石油钻杆漏磁检测技术研究

2015-08-04 171 0

   钻杆是石油钻采中大量使用的重要零件之一,在服役过程中要长期受拉、扭、弯曲等交变应力的作用,同时钻井液、钻井泥浆中溶解的O2,CO2和H2S等腐蚀介质及地层的氧化物等介质会严重腐蚀钻杆,受腐蚀后的钻杆在应力作用下很容易失效,进而导致钻柱失效事故发生。现场调查结果表明,国外14%的油气井都不同程度地发生过钻柱井下断裂事故,国内各油田每年也发生钻柱疲劳断裂事故500多起,直接经济损失巨大。同时,钻井生产中使用的钻杆大多会反复周转使用,钻杆本体容易发生疲劳断裂,针对石油钻杆使用效率,掌握其质量状况,减少钻井事故发生,对提高整体经济效益具有十分积极意义。
 
  1钻杆失效的缺陷形式
 
  钻杆失效的主要缺陷形式可分为;过量变形、断裂和表面损伤3类。过量变形主要是由于工作应力超过材料的屈服极限引起的,如钻杆接头在受载情况下螺纹部分的伸长,钻杆本体的弯曲扭转等。断裂在钻杆失效事故中所占的比例较大,危害也较严重。主要断裂形式有过载断裂、低应力脆断、应力腐蚀、氢脆、疲劳和腐蚀疲劳等。表面损伤包括裂纹、腐蚀、磨损和机械损伤等4个方面。钻杆的腐蚀有均匀腐蚀、小孔腐蚀和缝隙腐蚀3种情况。
 
  2钻杆检测现状
 
  目前,国内外对钻杆进行无损检测常用的方法有磁粉检测(MT)、超声波检测(UT)、涡流检测(ET)、射线检测(RT)、渗透检测(PT)等。其中磁粉检测和渗透检测主要针对外表面缺陷;涡流探伤主要用于棒材表面缺陷的检测,如果要检测钢材内部的缺陷,涡流探伤方法则无能为力;射线检测主要用于焊缝探伤;超声波探伤有较高的检测灵敏度,对棒材中的裂纹、直道等缺陷比较敏感,也能探测出非金属夹杂等体积型缺陷,但对于钻杆现场检测,自带超声波探伤较难实现,手动超声波探伤效率又太低,无法实现钻采现场的批量检测。
 
  3钻杆漏磁检测原理
 
  石油钻杆漏磁检测原理是建立铁磁性材料高磁导率特性基础上,测量铁磁性材料中缺陷所引起磁导率变化来检测石油钻杆的状况。石油钻杆(铁磁性材料)外加磁场作用下被磁化,当无缺陷时,磁力线绝大部分铁磁性材料,此时材料内部磁力线分布均匀;当有缺陷时,材料中缺陷磁导率比铁磁性材料本身小,致使磁力线发生弯曲,并具有一部分磁力线泄漏出材料表面,检测该泄漏磁场,就能有效检测出缺陷存,检测分析石油钻杆疲劳损坏情况。
 
  3.1磁化方法
 
  3.1.1.磁化方式选择:常见磁化方式有:交流磁化、直流磁化、交直流混合磁化。
 
  交流磁化:“趋肤效应”影响,检测深度将磁化电流频率上升而呈指数曲线下降,大功率高频交流电源较难获,同时考虑到石油钻杆大多为厚壁管,有一定检测深度要求,这种磁化方式一般场合较少使用。
 
  直流磁化:该方式检测深度较深,信号处理简单,大功率直流电源较容易获。
 
  交直流混合磁化:这种磁化方式从原理上讲,取了前两种方式之长,即考虑了检测深度又考虑了表面检测灵敏度,为理想磁化方式。但实际应用中,采用混合磁化方式后,造成励磁检测设备庞大,信号处理复杂,较少使用。
 
  综上所述,石油钻杆漏磁检测时,多为厚壁管,要求有一定检测深度,同时管体内外表面有氧化腐蚀存,采用直流磁化方式较为适宜,本文介绍石油钻杆漏磁检测方法,即采用直流磁化法。
 
  3.1.2、磁化方法选择:磁化方法通常分为两种,即轴向磁化和径向磁化。它们分别适用于穿过和旋转式检测(目前国外已有人采用组合磁化和旋转磁化,但都比较复杂)。
 
  这里介绍一种轴向局部磁化法。
 
  能清楚说明局部磁化法原理,首先分析普通磁化方法。两个磁化线圈之间存一定距离,使中央磁通密度较低,磁化不足,检测结果可靠性降低。达到一定可靠性,就必须加大磁化电流,确定合理线圈距离,使两个磁化线圈之间钻杆管体被充分磁化而达到磁饱和。
 
  对磁场进行引导,将磁极引向中央使两个检测励磁线圈距离相对缩短,其结果就是使中央磁通密度明显增加。只需使用较小检测励磁电流,就能将被检石油钻杆管体局部磁化并达到饱和,有效提高了检测结果可靠性。降低了检测磁化电流,使励磁电电源也较为简单。
 
  采用局部磁化法后,同样磁通条件下,中央磁通密度将提高23倍,有效提高了磁化程度,提高了检测结果可靠性和准确性。
 
  3.2信号处理方法
 
  3.2.1、直流磁化电源:输出直流到检测探头励磁线圈,以产生直流磁场。对被检石油钻杆管体进行磁化,使其达到磁和。该电源输出必须可调,不同规格选择最佳磁化点。
 
  3.2.2、检测探头:由检测励磁圈和差动测量组成。
 
  3.2.3、前置放大器:漏磁检测探头测量线圈输出零电势极小,必须对该微弱信号进行幅度放大,后级电路能对该信号进行各种处理。
 
  3.2.4、滤波器:前置放大器输出信号中既包含有缺陷信号,也含有其它噪声信号,如跳动、偏心、导电率变化、管径变化及壁厚变化等,滤波器,将其中缺陷信号选出,其它噪声尽可能滤掉。
 
  3.2.5、缺陷闸门:该电路作用时将滤波输出信号再进行处理,当有缺陷时,闸门打开:无缺陷时,闸门关闭,以提高信噪化。
 
  整个信号处理过程中,没有高频信号存,整个信号处理过程极其简单,这样有利于提高仪器稳定性和可靠性,并将仪器体积缩小,便于现场应用。
 
  从漏磁检测实验,证明该方法能方便用于石油钻杆检测,该方法具有结构简单、信号处理方便、检测能力强、灵敏度高等优点,特别是具有定位性、客观性和可记录性,适用于石油钻杆检测,还适用于粗糙表面管体、铜棒等,同时,对漏磁检测设备、检测探头和磁化工艺有较高要求,需要进一步研究提高,以更好体现漏磁检测技术具有高灵敏度和优良准确率优越性。

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