苗红利1李耀2
河南省濮阳市清丰县马庄桥镇长安街中原管具公司河南濮阳457001
摘要：预防钻杆失效是提高钻井速度和保障施工安全的重要措施,历来受到石油及相关领域专家和现场工作人员的重视。但是,采用超声、磁粉及射线等常规方法检测钻杆川,工人劳动强度大,检测速度慢、可靠性差,制约了钻井速度。而且大庆油田钻井工作量大,钻杆使用及检测量大,公称壁厚(9.19mm)。为此,急需研制一种快速、准确的管体无损探伤综合检测系统。文章将漏磁、超声等检测方法综合在一起进行优化,研发出了钻杆无损探伤计算机检测系统,关在大庆油田进行了成功应用,为确保钻井安全及提高钻井速度提供了技术保障。
关键词：钻杆；检测工艺
引言：进行钻杆管体探伤对防止钻杆刺漏及断裂事故的发生其有十分重要的意义。针对钻杆管体探伤常规方法的不足，研制了一种电磁检测系统,设计了多种传感器的计算机处理系统,实现了管体横向缺陷检测及壁厚损失的综合检侧，讨加厚区应用了一种水浸轮式探伤的超声检测系统，从而有效地实现了钻杆无损检测。该检测系统探伤分辨率高、效率高、结构简单、现场适应性强,现已成功应用于当前诸多的油田钻杆检测中,取得了良好的效果。
一、钻杆管体无损检测仪
依据电磁学原理,研究开发了固定式在线电磁钻杆管体检测仪,采用包括三个标准的EMI探测功能:坑蚀/横向裂纹、壁厚损失、钢级比较。所有的信号通过计算机处理,并在屏幕上清楚显示缺陷的位置,可提高探伤系统的性能、速度及可靠性;屏幕中显示的信号用不同颜色区分来自不同传感器的信号,方便识别和分析;计算机内有一由编码器构成的追踪系统,在屏幕中判断有几个探头同时检测到某一个缺陷;新型的上下料压辊系统,保证钻杆及接头能平稳地穿过线圈;遇缺陷自动报警及喷漆功能,为缺陷验证提供了方便。
（一）横向缺陷检测
横向检测采用漏磁的方法,应用固定式环型磁力线圈在管体上产生强大的纵向磁场,并纵向感应到管体轴心,任何内外表面上的缺陷(例如麻坑、横向切口或者90角或其他人射角产生的三维缺陷等)都将引起管体表面的磁通变化。8个内置搜索线圈的横向探头装在气动头上,传感器相互叠加达到120%的覆盖面积。当因缺陷引起的表面漏磁通变化时,传感器产生6大信号电压,由横向输人/输出模块接收信号,计算机通过分析,选择同一时钟的最大缺陷,在显示器上显示。一级放大器的值在设备安装时即可调至最大,在设备使用过程中不改变其值,通过软件改变某一比例数来改变探头的增益值,进而达到调节探测灵敏度的目的。
（二）壁厚检测
壁厚测量是以总磁通及霍尔传感器技术为基础,采用非接触式传感环完成,分别安装在两个气动头上,通过光电元件来自动控制传感环的开合,使钻杆加厚部分能顺利通过传感环,将霍尔元件通电后,放在磁场中,使电流沿垂直磁场方向通过.从而在垂直于磁场和电流方向的霍尔元件两侧产生电位差U、(霍尔电势).通过测量Uv变化,则知漏磁刀变化,从而实现缺陷及平均壁厚的检测。
（三）钻杆钢级比较
钻杆钢级鉴别是由综合绝对值及差异值两种涡流检测技术来进行的,系统有两个检测线圈,其中一个线圈安装在检测线上,另一个参考线圈则放于一根已知钢级管材上,两个线圈之间的相位是相互平衡的。当某一个线圈感应到钢级变化时,系统便会失去平衡,产生的信号电压便触发报替及在液晶显示屏_L显示,从而区别不同钢级的钻杆。
（四）检测信号处理系统
检测信号处理系统由数据采集卡、声光报警器、计算机和分析软件等组成。探头检测到的磁场信号转变为电信号后和位置编码器信号一起传输到数据采集卡上。由于信号中包含多种原因引起的噪声和干扰,且腐蚀坑和孔等局部缺陷引起的跳变信号较弱,所以在数据采集卡中对检测信号进行了必要的叠加、放大和滤波等预处理,以消除或抑制输出信号中的噪声和卜扰,提高信噪比。信号经过A/D转换后进入计算机。分析软件对信号进行处理并将处理结果以各种特征数据和图像表示出来。计算机系统将所有信号都数字化,确保了检测结果的统一性。计算机显示四条跟踪曲线,一条为横向缺陷,两条为壁厚变化范围,一条为钢级对比,这些曲线可直观地反映钻杆的状态。检测计算机在钻杆检测完毕后存储结果,并提供检测报告。报告内容包括发现缺陷的种类、在管体长度上的位置和横向缺陷的时钟相位。该系统还可以精确测量每根管体的长度。另外,检测信号处理系统附带一个与管材核对系统一起仁作的油漆标记系统,每当有信号超出闹值设定时,计算机会记下该处在管材上的位置,当该处经过油漆标记仪时.便会被喷上油漆作为记号。
二、钻杆端区检测
由于AGS57OO管体检测仪气动机械部分位置的限制,钻杆在距接头30mm处无法进行检测,出现育区。通过钻井实践统计得知,由于钻杆加厚区过渡部分应力较为集中,钻杆折断多发生在此处,而这一部分却又处于上述设备的盲区地带。另外钻杆加厚部位壁厚约20mm.已超出电磁检测范围。为此,采用r超声波端区检测仪。
该仪器包括一个滚轮式的探头总成,内带两个探头.一个探头是以450角侧视模式来寻找缺陷,另一个探头以0o角利用压缩波来测量壁厚。具有实时模拟输出和数字模拟显示及视/听探伤报警功能,双探伤门在检测缺陷的同时提供第二度可独立调整的闸门以便测量壁厚反射波幅度损耗,这些闸门可独立设定为正向或反向报警。超声波探伤仪产生电振荡并加于探头上,激励探头发射超声波,同时将探头接收的电信号进行放大,通过一定方式显示出来,从而得到被探工件内部有无缺陷及缺陷的位置和大小。将探伤仪探头放置在标准管上,将此管内外表面的缺陷标定为不同波的反射次数,并与屏幕刻度相对应,从而在实际检测中即可得知缺陷的位置,是内缺陷还是外缺陷。
三、钻杆管体缺陷验证
缺陷验证是无损检测的重要环节。采用几台分别从美国和德国引进的小型高精度超声波探伤仪和测厚仪,对文章用探伤技术检测到的钻杆管体缺陷进行验证。验证结果表明,探伤技术检测结果正确,能够准确反映钻杆的伤损程度。比如，2016年,钻杆无损探伤计算机检测系统在某油田130多个井队共检测钻杆12700多根,检测出存在缺陷的钻杆1020根,其中因坑蚀/横向裂缝失效的钻杆705根,因壁厚损失的钻杆325根。经检测达到I级以上的钻杆4680根,达到1级标准且满足钻井要求的钻杆H647根。全油田共钻井500多口,检测后使用的钻杆未发生管体刺漏及断裂失效等事故，为实现安全钻井及提高钻井速度提供了保障[1]。
结论：
通过文章分析我们可以得出，首先，将电磁、超声等检侧方法进行优化组合,研发出了钻杆无损探伤计算机检测系统。该系统具有探伤分辨率高、效率高、结构简单及适应性强等优点；其次，钻杆管体缺陷电磁检测技术及多传感器系统、搜索线圈及霍尔传感器阵列保证了对钻杆腐蚀坑和壁厚损失的灵敏高效检测。应用结果表明,检测效率高,可靠性强,杜绝了钻井时钻杆管体断裂、刺漏事故的发生,提高了钻杆使用效率；最后，由于钻杆在复杂的交变应力状态下工作,同时还存在被介质腐蚀的危害,因此,无论是刚检测过的钻杆还是未经检测的钻杆,都应根据工作情况对钻杆进行定期或不定期的检测,以保障钻杆安全使用[2]。
参考文献：
[1]美国无损检测学会,美国无损检测手册(电磁卷)[M]上海:世界图书出版社2017,
[2]单成祥.传感器理论与设计基础及其应用[M].北京：国防工业出版社，2015.