張顥新

（中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶鉆井總公司，陜西西安 710021）

0 引言

石油天然氣作為重要的能源，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有推進(jìn)作用，人們對(duì)石油天然氣需求也日益增加。受外在環(huán)境、機(jī)械自身因素及時(shí)間因素的影響，鉆井設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障，如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)、對(duì)其進(jìn)行處理，則會(huì)對(duì)鉆井施工的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，對(duì)我國(guó)油氣開(kāi)發(fā)的水平造成一定阻礙。為保證鉆井施工的效率，確保鉆井的儀器、設(shè)備符合使用需求，必須高度重視對(duì)其的檢測(cè)技術(shù)，降低設(shè)備的故障率，保證機(jī)械設(shè)備的維修質(zhì)量，提升鉆井施工的安全性與穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效益。

1 鉆井設(shè)備常用的檢測(cè)技術(shù)

1.1 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)主要用于檢測(cè)工件內(nèi)部缺損的問(wèn)題，具有操作便利、施工流程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，主要原理是，借助相應(yīng)器械將超聲波束滲入金屬材料深處，當(dāng)探頭與其金屬內(nèi)部相通時(shí)，經(jīng)過(guò)發(fā)射、透射、散射過(guò)程后，設(shè)備有缺陷位置會(huì)發(fā)生反射波并形成相應(yīng)的脈沖波形，以此判斷缺陷的位置和損壞程度。

1.2 磁粉檢測(cè)技術(shù)

該技術(shù)具有靈敏度高、限制因素少的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于鉆機(jī)設(shè)備檢測(cè)。主要原理是，在鐵磁性材料工件發(fā)生磁化反應(yīng)后，因其具有不連續(xù)性，工件表面的磁力線會(huì)發(fā)生畸變情況，在沒(méi)有干預(yù)的情況下會(huì)相應(yīng)出現(xiàn)漏磁場(chǎng)，對(duì)磁粉產(chǎn)生吸附現(xiàn)象，在自然光下有缺陷的部位會(huì)出現(xiàn)磁痕，根據(jù)磁痕的深淺，來(lái)判斷缺陷的位置、形狀和損壞程度[1]。該方法對(duì)工件的形狀沒(méi)有較大限制，被廣泛應(yīng)用在接頭、焊縫的位置。

1.3 漏磁檢測(cè)技術(shù)

該技術(shù)主要應(yīng)用在薄壁鋼管檢測(cè)中，在材料被磁化的基礎(chǔ)上借助管體檢測(cè)儀，通過(guò)磁化線圈產(chǎn)生的高能磁場(chǎng)，使工件磁化形態(tài)達(dá)到飽和的狀態(tài)，對(duì)形成漏磁場(chǎng)有缺陷的部位進(jìn)行檢測(cè)，利用信號(hào)將其轉(zhuǎn)化為圖形，可以快速檢測(cè)出有缺陷的部位，避免安全隱患的發(fā)生。

1.4 滲透檢測(cè)技術(shù)

滲透檢測(cè)技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、效果顯著、檢測(cè)范圍廣的特點(diǎn)，主要用于形狀復(fù)雜或其他檢測(cè)技術(shù)無(wú)法檢測(cè)到的部位。該技術(shù)的主要原理是，在工件的表面將配置好有熒光染料或顏色染料的滲透液涂抹在相應(yīng)位置，借助毛細(xì)管原理滲透液在一段時(shí)間后會(huì)滲透工件中，在確保其干燥后將顯色劑涂抹在滲透液的位置，在光照射下存在缺陷的部位會(huì)相應(yīng)顯示，根據(jù)其分布情況可以確定工件存在缺陷的位置以及大小。

2 檢測(cè)技術(shù)在鉆井設(shè)備維修中的應(yīng)用

2.1 鉆井機(jī)械設(shè)備檢測(cè)

鉆井機(jī)械設(shè)備在作業(yè)過(guò)程中，受外在環(huán)境因素的影響，易出現(xiàn)設(shè)備變形、斷裂、壓痕等現(xiàn)象，影響機(jī)械設(shè)備的使用質(zhì)量及性能，必須對(duì)其進(jìn)行重視。在鉆井過(guò)程中，由于鉆桿屬于薄壁鋼管，在長(zhǎng)時(shí)間使用下，鉆進(jìn)速度過(guò)快，易出現(xiàn)缺陷，通過(guò)應(yīng)用漏磁技術(shù)，可以對(duì)其內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)其壁厚進(jìn)行測(cè)量，在高能磁場(chǎng)作用下將鉆桿磁化到飽和的狀態(tài)，存在缺陷的部位出現(xiàn)磁場(chǎng)泄漏情況，借助相應(yīng)信號(hào)快速對(duì)其檢測(cè)，減少斷裂事故的發(fā)生，保證使用的安全性。在對(duì)吊環(huán)、吊卡等鉆井設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以采用超聲波檢測(cè)技術(shù)，利用摩擦焊接方法檢測(cè)焊縫位置，可以快速發(fā)現(xiàn)裂紋、夾雜等缺陷，然后根據(jù)裂紋的大小采取有效的措施解決，保證鉆井作業(yè)的施工質(zhì)量。

2.2 鉆井連續(xù)管檢測(cè)

連續(xù)管在鉆井作業(yè)過(guò)程中有著重要作用，但是受多次重復(fù)塑型彎曲易出現(xiàn)疲勞損傷，影響連續(xù)管的承壓能力，形成安全隱患，對(duì)鉆井人員的安全造成一定危險(xiǎn)，因此必須對(duì)其存在的缺陷進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)。連續(xù)管的缺陷主要有橫向缺陷、縱向缺陷、連續(xù)管變形等，因?yàn)槁┐艡z測(cè)只能檢測(cè)管材表面缺陷、無(wú)法對(duì)其內(nèi)部缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確探測(cè)，所以對(duì)鉆井連續(xù)管的檢測(cè)主要采用超聲波檢測(cè)法，以脈沖發(fā)射法、穿透法和共振法3 種方式進(jìn)行，確保檢測(cè)的精度更準(zhǔn)確[2]。

根據(jù)連續(xù)管的實(shí)際情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的參數(shù)：選擇探頭類型時(shí)，主要采用直探頭、斜探頭和聚焦探頭，保證連續(xù)管檢測(cè)的質(zhì)量，宜選擇脈沖發(fā)射法，以提高探頭的靈敏度、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的探傷，避免出現(xiàn)漏檢的情況；選擇探頭晶圓直徑時(shí)，因直徑越大其波束指向性越好、能量也更集中，而連續(xù)管的壁厚一般3～5 mm，所以宜將直徑控制在6 mm 左右；確定探頭偏心距時(shí)，將α1作為超聲波的入射角，將偏心距設(shè)為X。

對(duì)橫向缺陷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要先將連續(xù)管放在水槽中，確保缺陷位置朝上，并用人工的方式對(duì)其進(jìn)行上下推移，速度控制在30～50 cm/s，在此基礎(chǔ)上，查看探傷儀示波屏波形變化，因連續(xù)管存在橫向缺陷，超聲波的運(yùn)動(dòng)方式也隨之呈垂直狀態(tài)，在探頭接觸缺陷位置時(shí)，水/鋼界面波、底波波形會(huì)發(fā)生較高的回波，可以判斷此處位置是缺陷波；對(duì)縱向缺陷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，與橫向檢測(cè)方法一致，但其與探頭的位置呈直線軌跡平行，在掃描缺陷位置時(shí)其長(zhǎng)度會(huì)變長(zhǎng)，波屏上出現(xiàn)5 個(gè)波幅較高的回波，可以判斷此處是缺陷波。

2.3 鉆井電機(jī)的檢測(cè)

鉆井電機(jī)因作用力不同，主要包括上、下兩臺(tái)鉆機(jī)：上電機(jī)主要是為電源提供裝置，保證各種電氣設(shè)備可以穩(wěn)定運(yùn)行，并且因其特殊性，可以將其作為下傳通信信號(hào)的檢測(cè)設(shè)備；下機(jī)電主要是對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的輸出進(jìn)行控制，以確保所產(chǎn)生的平衡力矩符合鉆井系統(tǒng)的需求，因其在鉆井作業(yè)中發(fā)揮著重要的地位，不僅可以保證井下機(jī)械、設(shè)備的工作狀態(tài)，還為后續(xù)工作提供重要的參考依據(jù)，因此必須要重視對(duì)電機(jī)的檢測(cè)工作。在對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，主要是利用傳感器收集電機(jī)電信號(hào)、磁信號(hào)等數(shù)據(jù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析上傳到CPU（中央處理器），對(duì)存在的缺陷進(jìn)行診斷，判斷缺陷的原因以及具體部件損壞位置，及時(shí)采取有效措施進(jìn)行優(yōu)化，保證電機(jī)工作的正常運(yùn)行。

檢測(cè)方式主要有以下3 種：

（1）建立數(shù)字模型。該種檢測(cè)方式具有速度快、精確度高的特點(diǎn)，通過(guò)建立模型，利用其可視化的特點(diǎn)，對(duì)電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以快速發(fā)現(xiàn)異常情況。

（2）分析頻率。將截取到的特征量與標(biāo)準(zhǔn)的特征量進(jìn)行比較，根據(jù)頻率之間的差異性可以了解電機(jī)的工作狀態(tài)，但該方式有一定的局限性，檢測(cè)速度較慢、效率較低。

（3）人工智能方式。通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等智能方式建立數(shù)據(jù)庫(kù)，可以快速對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，該方式因其自動(dòng)化的特點(diǎn)在電機(jī)檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛[3]。

2.4 隔水管疲勞檢測(cè)

作為連接海上平臺(tái)和海底井口的重要裝備，隔水管系統(tǒng)在鉆井作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，其性能質(zhì)量與深水油氣鉆探作業(yè)的安全有著密切聯(lián)系，為了避免因長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)導(dǎo)致其出現(xiàn)疲勞、裂紋的現(xiàn)象，必須要加大對(duì)其的檢測(cè)力度。磁粉檢測(cè)具有靈敏度高、檢測(cè)速度快的特點(diǎn)，可以應(yīng)用在隔水管疲勞檢測(cè)中，主要方法是鐵磁性試件在被磁化后會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的磁場(chǎng)，存在缺陷的位置會(huì)切割磁感線，呈現(xiàn)出漏磁場(chǎng)的狀態(tài)，但該方法只能檢測(cè)出表面的缺陷。相關(guān)研究表示，該方法檢測(cè)的深度最淺1～2 mm、最深10 mm。而采用超聲波檢測(cè)時(shí)，在檢測(cè)過(guò)程中需要采用手推探頭的方式，對(duì)檢測(cè)效率有一定影響。所以，為了提高檢測(cè)的速度、效率和質(zhì)量，可以采用超聲波檢測(cè)和電磁檢測(cè)結(jié)合的方式：隔水管表面尺寸較大的缺陷裂紋采用超聲波，細(xì)小的缺陷裂紋采用電磁檢測(cè)。

2.5 鉆井鋼絲繩檢測(cè)

在使用過(guò)程中，鉆井鋼絲繩受外在環(huán)境因素影響易出現(xiàn)損壞，影響鉆井作業(yè)的施工，為保證其質(zhì)量，需提高對(duì)其的檢測(cè)力度。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法是采用電磁檢測(cè)法，主要是借助管體檢測(cè)儀使鋼絲繩始終處于磁化飽和狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上對(duì)有缺陷的部位進(jìn)行檢測(cè)。該方式具有一定弊端，不容易檢測(cè)出間隙不超過(guò)10 mm 的缺陷，對(duì)于損傷長(zhǎng)度不超過(guò)50 mm 的鋼絲繩的檢驗(yàn)精度會(huì)下降，因此必須在原有檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化：將信號(hào)加載裝置、磁信號(hào)檢測(cè)裝置和固定基座構(gòu)成一體化檢測(cè)系統(tǒng)，在鋼絲繩進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，利用加載模塊進(jìn)行磁加載，檢測(cè)模塊相應(yīng)提取信號(hào)，再借助轉(zhuǎn)換裝置對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，確定鋼絲繩是否出現(xiàn)擠壓、變形或錯(cuò)位的情況，保證鋼絲繩在使用過(guò)程中的安全性。

3 提高檢測(cè)技術(shù)在鉆井設(shè)備維修中應(yīng)用的建議

（1）在石油開(kāi)采過(guò)程中，機(jī)械設(shè)備的完好性對(duì)油田的生產(chǎn)效率有直接影響，為保證機(jī)械設(shè)備發(fā)揮出其最大的價(jià)值，必須定期對(duì)鉆井設(shè)備進(jìn)行維修、檢測(cè)，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況選擇合適的檢測(cè)技術(shù)，制定嚴(yán)格的機(jī)修設(shè)備管理計(jì)劃。

（2）由于每種機(jī)械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與性能不同，所選取的檢測(cè)方法也不同，這就要求檢測(cè)人員必須要有專業(yè)的技術(shù)和較豐富的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)機(jī)械設(shè)備的特點(diǎn)，嚴(yán)格按照檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)和工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，保證操作的規(guī)范性，提高機(jī)械設(shè)備的維修質(zhì)量，延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命[4]。

（3）另外，在對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行維修后，要詳細(xì)記錄有缺陷的位置具體情況，以此為依據(jù)適當(dāng)調(diào)整鉆井的深度以及作業(yè)環(huán)境，減少機(jī)械設(shè)備的二次損壞，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，保證企業(yè)的正常生產(chǎn)。

4 結(jié)論

在石油開(kāi)采的過(guò)程，鉆井機(jī)械設(shè)備受外在因素的影響易出現(xiàn)故障，影響石油的開(kāi)采效率，為保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，必須選擇合適的檢測(cè)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的維修管理，提高檢測(cè)人員的專業(yè)技術(shù)，保證故障診斷的質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行解決，為石油開(kāi)采作業(yè)提供重要的保障。