鉆桿本體斷裂原因分析及預(yù)防措施

鉆桿本體斷裂原因分析及預(yù)防措施

1超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用根據(jù)其結(jié)構(gòu)，鉆探桿的檢測(cè)可分為管腔漏磁檢測(cè)和螺釘研磨銀粉檢測(cè)。鉆孔夾蓋的厚度只是一個(gè)明顯的避磁和磁粉檢測(cè)領(lǐng)域。據(jù)實(shí)踐證明，該部位最有效的檢測(cè)方法是超聲檢測(cè)，最大的特點(diǎn)是靈活方便，可以攜帶于井隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)任何地方。檢測(cè)速度快，人口少，檢測(cè)效率高。它可以有效地檢測(cè)鉆頭蓋層的不同缺陷，如槍管腐爛、裂紋、孔、露頭、傾角、切痕、焊接中的各種缺陷等。1.1鉆桿加固過(guò)渡區(qū)儀器:模擬式、數(shù)字式超聲波探傷儀。探頭:根據(jù)工件壁厚、外徑選擇探頭頻率和尺寸,?127mm鉆桿加厚過(guò)渡區(qū)的壁厚是18mm～20mm,應(yīng)選用2.5P8×12K2-K2.5-D的探頭,按加厚過(guò)渡區(qū)域的外圓磨成適當(dāng)曲率即R60,以保證良好的聲能接觸。耦合劑:工業(yè)甘油或機(jī)油。1.2通過(guò)調(diào)整線型確定測(cè)線.為確保檢測(cè)質(zhì)量,應(yīng)有專(zhuān)門(mén)試塊,如ZGS-1型試塊,其作用有:(1)測(cè)定斜探頭入射點(diǎn),利用試塊上的R50mm曲面反射測(cè)定。(2)測(cè)定斜探頭K值,利用距上表面20mm橫通孔測(cè)定。(3)測(cè)定斜探頭的分辨力,利用距離上表面40mm處的雙孔進(jìn)行測(cè)定。(4)調(diào)整探測(cè)起始靈敏度,利用右上、下表面0.5mm深的槽進(jìn)行測(cè)定調(diào)整(同時(shí)確定探測(cè)范圍)。(5)繪制距離-波幅曲線,利用距離上表面10mm、20mm、30mm、40mm的孔繪制(同時(shí)測(cè)定儀器的水平線性和垂直線性)。ZGS-1型試塊還鉆有API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的用于管材探傷的?1.6mm豎通孔,可進(jìn)行當(dāng)量比較,提供參考依據(jù)。1.3回波位置的確定(1)在ZGS-1型試塊上使用雙孔(即40mm處兩相鄰孔)標(biāo)定法,將粗調(diào)置于50mm檔,配合細(xì)調(diào),按1:1的水平比例標(biāo)定儀器的探測(cè)距離,首先測(cè)定探頭前沿和K值,要求儀器有較好的分辨力,能將試塊兩個(gè)相鄰孔的回波分辨開(kāi)。用0.5mm深的槽調(diào)整起始靈敏度,使上表面槽反射波高達(dá)50%,在此靈敏度上補(bǔ)償4dB～6dB,作為實(shí)際探傷時(shí)的靈敏度。(2)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)將其深度旋鈕選擇在1m,探頭對(duì)準(zhǔn)鉆桿接頭端面,并將端面反射信號(hào)按水平法調(diào)節(jié)到儀器面板相應(yīng)的位置,距離大于600mm。其回波高度應(yīng)大于滿幅度的80%。靈敏度留有余量以便根據(jù)實(shí)際隨時(shí)補(bǔ)償。1.4移動(dòng)距離的確定探測(cè)范圍選擇在管體一側(cè),清除探測(cè)面異物,探頭移動(dòng)距離應(yīng)盡量滿足P≮2TK+50mm(T=壁厚,K=探頭K值)。探頭移動(dòng)掃查方式采用U型,每次橫向移動(dòng)一個(gè)探頭寬,以保證百分之百掃查。1.5缺陷的水平距離⑴半波聲程定位法(0.5跨距)見(jiàn)圖1所示:圖中OA表示主聲束聲程(S),AB表示缺陷A至探測(cè)面的垂直距離(或深度h),OB表示探頭入射點(diǎn)至缺陷的水平距離(L)。因此,要確定缺陷位置,應(yīng)預(yù)先測(cè)出探頭的入射點(diǎn)和K值。0.5跨距范圍內(nèi)缺陷的聲程S=h/cosβ0.5跨距范圍內(nèi)缺陷的水平距離L=h·tanβ0.5跨距范圍內(nèi)缺陷的深度h=S·cosβ⑵全波聲程定位法(一個(gè)跨距)見(jiàn)圖2所示:一個(gè)跨距范圍內(nèi)缺陷的聲程:S+S1=(2t-h1)/cosβ一個(gè)跨距范圍內(nèi)缺陷的水平距離:L1=(2t-h1)·tanβ一個(gè)跨距范圍內(nèi)缺陷的缺陷深度:h1=(S+S1)·cosβ1.6繪制距離波幅曲線利用距離上表面10mm、20mm、30mm、40mm的孔繪制距離波幅曲線(同時(shí)測(cè)定儀器的水平線性和垂直線性)。檢測(cè)時(shí)一般使用定量線。2探傷的質(zhì)量評(píng)定⑴靈敏度調(diào)整為統(tǒng)一判斷標(biāo)準(zhǔn),必須先對(duì)探傷方法、儀器和探頭性能、參考試塊做出明確的規(guī)定,否則檢驗(yàn)結(jié)果不會(huì)一致,然后用試塊上的人工傷確定儀器和探頭組合靈敏度。⑵掃查時(shí)可適當(dāng)提高靈敏度,以補(bǔ)償由于操作中的聲耦合不穩(wěn)定因素帶來(lái)的靈敏度波動(dòng),但也不能提的太高,否則雜波要高。⑶發(fā)現(xiàn)傷波要排除各種干擾反射波防止誤判。凡超過(guò)人工反射波的一律定為不合格,低于人工傷反射波判為合格。即質(zhì)量評(píng)定采用當(dāng)量比較法,凡是不合格區(qū)段應(yīng)予以切除或進(jìn)行局部修整,修整后仍需探傷復(fù)驗(yàn)是否合格。⑷探頭的接觸面在探測(cè)時(shí)應(yīng)與工件曲面吻合,但探頭接觸的曲率半徑必須是工件曲率半徑的1～1.5倍,如果曲率不能完全吻合,使得探頭不穩(wěn),會(huì)造成漏檢誤判現(xiàn)象。⑸加厚過(guò)渡區(qū)探傷時(shí),在熒光屏上可能會(huì)出現(xiàn)各種回波,這些回波有的是缺陷產(chǎn)生的,有的是大鉗咬傷、硬物拉傷等表面缺陷產(chǎn)生的,因此,判定熒光屏上出現(xiàn)的回波是缺陷回波還是干擾回波十分重要。3評(píng)估和標(biāo)記錯(cuò)誤3.1系統(tǒng)基準(zhǔn)靈敏度的確定在標(biāo)準(zhǔn)樣管上分別有深1mm寬0.5mm的刻槽和?1.6mm的通孔,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)樣管通過(guò)檢測(cè)設(shè)備時(shí),人工缺陷在顯示器上顯示的曲線高度在滿幅度的80%,進(jìn)行存儲(chǔ)記憶,基準(zhǔn)靈敏度確定。3.2回波高度認(rèn)定SY/5446-92《油井管無(wú)損檢測(cè)方法鉆桿焊縫超聲波探傷》回波高度大于或等于對(duì)比試塊上人工缺陷反射體相應(yīng)部位的回波高度時(shí)應(yīng)認(rèn)定為缺陷;回波高度低于對(duì)比試塊上相應(yīng)部位的回波高度,但周向指示長(zhǎng)度超過(guò)20mm時(shí),仍應(yīng)判為缺陷;允許采用其他探傷方法綜合判斷缺陷性質(zhì);對(duì)攤上合格、不合格(有缺陷)的鉆桿分別做出標(biāo)記,標(biāo)出缺陷的部位。4缺陷分析4.1鉆桿失效勞動(dòng)缺陷鉆桿的疲勞破壞也比較常見(jiàn),這種破壞是疲勞裂紋的發(fā)展過(guò)程,最后的破壞是拉斷、扭斷或刺穿,所以人們往往忽略這種破壞形式。由鉆桿失效造成的損失中,裂紋缺陷占有相當(dāng)大的比例。當(dāng)然,這種疲勞裂紋有純疲勞造成的,也有腐蝕疲勞、鋼表面缺陷、冶煉缺陷、腐蝕坑以及機(jī)械損傷等諸多因素造成的,如圖3、圖4所示,這種缺陷若不及時(shí)檢出就會(huì)擴(kuò)展為斷裂如圖5所示。在儀器熒光屏上的波形顯示是尖銳的且很高,隨著探頭的移動(dòng)而移動(dòng)。4.2混礦裂紋的形成鉆桿管體刺穿也常引起本體折斷事故,在鉆井液壓力作用下,鉆井液穿過(guò)鉆桿管體上疲勞裂紋的縫隙時(shí)高速流動(dòng),進(jìn)一步擴(kuò)大了疲勞裂紋變成裂縫,并使裂縫變成穿孔(孔洞),所以鉆桿刺穿的先決條件就是有疲勞裂紋,刺穿并形成孔洞后,泵壓下降,如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)會(huì)造成事故,如圖6所示。在儀器熒光屏上的波形顯示是雜波狀,中間波形高而兩邊低且雜亂。4.3鉆桿壁腐蝕鉆桿的管壁腐蝕缺陷是最常見(jiàn)的,主要受泥漿的內(nèi)壓力、沖刷及化學(xué)成份反應(yīng)而引起并造成鉆桿內(nèi)壁腐蝕。而外壁腐蝕缺陷主要是露天存放,井隊(duì)存放不規(guī)則,管理不當(dāng)而造成的,還有長(zhǎng)期在地面堆放,雨水侵蝕等,如圖7所示。在儀器熒光屏上的波形顯示是波形雜亂成草狀,但有時(shí)需用超聲波測(cè)厚儀輔助檢測(cè)。4.4鉆桿的對(duì)比檢測(cè)鉆桿加厚過(guò)渡區(qū)存在的嚴(yán)重折皺缺陷,純粹是在制造工藝中造成的,在每一道折皺缺陷根部都存在微裂紋缺陷,如圖8所示,深度、長(zhǎng)度不等,帶有折皺缺陷的鉆桿鉆井過(guò)程中易發(fā)生斷裂事故,如圖9所示。在儀器熒光屏上的波形顯示不一致,對(duì)于裂紋較長(zhǎng)且深度較大的裂紋,波形顯示很尖銳并隨探頭移動(dòng)而前后移動(dòng);對(duì)于短而淺的裂紋波形隨探頭的移動(dòng)時(shí)而出現(xiàn)時(shí)而消失。鉆桿是鉆井工具中使用量最大的一種工具,除以上分析的四個(gè)典型缺陷外,還有扭斷破壞、拉伸破壞、拉槽、切痕等缺陷,這些缺陷均可在超聲波檢測(cè)中檢出,但也有檢測(cè)不到的部位,如鉆桿的管體、接頭、接頭的內(nèi)外螺紋等,極易導(dǎo)致應(yīng)力集中,產(chǎn)生各種缺陷,需要輔助其他檢測(cè)方法對(duì)鉆桿實(shí)施全方位檢測(cè),才能從根本上杜絕鉆井事故的發(fā)生.如使用超聲波探傷方法檢測(cè)管體;接頭可進(jìn)行超聲波測(cè)厚;接頭內(nèi)壁可使用內(nèi)窺鏡觀察;臺(tái)肩面可目視檢查;內(nèi)外螺紋可實(shí)施熒光磁粉檢測(cè)等。5年來(lái)跟蹤檢測(cè)情況(1)用超聲波探傷法對(duì)鉆桿加厚過(guò)渡區(qū)域?qū)嵤z測(cè)是切實(shí)可行的,這對(duì)安全使用鉆桿,保證鉆井人身設(shè)備安全具有重要意義。(2)通過(guò)幾年來(lái)的跟蹤檢測(cè)情況,鉆桿加厚過(guò)渡區(qū)內(nèi)主要缺陷為裂紋、孔