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                直臺階鉆桿磁粉檢測技術分析

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                掃一掃!直臺階鉆桿磁粉檢測技術分析掃一掃!
                人氣:-發表時間:2014-11-08 11:19【

                塔裏木油田現有5″直臺階鉆桿將近2.8萬根,全部是1998年以前購入,從投入使用以來常在臺階根部發生滋漏失效事故,嚴重影響井隊的正常作業。以前一直采用超聲波大斜度入射法對鉆桿加厚過渡帶和焊縫區域進行檢測,但不能解決根本問題。這主要是由於鉆具老化,另外一方面也說明磁粉探傷機的局限性,不能完全發現已經出現的疲勞缺陷。後采用了一種新的檢測方法。

                一、超聲波探傷的局限性

                超聲波在鉆桿內部傳播時由於鉆桿壁厚薄不均,且內表面是凸起的圓弧狀,使反射波呈發散狀,聲束發散,聲能就降低。超聲波檢測是依靠聲能在缺陷位置產生反射來發現缺陷的,反射聲能的強弱顯示了缺陷的大小。

                超聲波探傷的理論靈敏度是半波長,對於通常采用的2.5M超聲波探頭而言,波長為2.36mm,檢出缺陷的能力為1.2mm。

                如果要提高探傷靈敏度則需要提高頻率,頻率越高,波長越短,超聲波的指向性就越好,靈敏度就越高。但波頻率越高,越容易產生金屬晶粒間的散射和吸收衰減,因此又會影響缺陷的檢出能力。

                目前超聲波圓弧探頭的人射點和K值都無法準確確定,圓弧面探傷定位存在著技術上的難度,因此對檢測中出現的回波反射都無法準確定量和定位。鉆桿加厚過渡帶的壁厚在18~20mm,存在著變截面和焊接加工時產生的車削臺階,波形傳播和轉換復雜,不易區分缺陷波與結構波,也無法判斷發現的缺陷是在吊卡臺階根部還是內壁材質缺陷。

                直臺階鉆桿臺肩根部圓柱部分長度為130mm,後面是一個變徑斜面,斜面與管體軸線存在一個夾角,會影響超聲波主聲束在管體中的傳播角度,無法進行檢測。(見圖1)探頭的長度為70mm,前沿長度為50mm左右。根據超聲波正弦定律可計算出55°入射角探頭的折射角為75.7°,K值為3.92,采用一次波探傷時檢出裂紋的最小深度在12mm以上,對剛萌生的裂紋無法檢出。采用二次波檢查時由於鉆桿加厚部分的結構限制了探頭的接觸,無法檢查。

                二、新檢測方法的理論依據及實際效果

                針對上述問題,經過對吊卡臺階根部鉆桿的失效分析,發現疲勞裂紋的萌生都是在外表面產生的,隨著使用時間的延長,裂紋不斷擴展,最終導致裂紋穿透管壁,引起滋漏和斷裂失效。疲勞裂紋是表面萌生的開口型裂紋,而且鉆桿是合金鋼,屬於鐵磁性材料,適合磁粉檢測。國外的鉆具探傷分級檢測標準DS1規定,對於鉆桿加厚部位可采用電磁扼和幹磁粉進行檢查。但是采用電磁扼檢測管材,在圓周方向至少需要磁化六次,每磁化一次需要撒一次磁粉,工效太低,而且幹磁粉的磁痕不易觀察。

                鉆桿吊卡臺肩根部出現疲勞裂紋,走向垂直於鉆桿軸線,適合於采用線圈縱向磁化探傷,只需要磁化一次,澆一次磁懸液就可完成整個圓周方向的檢測。

                圖2線圈磁化探傷示意圖

                采用線圈偏心磁化方法連續檢測,即邊磁化邊澆磁懸液。根據偏心磁化空心工件的磁化規範,磁化電流的計算如下

                I=45000/N(L/D)

                式中L/D大於15時,按15取,采用的磁化線圈是238匝,所需磁化電流為12.6A。為了提高檢測靈敏度,采用熒光磁粉配置磁懸液,利用紫外線觀察。通過實驗可發現靈敏度試片上的人工缺陷,證明該方法可行。

                被檢測部位應清理幹凈,可見金屬光澤,以確保檢測的準確性。每次工作之前必須采用A型靈敏度試片檢查磁場強度和磁化規範是否合適。磁化線圈應盡可能靠近檢測部位,以提高檢測靈敏度。檢查時,先用磁懸液潤濕待檢表面,在通電磁化的同時澆磁懸液,停止澆磁懸液後再磁化數次,待磁痕形成並滯留下來時停電,進行檢驗。探傷過程中要註意監測磁懸液的汙染程度,使用一定時間後,應用梨形沈澱管對磁懸液對比檢查汙染程度,若汙染物濃度超過30%時應重新配置。應防止金屬表面劃痕產生的磁痕誤判為裂紋,在檢測過程中可用砂紙打磨後再磁化檢查,以辨別是裂紋還是偽缺陷。觀察磁痕時如果要吹動磁懸液富集部位,必須在通電磁化的同時進行,否則將會影響檢測結果。觀察過程中如需轉動鉆桿時必須保持線圈通電,防止多余的磁懸液覆蓋磁痕,導致漏檢。連續檢測時,線圈連續通電時間不能超過15s,通電時間太長可能導致線圈發熱損壞。

                三、效果

                相對於電磁扼磁化檢測,此法至少提高速度三倍,而且檢測連續,便於觀察。現5″直臺階鉆桿在用數量仍然較大,每年使用數量在30口井以上,每口井至少要求探傷一次以上。采用新方法檢測,可減少重復探傷至少10井次,節約費用15萬元。由於鉆具檢測質量得以保證,可減少更換鉆桿5井次,節約運費18萬元、重復檢測費36萬元。直接經濟效益為69萬元。

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