钻杆本体断裂原因分析及预防措施

钻杆本体断裂原因分析及预防措施

1超声波检测技术应用根据其结构，钻探杆的检测可分为管腔漏磁检测和螺钉研磨银粉检测。钻孔夹盖的厚度只是一个明显的避磁和磁粉检测领域。据实践证明，该部位最有效的检测方法是超声检测，最大的特点是灵活方便，可以携带于井队现场任何地方。检测速度快，人口少，检测效率高。它可以有效地检测钻头盖层的不同缺陷，如枪管腐烂、裂纹、孔、露头、倾角、切痕、焊接中的各种缺陷等。1.1钻杆加固过渡区仪器:模拟式、数字式超声波探伤仪。探头:根据工件壁厚、外径选择探头频率和尺寸,ϕ127mm钻杆加厚过渡区的壁厚是18mm～20mm,应选用2.5P8×12K2-K2.5-D的探头,按加厚过渡区域的外圆磨成适当曲率即R60,以保证良好的声能接触。耦合剂:工业甘油或机油。1.2通过调整线型确定测线.为确保检测质量,应有专门试块,如ZGS-1型试块,其作用有:(1)测定斜探头入射点,利用试块上的R50mm曲面反射测定。(2)测定斜探头K值,利用距上表面20mm横通孔测定。(3)测定斜探头的分辨力,利用距离上表面40mm处的双孔进行测定。(4)调整探测起始灵敏度,利用右上、下表面0.5mm深的槽进行测定调整(同时确定探测范围)。(5)绘制距离-波幅曲线,利用距离上表面10mm、20mm、30mm、40mm的孔绘制(同时测定仪器的水平线性和垂直线性)。ZGS-1型试块还钻有API标准规定的用于管材探伤的ϕ1.6mm竖通孔,可进行当量比较,提供参考依据。1.3回波位置的确定(1)在ZGS-1型试块上使用双孔(即40mm处两相邻孔)标定法,将粗调置于50mm档,配合细调,按1:1的水平比例标定仪器的探测距离,首先测定探头前沿和K值,要求仪器有较好的分辨力,能将试块两个相邻孔的回波分辨开。用0.5mm深的槽调整起始灵敏度,使上表面槽反射波高达50%,在此灵敏度上补偿4dB～6dB,作为实际探伤时的灵敏度。(2)现场检测时将其深度旋钮选择在1m,探头对准钻杆接头端面,并将端面反射信号按水平法调节到仪器面板相应的位置,距离大于600mm。其回波高度应大于满幅度的80%。灵敏度留有余量以便根据实际随时补偿。1.4移动距离的确定探测范围选择在管体一侧,清除探测面异物,探头移动距离应尽量满足P≮2TK+50mm(T=壁厚,K=探头K值)。探头移动扫查方式采用U型,每次横向移动一个探头宽,以保证百分之百扫查。1.5缺陷的水平距离⑴半波声程定位法(0.5跨距)见图1所示:图中OA表示主声束声程(S),AB表示缺陷A至探测面的垂直距离(或深度h),OB表示探头入射点至缺陷的水平距离(L)。因此,要确定缺陷位置,应预先测出探头的入射点和K值。0.5跨距范围内缺陷的声程S=h/cosβ0.5跨距范围内缺陷的水平距离L=h·tanβ0.5跨距范围内缺陷的深度h=S·cosβ⑵全波声程定位法(一个跨距)见图2所示:一个跨距范围内缺陷的声程:S+S1=(2t-h1)/cosβ一个跨距范围内缺陷的水平距离:L1=(2t-h1)·tanβ一个跨距范围内缺陷的缺陷深度:h1=(S+S1)·cosβ1.6绘制距离波幅曲线利用距离上表面10mm、20mm、30mm、40mm的孔绘制距离波幅曲线(同时测定仪器的水平线性和垂直线性)。检测时一般使用定量线。2探伤的质量评定⑴灵敏度调整为统一判断标准,必须先对探伤方法、仪器和探头性能、参考试块做出明确的规定,否则检验结果不会一致,然后用试块上的人工伤确定仪器和探头组合灵敏度。⑵扫查时可适当提高灵敏度,以补偿由于操作中的声耦合不稳定因素带来的灵敏度波动,但也不能提的太高,否则杂波要高。⑶发现伤波要排除各种干扰反射波防止误判。凡超过人工反射波的一律定为不合格,低于人工伤反射波判为合格。即质量评定采用当量比较法,凡是不合格区段应予以切除或进行局部修整,修整后仍需探伤复验是否合格。⑷探头的接触面在探测时应与工件曲面吻合,但探头接触的曲率半径必须是工件曲率半径的1～1.5倍,如果曲率不能完全吻合,使得探头不稳,会造成漏检误判现象。⑸加厚过渡区探伤时,在荧光屏上可能会出现各种回波,这些回波有的是缺陷产生的,有的是大钳咬伤、硬物拉伤等表面缺陷产生的,因此,判定荧光屏上出现的回波是缺陷回波还是干扰回波十分重要。3评估和标记错误3.1系统基准灵敏度的确定在标准样管上分别有深1mm宽0.5mm的刻槽和ϕ1.6mm的通孔,当标准样管通过检测设备时,人工缺陷在显示器上显示的曲线高度在满幅度的80%,进行存储记忆,基准灵敏度确定。3.2回波高度认定SY/5446-92《油井管无损检测方法钻杆焊缝超声波探伤》回波高度大于或等于对比试块上人工缺陷反射体相应部位的回波高度时应认定为缺陷;回波高度低于对比试块上相应部位的回波高度,但周向指示长度超过20mm时,仍应判为缺陷;允许采用其他探伤方法综合判断缺陷性质;对摊上合格、不合格(有缺陷)的钻杆分别做出标记,标出缺陷的部位。4缺陷分析4.1钻杆失效劳动缺陷钻杆的疲劳破坏也比较常见,这种破坏是疲劳裂纹的发展过程,最后的破坏是拉断、扭断或刺穿,所以人们往往忽略这种破坏形式。由钻杆失效造成的损失中,裂纹缺陷占有相当大的比例。当然,这种疲劳裂纹有纯疲劳造成的,也有腐蚀疲劳、钢表面缺陷、冶炼缺陷、腐蚀坑以及机械损伤等诸多因素造成的,如图3、图4所示,这种缺陷若不及时检出就会扩展为断裂如图5所示。在仪器荧光屏上的波形显示是尖锐的且很高,随着探头的移动而移动。4.2混矿裂纹的形成钻杆管体刺穿也常引起本体折断事故,在钻井液压力作用下,钻井液穿过钻杆管体上疲劳裂纹的缝隙时高速流动,进一步扩大了疲劳裂纹变成裂缝,并使裂缝变成穿孔(孔洞),所以钻杆刺穿的先决条件就是有疲劳裂纹,刺穿并形成孔洞后,泵压下降,如不及时发现会造成事故,如图6所示。在仪器荧光屏上的波形显示是杂波状,中间波形高而两边低且杂乱。4.3钻杆壁腐蚀钻杆的管壁腐蚀缺陷是最常见的,主要受泥浆的内压力、冲刷及化学成份反应而引起并造成钻杆内壁腐蚀。而外壁腐蚀缺陷主要是露天存放,井队存放不规则,管理不当而造成的,还有长期在地面堆放,雨水侵蚀等,如图7所示。在仪器荧光屏上的波形显示是波形杂乱成草状,但有时需用超声波测厚仪辅助检测。4.4钻杆的对比检测钻杆加厚过渡区存在的严重折皱缺陷,纯粹是在制造工艺中造成的,在每一道折皱缺陷根部都存在微裂纹缺陷,如图8所示,深度、长度不等,带有折皱缺陷的钻杆钻井过程中易发生断裂事故,如图9所示。在仪器荧光屏上的波形显示不一致,对于裂纹较长且深度较大的裂纹,波形显示很尖锐并随探头移动而前后移动;对于短而浅的裂纹波形随探头的移动时而出现时而消失。钻杆是钻井工具中使用量最大的一种工具,除以上分析的四个典型缺陷外,还有扭断破坏、拉伸破坏、拉槽、切痕等缺陷,这些缺陷均可在超声波检测中检出,但也有检测不到的部位,如钻杆的管体、接头、接头的内外螺纹等,极易导致应力集中,产生各种缺陷,需要辅助其他检测方法对钻杆实施全方位检测,才能从根本上杜绝钻井事故的发生.如使用超声波探伤方法检测管体;接头可进行超声波测厚;接头内壁可使用内窥镜观察;台肩面可目视检查;内外螺纹可实施荧光磁粉检测等。5年来跟踪检测情况(1)用超声波探伤法对钻杆加厚过渡区域实施检测是切实可行的,这对安全使用钻杆,保证钻井人身设备安全具有重要意义。(2)通过几年来的跟踪检测情况,钻杆加厚过渡区内主要缺陷为裂纹、孔