在用钻杆管端加厚带超声自动探伤方法与系统

　　钻杆在开采过程中,通过接头螺纹前后连接起来,井深一般在几百到几千米,容易因应力分布不均造成断裂现象,表现为孔洞、缺口和裂纹等形式[1]。钻杆上的裂纹通常是横向分布的,并且靠近管端加厚过渡带[2]。

　　早期研究的钻杆加厚带超声波探伤方法[3-4]均采用接触法,对耦合要求较高。石胜油田渤海管具公司引进美国的便携式超声波探伤设备[5],虽然现场应用效果明显,但是价格昂贵,维修成本和配件费用开销较大。

　　本文介绍一套全国产化的超声自动探伤系统。区别于接触式超声检测方法,该系统采用水浸式探伤方法,成功应用于在用钻杆管端加厚带。

　　1探伤方法

　　钻杆是钻柱的基本组成部分(图1),主要用于传递扭矩和输送钻井液。钻杆的管体与接头采用对焊方式连接起来,管体两端焊接部分通过镦粗方式加厚,有内加厚、外加厚和内外加厚三种形式。由钻杆结构可知,探伤存在以下几个难点:

　　(1)加厚带处管壁较厚,在标定时与杆体部分存在差异;

　　(2)在用钻杆经修磨后长短不一,两端的接头较为笨重,旋转起来甩动幅度较大;

　　(3)加厚带与管体过渡处有一定锥度,会改变声束的方向,对探伤有影响;

　　(4)钻杆规格不一,探头跟踪结构需要相应更换。

　　水浸法是将具有较强穿透能力的超声波通过介质水传递到钢管中,避免了超声波探头与钢管表面之间的直接接触,当声波遇到前后声阻抗不一致的交界面时,一部分会被反射回来,被超声波探头接收后,送至后续信号采集系统进行处理后,转换成数字信号并显示出来。图2是一探头采用水浸法检测到缺陷后显示的A扫显示波形。

　　要保证探头能够完全覆盖从钻杆加厚带到管体总长600mm的一段区域,必须充分考虑探头间的组合方式以及探头与钻杆的相对运动关系。

　　对钻杆加厚带与管体实行分段式探伤,两端各采用4个探头等间距排列,其中1个检测加厚带,其余3个检测管体。4个探头角度相同,每个探头需要完成150mm的检测范围,主要探测横向缺陷。

　　钻杆局部浸在水中,探头全部浸在水下,安装在跟踪机构上。图3为探头跟踪结构示意图,整个机构采用被动式跟踪方式,利用压缩弹簧使探头架与钻杆紧密贴合。一个移动副解决了不同规格钻杆的中心高不一致的问题,两个转动副确保钻杆发生跳动时探头入射条件能够保持不变。

　　钻杆上料前在料架上是散乱的,为了提高检测效率,通过比较选择了钻杆原地旋转探头直线前进的检测方式。要求在1分钟内检测完一根钻杆,包括上下料、电机启动及停止、检测单元就位和检测单元后退等,有效检测时间不得超过30s,从而检测速度为5mm/s。