鉆桿失效分析及鉆桿端區(qū)超聲波探傷檢測

鉆桿失效原因分析

鉆桿刺漏、斷裂多發(fā)生在鉆桿端區(qū)位置。鉆桿端區(qū)的失效分為3種，即裂紋、刺穿和斷裂。這些失效通常是由鉆桿內(nèi)的腐蝕坑造成的，而腐蝕坑是由于鉆桿長期在井下作業(yè)受到各種交變應(yīng)力及泥漿腐蝕沖刷所形成的。鉆桿端區(qū)部位處在一個(gè)內(nèi)徑變化區(qū)，因此腐蝕也較為嚴(yán)重。在鉆井過程中，在點(diǎn)蝕坑的應(yīng)力集中區(qū)誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生→裂紋在交變應(yīng)力的作用下擴(kuò)展→迅速擴(kuò)展→貫通管體→在管子圓周方向開裂導(dǎo)致泥漿刺漏或鉆桿折斷。

便攜式超聲波檢測技術(shù)

腐蝕坑和裂紋是鉆桿端區(qū)最為常見且危害最大的缺陷，利用超聲波橫波檢測技術(shù)可以檢測出裂紋和腐蝕坑的存在。一旦發(fā)現(xiàn)裂紋，鉆桿必須報(bào)廢，而腐蝕坑的大小則需要測量該點(diǎn)的剩余壁厚。采用橫波斜探頭方法對(duì)腐蝕坑和裂紋進(jìn)行辨別評(píng)估。橫波斜探頭檢測鉆桿端區(qū)的總體思路：橫波斜探頭的探測區(qū)域要覆蓋鉆桿接頭到管體大約 600mm的距離，包括內(nèi)螺紋端90°臺(tái)肩處；對(duì)鉆桿端區(qū)的檢測重點(diǎn)是對(duì)裂紋的判斷；螺紋加厚消失端和管體部分是鉆桿失效的高發(fā)地帶，在該區(qū)域不但要辨別裂紋的存在，還要評(píng)估腐蝕坑的大小。

裂紋和腐蝕坑的辨別

腐蝕坑屬于體積型缺陷，裂紋屬于面積型缺陷，它們對(duì)于聲波的反射規(guī)律不同。探頭從裂紋的兩側(cè)都能發(fā)現(xiàn)反射波，且波幅變化不大；從裂紋平行掃查，反射波幾乎沒有，即使有也很低。腐蝕坑相對(duì)存在四個(gè)平面，因此從四個(gè)方位掃查，都能發(fā)現(xiàn)反射波，反射波幅相對(duì)變化較小。

從反射波形上也可以辨別：裂紋的反射波比較陡峭，起始點(diǎn)和回落點(diǎn)之間的時(shí)間間隔較長，波幅寬，一般存在多個(gè)反射波峰。當(dāng)探頭平移，反射波連續(xù)出現(xiàn)，波幅有變動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)探頭5°～10°，會(huì)出現(xiàn)波幅突然降低，同時(shí)出現(xiàn)波峰上、下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。成片的腐蝕坑反射波相對(duì)較亂，表現(xiàn)為叢式波，前后移動(dòng)探頭，起始點(diǎn)和回落點(diǎn)不易分清；單個(gè)腐蝕坑起始點(diǎn)和回落點(diǎn)的時(shí)間間隔較短，波幅一般不會(huì)很高；如果腐蝕坑的一面類似平面時(shí)，其回波與裂紋回波有些相似。

腐蝕坑剩余壁厚的判別

當(dāng)聲波遇到不同距離的反射體時(shí)，它的聲程不同，對(duì)應(yīng)的水平和深度距離也不同。以掃查一個(gè)腐蝕坑為例，當(dāng)探頭一次掃查到腐蝕坑根部時(shí)，聲束的反射能量是最大的，因此該點(diǎn)的反射波幅也最高；探頭繼續(xù)前移，波幅逐漸下降；當(dāng)探頭到達(dá)腐蝕坑端點(diǎn)位置時(shí)，聲束的反射能量非常微弱，反射波幅幾乎接近于零，可以判斷波幅接近消失的點(diǎn)基本就是端點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的深度基本等同于剩余壁厚。用這種方法，可以快速地估算出腐蝕坑對(duì)應(yīng)的剩余壁厚，直接判斷出鉆桿的內(nèi)腐蝕狀況。