连续油管电磁无损检测试验分析及应用

王立敏，宋志龙，常家玉

（1.东营市产品质量监督检验所，山东东营257000；2.国家石油装备质量监督检验中心，山东东营257000；3.甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃金昌737100）①

连续油管电磁无损检测试验分析及应用

王立敏1，2，宋志龙1，2，常家玉3

（1.东营市产品质量监督检验所，山东东营257000；2.国家石油装备质量监督检验中心，山东东营257000；3.甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃金昌737100）①

基于微磁检测和涡流测距技术，根据连续油管现场作业的实际需要，在连续油管上设计并预制了裂纹、腐蚀缺陷和椭圆度缺陷，对连续油管的缺陷和椭圆度进行试验评价，并对检测结果进行分析；通过分析缺陷处的磁场异常特征，实现缺陷的定位、定性和定量。油井现场实测结果表明：检测信号能反映连续油管的磨损状况，有助于准确判断连续油管的损伤形式、损伤程度以及椭圆度的变化，现场检测效果得到了用户的肯定。

连续油管；微磁检测；涡流测距；缺陷检测

连续油管在石油和天然气开发的井下作业中发挥着重要作用，其应用范围越来越广泛。由于井下作业条件的复杂性，连续油管使用过程中的安全问题越来越突出。在连续油管作业过程中实时监测其损伤状态，进行使用安全性评价，使作业单位能够预测、处理连续油管运行中所产生的问题，对延长连续油管的使用寿命、节约生产成本、提高作业效率、确保在作业现场的安全使用、避免重大事故的发生具有重要的现实意义［1-3］。

为了确保连续油管在作业现场的安全使用，必须对现场作业的连续油管的椭圆度、腐蚀、裂纹等缺陷进行实时监控，及时对发现有缺陷的油管停止使用，避免连续油管断裂后发生失控事故。同时，提前对检测到的缺陷区域进行相应的补救措施，使补救过的油管达到使用标准，将大幅增加连续油管的使用寿命，节约成本，避免事故的发生，以此保证连续油管现场作业中的质量和安全运行，也提高了作业的效率。

1　连续油管试验件的制备

用于本试验的连续油管均是作业现场已实际使用过的油管。在实验室中完成检测试验时，严格遵守试验影响因素单一化的原则，对选取的连续管试样表面进行详细的检查，同时为了判断管体内壁是否存在缺陷，对试验样管进行射线检测，避免由于管体本身所带有的其他缺陷对检测结果产生不同程度的影响。

选取4根完全符合试验的连续油管，将管件分别编1～4号，各连续油管的规格尺寸如表1所示。对连续油管按照缺陷规格的要求，进行人工刻伤。在人工刻伤的时候，遵循以下原则，即：安全原则、影响因素单一化原则、缺陷形式具有代表性原则［4］；同时，由于设计的试验模型有端口盲区，所以人工缺陷要尽量避开预置在油管的端口，制备到靠近试验件的中间位置。同时通过减薄连续油管一定尺寸的壁厚，用来模拟连续油管的腐蚀缺陷。

表1　试验用连续油管尺寸　mm

缺陷的制备如图1所示，主要采用线切割的加工工艺，线切割最小切割深度为0.1 mm，故本试验制备的缺陷深度最小为0.1 mm。

图1　缺陷制备示意

2　微磁检测分析

2.1 裂纹缺陷

对照项目任务书的要求，采用线切割工艺对1号连续油管预制裂纹缺陷，预制缺陷均在油管的同一轴线上。其中：1号连续油管分别预制深度为0.1 mm、长度为3.565 6 mm；深度为0.3 mm、长度为6.1823 mm；深度为0.5 mm、长度为7.9828 mm；深度为0.8 mm、长度为10.122 5 mm；深度为1 mm、长度为11.329 4 mm的5个缺陷。1号连续油管上预制缺陷的位置如图2所示。

图2　1号管缺陷位置

检测的过程是把连续油管安装在探头架中，由人工匀速抽动油管使其通过检测系统，最大化模拟实际现场作业的工作情况。图3为1号油管正向检测结果，图中显示的曲线是正向检测连续油管时，缺陷正上方微磁传感器检测到的磁场变化曲线。根据微磁检测理论可知：由于裂纹缺陷中间充满了空气，相对磁导率相应变小，传感器所能接收的磁场强度变大［5-6］。因此，沿正向进行检测时，由于缺陷正上方磁场发生变化，检测曲线中缺陷处曲线将出现异常突起。

由图2可以看出：5个缺陷的正向准确位置分别在102、191、295、424、527 mm处。由图3定位出5处缺陷的位置为90、180、281、415、515 mm处，反向检测的位置为89、182、309、412、510 mm处，基本与5个缺陷的准确位置能对应上，在缺陷定位上存在微小误差的主要原因是检测时为了避免连续油管端头效应对检测结果的影响，避开对连续油管端头检测和磁场影响区造成的。

图3　1号管测量结果

2.2 腐蚀缺陷

对2号连续油管，通过预制减薄的d、d、d、d（d为连续油管的壁厚）壁厚，模拟4个连续油管腐蚀缺陷，如图4所示。其中：4个腐蚀缺陷的中心位置处于连续油管的同一条轴线上。由图4可以看出：缺陷的中心从小到大的位置是132、342、535、725 mm这4处，这也是按检测正向缺陷排布的位置；按反方向缺陷从小到大准确位置是151、341、534、744 mm处。分别对2号连续油管进行正向和反向的对比检测验证，检测结果如图5所示，可以看出：正向检测d、d、d、d缺陷的位置分别为126、336、528、717 mm处；反向检测时d、d、d、d缺陷的位置为143、336、525、738 mm处。而且通过图5中检测结果的腐蚀云图可以直观对连续油管腐蚀处进行定位、定量（只要点击云图中的腐蚀区，图中会自动显示腐蚀区的位置、腐蚀深度）。对2号连续油管的正反向检测结果显示，检测系统对腐蚀缺陷的定位、定量与实际预置缺陷的位置、大小基本对应。

图4　2号连续油管缺陷位置

图5　2号管检测结果

2.3 缺陷的定量

本文对缺陷的定量主要是根据缺陷的面积与缺陷信号峰-峰值之间的关系。使用单探头微磁探伤仪对1号、2号连续油管的缺陷进行多次重复试验，求得每个缺陷所产生的缺陷信号峰-峰值的均值。以横坐标为缺陷面积，纵坐标为缺陷信号峰-峰值进行拟合。拟合结果显示：微磁检测信号的峰-峰值随着缺陷面积的增大而急剧增大，但当缺陷面积达到一定量后，峰-峰值增大的趋势趋于平缓。该拟合曲线能够很好地反映缺陷面积与磁场强度峰-峰值的关系，可实现对微磁检测连续油管缺陷的定量分析。根据该拟合曲线编制相应的缺陷二维成像软件，使在作业现场检测连续油管时，对缺陷的面积大小能直观显示。

3　椭圆度测量分析

3.1 涡流位移传感器的标定

由于本次检测要求的椭圆度精度很高，需对涡流位移传感器进行精确标定［7-8］，标定过程如图6所示：使用螺旋测微器推进连续油管，测量精度为0.01 mm，记录推进一定距离涡流传感器测得的电压值，然后求得电压值和提离距离的线性关系式，完成传感器的标定。

图6　涡流位移传感器的标定

3.2 椭圆度的测量

分别在3号和4号连续油管上预制3个不同的椭圆度。在3号油管上通过破坏油管的表面形状来模拟连续油管椭圆度的变化，根据椭圆度的定义，用游标卡尺测量每一处管径的最大值和最小值，得出预制3号管上3个较小椭圆度缺陷的值分别为4.3%、7.9%、3.3%。在4号管上预制3个较大的椭圆度，其缺陷的值分别为15.4%、6.9%、16.1%。在连续油管椭圆度的检测过程中，也是由人工匀速抽动油管模拟作业现场中连续油管的运行过程。3号管椭圆度测量结果如图7所示，可以看出：椭圆度测量曲线出现了3个较大椭圆度值，分别为4.8%、8.3%、3.6%，其他各处的椭圆度基本稳定在1%以下，这与预制椭圆度缺陷的位置、大小是对应一致的。4号管椭圆度测量结果如图8所示，可以看出：出现的3个较大的椭圆度测量值分别是15.8%、6.4%、15.6%，与实际油管的椭圆度缺陷的位置、大小也是对应一致的。

图7　3号管椭圆度测量结果

图8　4号管椭圆度测量结果

4　现场应用

应用在线检测装置在某油井进行了现场检测，连续油管的作业项目是射孔，油管外径50.80 mm，油管壁厚4.775 mm，所检测的连续油管长度为6 000 m，现场检测结果如图9所示。图9中，从上到下4个部分分别为原始信号曲线、处理信号曲线、椭圆度曲线、二维成像图。由图9可以看出：被检连续油管在600 m处有1个较大的腐蚀区域，在4 412 m处存在1个面积为55 mm2的表面细微损伤；被检管的椭圆度均小于3.0%，连续油管的椭圆度没有太大的损伤。

图9　某油井现场检测结果

由现场的检测结果与对连续油管的观察验证可以发现：连续油管在线检测系统的检测信号能反映油管的磨损状况，有助于准确判断连续油管的损伤形式、损伤程度以及椭圆度的变化，对指导连续油管现场安全作业意义重大。

5　结论

1） 根据技术指标要求，在连续油管上设计并预制了裂纹、腐蚀缺陷和椭圆度缺陷，利用高精度微磁传感器检测连续油管，通过缺陷处的磁场异常信号对缺陷进行定性、定位和定量；基于涡流测距的原理，完成油管椭圆度的测量。

2） 对连续油管的缺陷和椭圆度进行试验评价，并对检测结果进行分析。试验结果表明，该检测方法测量精度高、功耗小，具有较好的实用价值。

3） 在某油井进行了现场检测，并给出了现场实测信号。由现场的检测结果与对连续油管的观察验证可以发现，连续油管在线检测系统的检测信号能反映连续油管的磨损状况，有助于准确判断连续油管的损伤形式、损伤程度以及椭圆度的变化。

［1］ 李文彬，苏欢，王珂，等.连续油管无损检测技术的应用发展［J］.无损检测，2010（6）：475-478.

［2］ 李文彬，苏欢，李斌，等.连续油管检测技术的现状和发展［J］.辽宁化工，2009，38（12）：875-878.

［3］ 周兆明，万夫，李伟勤，等.连续油管检测技术综述［J］.石油矿场机械，2011，40（4）：9-12.

［4］ 邱文斌.连续管在线无损检测技术研究［D］.西安：西安工业大学，2011.

［5］ 齐昌超，于润桥，程强强，等.连续油管在线磁法检测研究与应用［J］.南昌航空大学学报（自然科学版），2013 （4）：73-78.

［6］ 邹应国.油管纵向及横向缺陷自动检测系统的研究［D］.武汉：华中科技大学，2005.

［7］ 武新军，康宜华，吴义峰，等.连续油管椭圆度在线磁性检测原理与方法［J］.石油矿场机械，2001，30（6）：12-13.

［8］ 曹海霞，王畅，杨宾峰，等.脉冲涡流无损检测提离效应研究［J］.空军工程大学学报，2011，12（3）：45-48.

Test Analysis and Application of Coiled Tubing Electromagnetic Lossless detection

WANG Limin1，2，SONG Zhilong1，2，CHANG Jiayu3
（1.Dongying Product Quality Supervision Research Institute，Dongying 257000，China；2.National Quality Supervision Research Center of Petroleum Equipment，Dongying 257000，China；3.Gansu Vocational&Technical College of Nonferrous Metallurgy，Jinchang 737100，China）

Based on micro magnetic detection and Eddy ranging technology，according to continuous tubing site job of actual needs，in continuous tubing design prefabrication has crack，and corrosion defects and oval degrees defects，on continuous tubing of defects and oval degrees for test evalua-tion，and on detection results for analysis.Through analysis defects at of magnetic field exception features，defects of positioning and qualitative and quantitative were achieved.Well field test re-sults show that heartbeat can reflect the coiled tubing wear，help to accurately judge the CT chan-ges in the forms of damage，damage as well as ovality，detection by the user.

coiled tubing；micro magnetic testing；eddy current distance measurement

TE931.2

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2015.07.015

1001-3482（2015）07-0060-04

①2015-01-17

王立敏（1973-），女，山东东营人，工程师，主要从事石油机械检测及质量管理等工作。