鉆桿失效分析及鉆桿端區超聲波探傷檢測

鉆桿失效原因分析

鉆桿刺漏、斷裂多發生在鉆桿端區位置。鉆桿端區的失效分為3種，即裂紋、刺穿和斷裂。這些失效通常是由鉆桿內的腐蝕坑造成的，而腐蝕坑是由于鉆桿長期在井下作業受到各種交變應力及泥漿腐蝕沖刷所形成的。鉆桿端區部位處在一個內徑變化區，因此腐蝕也較為嚴重。在鉆井過程中，在點蝕坑的應力集中區誘發裂紋的產生→裂紋在交變應力的作用下擴展→迅速擴展→貫通管體→在管子圓周方向開裂導致泥漿刺漏或鉆桿折斷。

便攜式超聲波檢測技術

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

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，它們對于聲波的反射規律不同。探頭從裂紋的兩側都能發現反射波，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。腐蝕坑相對存在四個平面，因此從四個方位掃查，都能發現反射波，反射波幅相對變化較小。

從反射波形上也可以辨別：裂紋的反射波比較陡峭，起始點和回落點之間的時間間隔較長，波幅寬，一般存在多個反射波峰。當探頭平移，反射波連續出現，波幅有變動。轉動探頭5°～10°，會出現波幅突然降低，同時出現波峰上、下錯動現象。成片的腐蝕坑反射波相對較亂，表現為叢式波，前后移動探頭，起始點和回落點不易分清；單個腐蝕坑起始點和回落點的時間間隔較短，波幅一般不會很高；如果腐蝕坑的一面類似平面時，其回波與裂紋回波有些相似。

腐蝕坑剩余壁厚的判別

當聲波遇到不同距離的反射體時，它的聲程不同，對應的水平和深度距離也不同。以掃查一個腐蝕坑為例，當探頭一次掃查到腐蝕坑根部時，聲束的反射能量是最大的，因此該點的反射波幅也最高；探頭繼續前移，波幅逐漸下降；當探頭到達腐蝕坑端點位置時，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基本就是端點，對應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應的剩余壁厚，直接判斷出鉆桿的內腐蝕狀況。