基于外穿式交流电磁场检测的钻杆轴向裂纹在役检测技术研究

钻杆是钻井过程中易受破坏的关键部件,在其服役过程中进行检测,对于减少钻具失效事故具有重要意义。针对钻杆在役检测的特点,提出一种新型外穿式交流电磁场检测方法,建立针对钻杆外表面轴向裂纹的外穿式交流电磁场检测有限元仿真模型,分析钻杆表面感应电磁场分布以及裂纹引起的电磁场畸变信号与裂纹尺寸关系,在此基础上提取裂纹识别特征信号,基于仿真模型分析激励线圈提离高度影响,设计开发井口钻杆外表面轴向裂纹在役检测系统,并进行试验测试,仿真和试验结果表明:外穿式交流电磁场检测探头所提取的钻杆轴向裂纹特征信号Bx和Bz分别反映裂纹深度和长度,具有定量识别能力;激励线圈提离高度可满足在役检测需要;外穿式交流电磁场检测系统利用周向阵列检测线圈可有效检测钻杆表面轴向裂纹。     

薄壁铝型材激光-MIG复合焊对接接头超声检测试验研究

薄壁铝合金型材对接焊缝结构复杂,并受检测空间限制,尚无可行的焊缝焊接质量检测方法。为此提出一种超声爬波检测工艺进行检测试验。通过设计型材结构试块、模拟焊缝余高试块和人工模拟缺陷试块等,研究型材结构与焊缝余高等对爬波检测的影响,并测试该爬波检测工艺对各种缺陷的检测能力。并与超声相控阵技术进行对比试验,分析两种技术对该种焊缝检测的适应性。试验结果表明:对于余高磨平的焊缝,爬波与相控阵的检测能力基本相当,能够检测裂纹、未焊透和未熔合等焊接缺陷,具有快速检测的优势;对于余高未磨平的薄壁焊缝,爬波检测发现缺陷的能力优于相控阵技术。试验结果可为实际工程检测提供参考和指导。     

钻杆接头纵向裂纹原因分析

对某油田发生的钻杆接头纵向开裂事故进行了系统调查,对钻杆接头裂纹宏观形貌和微观形貌进行了分析,对开裂钻杆接头和未开裂的钻杆接头材质进行了对比。结果表明：钻杆接头纵向开裂原因是摩擦裂纹引起的,摩擦裂纹的原因主要与井眼全角变化率偏大有关。     

某定向井φ139.7mm钻杆接头刺漏原因

某定向井在钻井作业时发生钻杆接头刺漏事件,采用显微组织、断口形貌观察,化学成分、力学性能测试等方法分析了刺漏原因。结果表明:钻杆在服役过程中受到较大的弯曲应力,其内螺纹接头18°吊卡台肩根部产生应力集中,同时台肩根部存在周向划痕,导致疲劳裂纹萌生并扩展;钻杆钻进过程中,弯曲应力增大,裂纹扩展速率加快,刺穿整个壁厚导致刺漏。建议优化钻杆结构,并严格控制钻杆加工工艺,避免产生划痕,同时减缓台肩根部的应力集中。     

超声渡越时差法检测图像中裂纹端部信号的识别

利用超声渡越时差法(Time of flight diffraction,TOFD)对含有人工内部裂纹的铝合金试块进行检测。为了提高检测精度,对低分辨率双曲线特征的B扫描图像进行处理。根据超声TOFD法的检测特点,建立B扫描图像合成孔径聚焦(Synthetic aperture focusing technique,SAFT)重建的数学模型,实现图像的增强处理。灰度极值检测的预处理提高了图像纵向时间分辨率;后继的SAFT处理有效地抑制图像中的冗余信息,提高缺陷的横向方位分辨率,从而提出一种灰度极值检测与SAFT相结合的B扫描图像处理方法。为了减少SAFT算法的计算时间,采用加运算窗处理,并确定合适的运算窗宽度。结果表明,该方法能有效地增强图像中检测目标,进而能够准确、快速地检测出裂纹上、下端部在模拟试块中的位置。     

钻杆接头淬火裂纹分析

通过对钻杆接头淬火裂纹产生的位置、形状,从原材料、工艺设计等方面分析裂纹产生的原因,给出了减少钻杆接头淬火裂纹的措施和方法。     

基于激光电磁超声的裂纹检测研究

为检测内裂纹,建立了一套基于脉冲激光激发、电磁超声探头接收的非接触型超声检测系统。为避免在试件表面产生烧蚀损伤,采用热弹性模式激发超声,采用EMAT探头接收信号。利用出平面EMAT探头和内平面EMAT探头,分别研究了横波与纵波在半圆铝制试块的传播情况。最后,结合阴影法,使用该试验系统测量了试件背面的裂纹,检测得到的裂纹深度与实际深度非常接近。证明在热弹性模式下,激光激发、EMAT探头接收信号的方法对于内裂纹的检测是可行的。     

基于TOFD周向扫查的厚壁管道倾斜裂纹精准定量

利用超声衍射时差法(TOFD)对厚壁管道实施周向扫查时,曲率表面与直通波路径不重合,引起倾斜裂纹长度和角度定量误差。为实现深层裂纹检测,提高探头中心距(PCS)进一步增加检测误差。考虑管道外壁曲率半径、PCS与裂纹端点深度之间的几何关系,开展厚壁管道倾斜裂纹精准定量研究。推导厚壁管道TOFD检测周向扫查时,裂纹长度和倾斜角度定量公式,并对比优化前后检测误差。仿真研究表明,对壁厚30.0 mm,外壁曲率半径148.0 mm的碳钢管道内,长度4.0 mm,倾斜角度10°～50°的裂纹实施检测时,长度和倾斜角度定量误差分别下降可达0.10 mm和1.58°。实验针对碳钢管道试块中长度4.0 mm,倾斜角度30°的裂纹,长度和倾斜角度定量误差从0.30 mm和2.74°,降低至0.27 mm和0.28°。所述方法可适用于不同曲率管道内部倾斜裂纹定量检测,应用范围较广。     

石油钻杆表面裂纹检测技术

石油钻杆表面裂纹是钻杆在使用过程中的主要缺陷形式,这种缺陷有可能严重影响钻杆在使用过程中的安全性,所以必须要采用合适的方法、测量的原理和评价方法对其进行安全评估,在本文中就是研究了石油钻杆中表面裂纹缺陷检测的超声波测量方法,同时细致阐述了所采用的合适的测量方法,采用表面波的传播特性测量钻杆表面的裂纹深度和宽度,利用声弹性系数和传播过程中的速度差反应出裂纹的特性,采用此检测方法对钻杆的裂纹缺陷深度的评价误差在1mm之内,同时介绍了裂纹的评价方法,为超声波在石油钻杆裂纹检测中提供了一种良好的技术支持。     

超高压水晶釜周向检测超声柔性相控阵技术研究

针对内外径之比通常小于0.6的超高压水晶釜超声检测技术,常规的周向超声检测技术存在灵敏度低、缺陷定位困难等技术难点,同时国内外还没有相应的检测标准和成熟的检测工艺。相对于常规超声技术,相控阵技术可以在不更换探头的情况下,实现整个检测区域多角度、多方向扫查和动态聚焦检测,并结合实时成像技术,直观地显示缺陷的位置、分布、尺寸等信息。在试验研究的基础上,提出超高压水晶釜周向超声柔性相控阵检测技术,提出的柔性探头可以良好匹配超高压水晶釜圆柱表面,根据曲面形状设计聚焦法则,可以有效解决超高压水晶釜周向超声检测的技术难题。试验结果表明,柔性相控阵技术对超高压水晶釜的表面和内部缺陷均具有较高的检测精度和可靠性。     

基于超声导波技术对弯管中缺陷检测的实验研究

利用超声导波技术在弯管中进行了缺陷检测的实验研究.利用周向均布的长度伸缩型压电陶瓷片激励特定频率的纵向模态L(0,2),对90°弯管中的人工周向缺陷和结构缺陷等进行了检测,分析了周向缺陷尺寸的变化对缺陷回波和端面回波幅值大小的影响.对弯管中同时存在多个缺陷的情况进行了研究.实验结果表明,超声导波检测技术可以用于弯管中不同部位和不同类型的缺陷检测,这为利用超声导波对更加复杂的管道系统中缺陷检测作了有益探索.     

换热器管板角焊缝相控阵自动超声检测技术研究

在换热器的制作过程中,换热管与管板常采用焊接形式,焊缝的质量是保证换热器长期正常运行的关键。常规的超声检测方法具有系统复杂、检测效率低等缺点。因此,提出了相控阵超声检测技术,并开发了相控阵超声检测系统,以实现对管板角焊缝的自动超声检测。系统由周向步进电机实现周向扫查,纵向扫查采用相控阵探头电子线扫查,从而实现超声C扫描检测。通过带有气孔、未熔合等典型缺陷对检测系统进行试验研究。结果表明,该技术可以有效地检测出换热器管板角焊缝中的典型缺陷。     

超高压容器和管道周向超声检测(二)

超高压容器和管道作为高风险设备应用于石化、水晶制造等行业中。超高压容器和管道的内外径之比通常小于0．6，很难用常规的横波技术对其进行周向超声检测。本文分析了周向超声检测的主要技术难点，从厚壁筒形件的声场结构、径向缺陷的回波特征、表面缺陷的灵敏度、缺陷定位、灵敏度调节等方面进行试验和研究，总结出厚壁筒形件周向超声检测的工艺方法和参数，并在超高压人造水晶釜和超高压聚乙烯输送管的现场检测中对工艺方法和参数进行了验证，证明其对径向缺陷有足够的灵敏度和可靠性。     

超高压容器和管道周向超声检测(一)

超高压容器和管道作为高风险设备应用于石化、水晶制造等行业中。超高压容器和管道的内外径之比通常小于0．6，很难用常规的横波技术对其进行周向超声检测。本文分析了周向超声检测的主要技术难点，从厚壁筒形件的声场结构、径向缺陷的回波特征、表面缺陷的灵敏度、缺陷定位、灵敏度调节等方面进行试验和研究，总结出厚壁筒形件周向超声检测的工艺方法和参数，并在超高压人造水晶釜和超高压聚乙烯输送管的现场检测中对工艺方法和参数进行了验证，证明其对径向缺陷有足够的灵敏度和可靠性。     

新型复频超声钻杆的研究

复频超声加工是加工硬脆材料的有效方法之一,现有的超声加工机床中,钻杆和变幅杆多为同种材料采用螺纹结构连结,不同种材料,因其弹性模量不一致而限制了以多种材料螺纹连接制造超声钻杆的可能.针对该问题,以YT15硬质合金制作超声钻杆,运用ANSYS软件的模态与谐响应分析,分析了其在工作中的动态性能,以复频超声加工机床的实验为基础,并选用合适的制造工艺,设计了一种多材料复频超声钻杆,以实验验证硬质合金钎焊工艺在超声中的可能性.结果 表明;新型超声钻杆可以在现有的超声机床上实现稳定、高效的超声加工,且验证了钎焊工艺是超声加工机床部件连接的一种有效方法.     

基于3D成像的钻杆螺纹自动化检测系统

钻杆在使用一段时间后需进行检测与维修.传统钻杆螺纹检测以人工检测为主,但人工检测速度慢、准确性差.本文提出了一种高自动化、高精度的非接触式钻杆螺纹检测方案,基于3D成像技术,利用3D激光相机对钻杆螺纹进行周向旋转扫描,获取钻杆螺纹三维图像的同时得到螺纹牙廓线图形,通过计算螺纹牙廓线图形得出螺纹各项参数数值大小,并与规定...     

V150高强度钻杆刺穿的原因

V150高强度钻杆在某直井服役过程中于其加厚过渡带消失处出现刺穿现象,采用宏观形貌观察、磁粉探伤、微观形貌观察、化学成分分析、力学性能测试、有限元分析等方法对钻杆进行了失效分析。结果表明：该钻杆刺穿的原因为腐蚀疲劳。钻井液存在溶解氧和一定含量Cl^-,且pH较低,钻杆加厚过渡带区域因应力集中而产生严重氧腐蚀,并形成周向分布的密集点蚀坑;服役时钻杆跳钻严重,周期性的振动导致钻杆加厚过渡带消失处点蚀坑底部的较大应力集中效应产生周期性变化,并使得钻杆发生共振现象,从而加剧了点蚀坑底部疲劳裂纹的萌生及扩展,并最终导致钻杆刺穿。     

一种复频超声加工钻的设计及有限元分析

针对工程陶瓷等材料耐磨、抗高温但具有很高的硬度和较大的脆性,加工困难,提出了复频超声加工钻,即在变幅杆和钻杆之间放置一个自由质量块,让超声电源发出的高频和自由质量块引起的低频共同振动完成切削的一种超声加工钻,以提高钻头输出端的冲击力和加工效率。为了研究球形自由质量块对复频加工效率的影响,设计了一种可以放置球形和柱形自由质量块的复频超声加工钻,计算了具有圆锥形过渡的阶梯形变幅杆的具体尺寸和相关参数。最后对这种复频超声加工钻进行了有限元分析,发现其振动频率在一定范围内随钻杆伸出变幅杆长度的增大而减小,且满足实验规定的频率范围。     

基于L(0,2)模态导波的缺陷反射信号的实验研究

通过管道超声导波缺陷反射理论和检测理论,分析了超声导波与缺陷作用后的传播特性。为了对管道中缺陷信号进行辨识,利用周向压电晶片阵列在带有不同缺陷的管道中激励不同频率的L(0,2)模态导波对管道进行缺陷检测实验,研究了导波激励频率、模态转换后各模态幅值与缺陷尺寸的关系。结果表明,在缺陷截面比与信号激励频率相同的情况下,裂纹缺陷的反射系数比腐蚀缺陷的反射系数大;L(0,2)模态导波与裂纹缺陷相互作用后会产生F(2,3)模态;与缺陷同一周向位置的压电片接收的反射回波幅值最大。     

周向导波电磁超声探头(EMAT)设计与优化

为了利用SH0模超声周向导波检测油气管道纵向裂纹,提出了一种新的周向导波电磁超声探头(EMAT)结构设计,其结构特点是磁铁顶部放置碳钢片,相邻磁铁之间放置非磁性材料片.为了提高周向导波EMAT的换能效率,采用ANSYS仿真对其结构参数进行了优化.优化的结果为:磁铁顶部应放置厚度大于1mm的碳钢片,线圈中导线间距要尽量小.在直径200 mm壁厚、4mm的管材上进行实验,结果表明,优化设计后的探头能有效地激励出周向SH0导波.