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超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用根據(jù)其結(jié)構(gòu)，鉆探桿的檢測可分為管腔漏磁檢測和螺釘研磨銀粉檢測。鉆孔夾蓋的厚度只是一個明顯的避磁和磁粉檢測領(lǐng)域。據(jù)實踐證明，該部位最有效的檢測方法是超聲檢測，最大的特點是靈活方便，可以攜帶于井隊現(xiàn)場任何地方。檢測速度快，人口少，檢測效率高。它可以有效地檢測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)甘油或機油。1.2通過調(diào)整線型確定測線.為確保檢測質(zhì)量,應(yīng)有專門試塊,如ZGS-1型試塊,其作用有:(1)測定斜探頭入射點,利用試塊上的R50mm曲面反射測定。(2)測定斜探頭K值,利用距上表面20mm橫通孔測定。(3)測定斜探頭的分辨力,利用距離上表面40mm處的雙孔進行測定。(4)調(diào)整探測起始靈敏度,利用右上、下表面0.5mm深的槽進行測定調(diào)整(同時確定探測范圍)。(5)繪制距離-波幅曲線,利用距離上表面10mm、20mm、30mm、40mm的孔繪制(同時測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,配合細調(diào),按1:1的水平比例標(biāo)定儀器的探測距離,首先測定探頭前沿和K值,要求儀器有較好的分辨力,能將試塊兩個相鄰孔的回波分辨開。用0.5mm深的槽調(diào)整起始靈敏度,使上表面槽反射波高達50%,在此靈敏度上補償4dB～6dB,作為實際探傷時的靈敏度。(2)現(xiàn)場檢測時將其深度旋鈕選擇在1m,探頭對準(zhǔn)鉆桿接頭端面,并將端面反射信號按水平法調(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)實際隨時補償。1.4移動距離的確定探測范圍選擇在管體一側(cè),清除探測面異物,探頭移動距離應(yīng)盡量滿足P≮2TK+50mm(T=壁厚,K=探頭K值)。探頭移動掃查方式采用U型,每次橫向移動一個探頭寬,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)見圖1所示:圖中OA表示主聲束聲程(S),AB表示缺陷A至探測面的垂直距離(或深度h),OB表示探頭入射點至缺陷的水平距離(L)。因此,要確定缺陷位置,應(yīng)預(yù)先測出探頭的入射點和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(一個跨距)見圖2所示:一個跨距范圍內(nèi)缺陷的聲程:S+S1=(2t-h1)/cosβ一個跨距范圍內(nèi)缺陷的水平距離:L1=(2t-h1)·tanβ一個跨距范圍內(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(同時測定儀器的水平線性和垂直線性)。檢測時一般使用定量線。2探傷的質(zhì)量評定⑴靈敏度調(diào)整為統(tǒng)一判斷標(biāo)準(zhǔn),必須先對探傷方法、儀器和探頭性能、參考試塊做出明確的規(guī)定,否則檢驗結(jié)果不會一致,然后用試塊上的人工傷確定儀器和探頭組合靈敏度。⑵掃查時可適當(dāng)提高靈敏度,以補償由于操作中的聲耦合不穩(wěn)定因素帶來的靈敏度波動,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)予以切除或進行局部修整,修整后仍需探傷復(fù)驗是否合格。⑷探頭的接觸面在探測時應(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),會造成漏檢誤判現(xiàn)象。⑸加厚過渡區(qū)探傷時,在熒光屏上可能會出現(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評估和標(biāo)記錯誤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)樣管通過檢測設(shè)備時,人工缺陷在顯示器上顯示的曲線高度在滿幅度的80%,進行存儲記憶,基準(zhǔn)靈敏度確定。3.2回波高度認(rèn)定SY/5446-92《油井管無損檢測方法鉆桿焊縫超聲波探傷》回波高度大于或等于對比試塊上人工缺陷反射體相應(yīng)部位的回波高度時應(yīng)認(rèn)定為缺陷;回波高度低于對比試塊上相應(yīng)部位的回波高度,但周向指示長度超過20mm時,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鉆桿失效勞動缺陷鉆桿的疲勞破壞也比較常見,這種破壞是疲勞裂紋的發(fā)展過程,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,這種缺陷若不及時檢出就會擴展為斷裂如圖5所示。在儀器熒光屏上的波形顯示是尖銳的且很高,隨著探頭的移動而移動。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,鉆井液穿過鉆桿管體上疲勞裂紋的縫隙時高速流動,進一步擴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,如不及時發(fā)現(xiàn)會造成事故,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,井隊存放不規(guī)則,管理不當(dāng)而造成的,還有長期在地面堆放,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,但有時需用超聲波測厚儀輔助檢測。4.4鉆桿的對比檢測鉆桿加厚過渡區(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、長度不等,帶有折皺缺陷的鉆桿鉆井過程中易發(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,對于裂紋較長且深度較大的裂紋,波形顯示很尖銳并隨探頭移動而前后移動;對于短而淺的裂紋波形隨探頭的移動時而出現(xiàn)時而消失。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中檢出,但也有檢測不到的部位,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,需要輔助其他檢測方法對鉆桿實施全方位檢測,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管體;接頭可進行超聲波測厚;接頭內(nèi)壁可使用內(nèi)窺鏡觀察;臺肩面可目視檢查;內(nèi)外螺紋可實施熒光磁粉檢測等。5年來跟蹤檢測情況(1)用超聲波探傷法對鉆桿加厚過渡區(qū)域?qū)嵤z測是切實可行的,這對安全使用鉆桿,保證鉆井人身設(shè)備安全具有重要意義。(2)通過幾年來的跟蹤檢測情況,鉆桿加厚過渡區(qū)內(nèi)主要缺陷為裂紋、孔