加强应用电磁探伤,提高钻具使用质量

概述：随着钻井技术的不断发展，为提高机械钻速，井下动力钻具的使用增多，钻柱转速提高，对钻具质量的要求也越来越高。钻具在钻井过程中承受轴向力、弯矩、离心力、扭转力以及动载的作用，工况条件极其恶劣。特别是深井、斜井、水平井，钻具中微小的缺陷就可能导致井下钻具事故。目前钻具检测普遍采用磁粉和超声波两种探伤方式，操作简单方便，但其检测覆盖区域都比较窄，容易造成漏检，无法达到钻杆管体探伤要求。加强应用电磁探伤，速度快、效率高、多探头全覆盖扫查，能够有效地减少事故隐患。

关键词：磁粉探伤超声波探伤质量电磁探伤检测精度

中图分类号： F253.3文献标识码：A 文章编号：

一、钻具探伤技术现状

常见的井下钻具事故多是由于疏于检测致使有严重缺陷的钻具下井造成的。钻具检测对象主要分两大部分，即连接螺纹和管体。针对前者我们常采取磁粉探伤，这种探伤手段操作方便，灵敏度也很高，现在各单位已全面普及。对于管体则主要采用超声波探伤和超声测厚，超声波探伤用于扫查钻杆过渡带区域。超声测厚则采用点对点的检测方法，在两端接头各1.5m处及管体中间三个部位的周向共取12个点测厚。这两种手段虽然操作简单方便，但是其检测覆盖区域都比较窄，无法达到钻杆管体探伤要求，容易造成漏检。近年来钻杆整体电磁探伤技术已经发展成熟，其设备也趋于简单便携。它利用电磁原理，采取多探头全覆盖扫查，不会造成漏检,操作和信号采用电脑控制记录，探伤速度快、效率高，这就弥补以上两种常用手段的不足，快速有效检测出存在缺陷的钻具，以减少事故隐患。因此加强钻杆整体电磁探伤是可行而且必要的。

二、电磁检测技术装置的工作原理及影响检测精度的因素

电磁检测技术原理与磁粉探伤相同，都是通过电磁转换来发现金属的不连续状态即缺陷。但检测过程和结果反应却并不相同，电磁检测方法的主要检测原理是：将工件磁化（接近饱和），使其具有一定的磁通密度，以便在不连续处产生漏磁场，磁场传感器将输出信号送到运转放大器中。由于采用磁饱和状态，工件内具有相当高的磁场强度和磁场密度，磁力线不受限制，因而工件表面有较大的磁漏通，有利于现场检测。磁敏感传感器沿被磁化的铁磁性材料表面扫查，拾取缺陷漏磁场，形成缺陷电信号，达到发现缺陷位置以及参数的目的。不仅能对钻杆管体进行全面检测，而且可以利用电子技术获得直观的量化检测结果。它检测准确、速度快，尤其适合于大批量钻杆的检测工作

电磁探伤系统能完成管体内外部横向缺陷检测、管体壁厚检测和钢级比较鉴别。系统采取探头和钻杆的相对运动方式，利用在探头前方的磁化线圈产生的高能磁场将钻杆磁化到饱和或近饱和状态。钻杆如果存在缺陷或壁厚损失，则出现磁场泄漏，探头经过时可检测到磁场变化，并通过数据交换器转换为数字信号，经计算机处理成为直观的图形。

1．横向检测原理

横向检测系统的固定式环形磁力线圈在管体上产生强大的纵向磁场，可直达管体轴心。任何与管体轴心成90°和某些入射角的内、外表面缺陷，例如麻点、横裂口或者别类三维缺陷，将引起管体表面显现磁场通量扭曲的变化重叠横向探头装有气动执行头（探靴），能形成多达120％的覆盖范围。当管体缺陷在横向探头下通过时，便会有信号电压产生，经放大后多路送至控制柜中的数字信号处理机，通过计算机处理，得到检测结果。

2．壁厚检测原理

壁厚是利用非接触传感环，应用霍尔传感技术的磁通量理沦进行测量。传感环安装在探头组合上，不与管壁接触。传感环在固定位置包绕管段测量，壁厚传感环分成四个90°（象限）环状弧，每个环状弧包含多级电磁传感霍尔元件，相连布置形成一个环绕管材的完整回路。如图1所示，在2处壁厚无变化，管壁外的磁磁通量为一个常数；而在1处，壁厚发生变化，管壁外的磁通量增大，而这种变化可以通过8个探鞋中的4组霍尔效应器件（每相邻两个探鞋为一组）检测出来。但其检测的是管壁外的平均磁通量，因而得出的是总的平均壁厚损失。所以每一象限之间的微小缝隙不会对总的磁通量强度构成影响。

3. 钢级比较是综合绝对值及差异值两种检测技术。系统先用标准样管检测一遍，把信号存在计算机内，当线圈感应到钢级变化时，系统比较就会失去平衡，失衡所产生的信号电压便会触发报警及在液晶显示屏上显示。计算机显示屏上的跟踪曲线亦会有所显示。

4．影响电磁检测精确性的因素

以华科机电生产的电磁磁探伤仪为例，虽然有较为突出的优点，但由于技术上的原因，也可能出现漏检，特别是与管轴线成45°的缺陷。此外，该仪器也无法检测出与表向平行的缺陷。还有就是它对于管体的折叠缺陷和壁厚测量效果不是很好，其壁厚检测结果仅为近似值，也可能出现误检。

除仪器因素外，电气、环境温度、湿度、噪声等都会影响检测结果。 因此检测过程中应尽可能排除或减轻外界因素的影响，尤其是每次检测工作必须对检测装置的灵敏度进行校验。

三、电磁探伤的优点和局限

1、电磁探伤的优点。

（1）、易于实现自动化。

（2）、较高的检测可靠性。由计算机根据检测到的信号判断缺陷的存在与否，可以从根本上解决磁粉，渗透方法中认为因素的影响，而具有较高的检测可靠性。

（3）、可以实现缺陷的初步量化。

（4）、在管体检测中，在厚度达30mm的壁厚范围内，可同时检测内外壁缺陷。

（5）、高效、无污染 自动化的检测可以获得很高的检测效率。

2．电磁检测的局限性

（1）、只适用于铁磁材料。

（2）、缺陷量化粗略。

（3）、受被检工件外形闲置 不适合不规则体的原件检测。

（4）、电磁探伤不适用开裂很窄的裂纹。尤其是闭合型裂纹。比如早期的疲劳裂纹。

四、发展方向

1、如何降低电磁检测的端区效应影响。

石油钻杆的事故多发区域是，接头管体过渡区域。而电磁检测因为其端区效应的影响，而不能实现两端高位区域的自动检测，现在常用的过渡带检测方法是超声波人工扫查。因此如何有效的降低端区效应，达到能检测钻杆两端过渡区的能力，就成了现在绝大多数电磁检测设备厂家的重点研究方向。

2、电磁探伤和超声探伤的一体化。

电磁探伤和超声探伤各有其优点和局限性，如果能够将电磁和超声的优点想组合，这不但能实现电磁探伤的快速检测，还能实现超声探伤的定量定位准确。这就大大缩减了缺陷验证的工作量。

3、智能化管理。

随着电子技术的发展，设备软件的智能化就越来越显得重要。当前钻井技术的发展要求钻具方能提高钻具的跟踪使用记录，如何准确快速的将检测数据分类、存档、对比。根据客户需要自动生成同一批次钻杆在不同时间段的检测结果评价分析报告，以及不同批次钻杆的检测结果使用分析对比报告，甚至根据初始录入的钻具使用背景进行智能分析，为钻具租赁方提供科学合理的使用建议。

参考文献：

1林俊明；电磁无损检测技术的发展与新成果；工程与实验；2011年01期

2张伟代、童凯；钢棒表面的电磁超声探伤；2000年中国材料研讨会论文集；2000年

3李金平；全数字多通道自动化探伤系统的研制；南京航空航天大学；2003年

4陈可；缺陷漏磁场的研究及其无损检测探伤的应用[D] ；西北工业大学；2004年