钻杆过渡带检测设备的设计与应用

薛江平

摘 要 钻杆是石油勘探开发常用的钻井工具，但在钻井生产使用过程中，常常由于少部分钻杆的刺漏、断裂缺陷而造成井下事故，不仅耽误了正常的钻井生产，也造成了很大的经济损失。研究发现，钻杆的过渡带部位总是先于接头和管体失效，是钻杆发生问题的主要所在，因此有必要设计一种钻杆过渡带检测设备，用于实现对钻杆过渡带的自动化检测。本文介绍了一种钻杆过渡带检测设备，该系统采用漏磁检测原理设计，可编程控制器实现对检测过程的控制，并实现了对检测数据实时显示、分析、处理和存储等功能，提高了钻杆过渡带的检测质量和效率，改善了职工的工作环境，减轻了职工的劳动强度，取得了较好的经济和社会效益。

关键词 钻杆 过渡带 漏磁检测 可编程控制器 自动化检测

中图分类号：TE921 文献标识码：A

钻杆是钻井工程中使用数量最大的井下钻具，但常常由于少部分钻杆的刺漏、断裂缺陷而造成井下事故，輕则引起泥浆循环短路而被迫起钻，严重者甚至会发生整套钻具掉井，由此导致的损失高则可达数百万元。渤海钻井每年钻井达千口以上，钻杆的质量若不能保证，就会大大增加生产成本。

钻杆的过渡带部位，由于其内径和壁厚的变化，导致高压高速泥浆在此处易发生涡流现象，导致对该处管体的加重腐蚀，加之钻杆管体承受的扭转拉伸力也在此处形成应力集中，因此钻杆的过渡带部位总是先于接头和管体失效。

目前管具公司钻杆漏磁检测设备只能对管体进行自动检测探伤，而对钻杆接头两侧过渡带范围有很大的盲区，无法有效判别信号缺陷，因此只能采用人工探伤的方式，不仅效率低，而且容易漏检。为确保钻井安全生产和钻杆供井及时，有必要对钻杆过渡带进行自动检测技术的研究，提高钻杆过渡带的检测质量和效率。

1钻杆过渡带检测系统的设计

1.1系统工作原理

目前常用的管材类的无损检测技术有：间接观察技术、射线检测法、涡流检测法、超声波检测法、漏磁检测法。

相较于其他几种无损检测方法，漏磁检测法具有较高的检测可靠性，易于实现自动化，检测效率高，对环境无污染等优点，因此本系统采用漏磁检测法设计。

漏磁检测基本原理是采用探测元件检测漏磁场来发现缺陷的电磁检测方法。利用自身携带的磁铁，在管壁圆周上产生一个纵向磁回路场。如果管内壁或外壁有缺陷，磁通路变窄，磁力线发生变形，部分磁力线将穿出管壁产生漏磁。漏磁场被位于两磁极之间的、紧贴管壁的探头检测到，并产生相应的感应信号，这些信号经滤波、放大、模数转换等处理后被记录到检测器上的存储器中，检测完成后，再通过专用软件对数据进行回放处理、判断识别。

1.2系统组成

系统由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括励磁电路、检测面板、信号处理模块、控制模块等，软件系统包括信号分析处理软件、控制软件。

1.2.1检测探鞋面板

探鞋面板结构采用三瓣式结构，每瓣上装6片探鞋，每排3片，前后两排交错分布，抱合时，三瓣向中心合拢形成一个圆形，确保了对管体的360案哺牵蘼┘烀でL叫目喜捎闷卓刂啤？

1.2.2数据采集卡

系统采用USB接口的数据采集卡，通过对输入的32通道信号进行处理、采集，将模拟输入信号转化成计算机可以处理的数字信号，进而将数字信号传送给计算机；再以计算机为平台，利用检测软件对信号进行处理、定性定量分析，内外伤识别、波形显示、打印、存储等处理。

1.2.3检测系统的自动控制

控制系统采用Siemens公司的S7-200系列PLC，通过光电开关检测检测钻杆的端区位置，反馈给PLC， PLC给执行机构电磁阀发信号，电磁阀控制气缸动作，从而控制探鞋组的开合，实现检测过程。

1.2.4数据分析处理软件

数据分析处理软件主要实现的功能有控制信号的输出及输入、各相关参数的手动及自动设置、通道测试、数据采集分析、其中包括数据的实时接收、处理、图形化显示、数据的存储、分析、自动标定、检测波形的打印，使用VC++ 6.0开发。

1.2.5系统控制软件

控制系统采用Siemens公司的S7-200系列PLC，控制软件采用STEP 7进行开发。

2过渡带检测系统应用情况

过渡带检测设备投入使用以来，产生了较好的经济和社会效益。

（1）大幅减少了钻井队因钻杆过渡带刺漏造成的井下事故。钻杆过渡带检测设备应用，提高了供井钻具整体质量，钻杆过渡带检测设备的投产使用以来，年均检测钻杆50000多根，钻杆在井使用发生由于过渡带刺漏造成的事故大大减少。

（2）公司组织人员对之前判断为疑似有缺陷钻杆5000余根钻杆重新进行钻杆过渡带检测，并据此进行了综合评价分级，使其中2600多根被误判的钻杆得到准确检测，并重新得到了有效利用，节约了大量钻具购置费用。

3结束语

钻杆过渡带检测设备的设计和投产使用，实现了对钻杆过渡带自动化检测的目的，实现了钻杆过渡带缺陷的量化分析，准确对钻杆过渡带部位服役状态作出评估，为钻杆综合分级提供依据，检测过程满足安全、环保、高效的要求。

钻杆过渡带检测设备的使用，减轻了员工的劳动强度，改善了职工的劳动环境，更重要的是，确保了钻杆的整体检测质量，将钻杆合理分级和使用，不但可延长钻具的正常使用寿命，还能有效保证下井钻杆的质量，降低井下事故的发生率，给钻井生产带来不可估量的社会效益。

参考文献

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[2] 张云龙，巴鲁军，王玉奎.钻杆检测设备的国产化改造[J].钢管，2004（01）.

[3] 王趁强，檀惊涛，杜平，吴锋等.无损检测技术在钻杆检测中的应用[J].无损探伤，2010（01）.