于裂纹滑脱和断裂的影响。

2 检测钻具缺陷的常用方法

2.1 磁粉检测

磁粉检测主要是用染色剂和铁磁粉组合的混合物检测物体表面，具有较好的检测灵敏度。磁粉在探伤时，需先做好受检表面的处理工作。先打磨处理一段时间，再施加一部分的磁悬液，确保是均匀浓度的磁粉。用胶带纸贴在磁痕上，再揭下做好记录，从而评定钻具的缺陷部位和程度。磁粉检测存在磁污染，不太适用于检测钻具缺陷。

2.2 射线检测

射线检测是依靠射线光束在检测物体内的散射和穿透而获取密度不同的缺陷图像。显示的比较直观，而且能够保证记录。用射线进行检测时，需认真考虑钻具的形状，选择标准的参数，例如增感屏的厚度和材料、胶片类型等。得到底片后对底片进行评定。射线检测的工艺很复杂，而且缺乏准确率。

2.3 超声波检测

超声波检测是依靠超声波的折射和反射来获得钻具内部缺陷的信息，并且能够测量出最终的结果。超声波检测时，让声束能够与钻具保持垂直，在发现到缺陷后，做好确切的标记，记录好缺陷的长度和深度。超声波检测的精度很低，而且没有直观的数据，要求钻具的形状和表面保持平坦，因此不怎么适用于石油钻具缺陷的磁记忆检测试验。

3 磁记忆检测的基本原理

具有铁磁性的金属构件，在地磁场和工作载荷的双重影响下，其生产与运转过程中某些区域，会集中了设备的变形和应力，出现磁畴的区域定向，并开始了不可逆转的取向现象。而这样的磁性状态的承受载荷虽然受到了消除，但不会出现消失，并且和最大作用应力存在着或多或少的联系。集中了应力和微观缺陷的区域，会出现磁场的记忆，这也就是磁记忆效应。

4 磁记忆检测石油钻具缺陷的试验

4.1 测试准备

4.2 试验的具体步骤

4.3 分析结果

在加载试验中，加载的初期，荷载力比较小，试件的磁记忆信号为平滑的曲线，没有什么较大的波动变化。这就说明荷载小时，应力对试件存在较小的影响程度。

而随着荷载力度不断增加，一些位置上的磁记忆信号开始出现波动，这就说明了试件受到的应力如果不断的增加，那么其内部组织也由此出现了一定的变化，甚至在一些特殊部位出现了应力集中。

等到逐步加载到某一值时，磁记忆的信号会发生很明显跳动，这就证明试件内的某一个地方的应力已经是最大值，试件已经达到了屈服极限。由此可以看出，用磁记忆测试的信号可以明确的反映出不同应力下的试件特征。

5 结语

在拉伸试验中我们发现，不同应力下的试件，测试所获得的磁记忆信号也各不相同。磁记忆信号既能够表现出钻具的应力情况，也能够用具体的磁记忆信号证实钻具缺陷的情况。磁记忆检测可以对钻具开展寿命预测和等级判别。而通过试验发现，磁记忆信号还能定量分析钻具的应力情况。磁记忆检测方法与其他的检测方法相比，更适用于检测钻具的缺陷。应积极的研究，并逐步的向石化行业推广。

参考文献

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