石油钻具损伤检测的管理策略与方法研究

前言

石油钻具是钻井工程中最关键的设备之一，其运行状态直接影响钻井作业的安全性和效率，在石油钻井过程中，钻具长期处于高温和高强度载荷环境下，易出现疲劳裂纹和冲蚀等损伤，严重时可能导致钻具断裂和井下事故等风险，造成巨大经济损失和安全隐患[1]。目前，石油钻具损伤检测主要依赖于无损检测技术，并辅以井下实时监测技术，以提高检测精度和效率，但是传统的检测方法仍存在检测周期长和人工干预多等问题，难以满足深井和复杂井等特殊环境下的需求。针对此问题，本次研究将结合常见的石油钻具损伤检测方法，开展石油钻具损伤检测管理策略与方法研究，为提升钻具维护和使用的科学性奠定基础。

1 石油钻具损伤检测方法分析

1.1 超声波检测

超声波检测基本原理是利用超声波在钻具材料中的传播特性，当超声波遇到材料内部的不连续性时，会产生反射或衰减，这些信号可通过接收装置进行分析，从而判断缺陷的位置和类型。超声波检测方法主要包括脉冲反射法、透射法和共振法，脉冲反射法是最常用的方法，它利用探头发射超声脉冲，脉冲在材料内部传播并被缺陷反射回接收探头，根据回波时间和波形特征可精确测定缺陷的深度和形态[2]。透射法则通过两端探头的信号强度变化检测缺陷，而共振法则用于测量材料厚度或层间分离情况。在石油钻具损伤检测中，超声波检测具有灵敏度高和适用于复杂结构等优点，尤其适用于检测钻具内部的微小裂纹和深层缺陷。

1.2 螺纹磁粉探伤

由于钻具螺纹部位承受较大的轴向载荷和扭矩，在长期高强度使用过程中容易产生疲劳裂纹，而磁粉探伤能够快速和准确地发现这些早期损伤，防止钻具在使用过程中发生断裂等严重事故。螺纹磁粉探伤的基本原理是利用铁磁性材料在磁化状态下，当存在裂纹或其他缺陷时，缺陷附近的磁力线会发生畸变，形成泄漏磁场。当磁粉撒布在被检测表面时，这些磁粉会在缺陷处聚集，形成清晰可见的缺陷指示图像，从而实现缺陷的检测和定位[3]。常见的磁化方式包括纵向磁化复合磁化，其中复合磁化能够提高检测灵敏度，特别适用于复杂螺纹结构的探伤。在石油钻具螺纹部位的检测中，磁粉探伤具有操作简单和对细小表面裂纹检测能力强等优点，因此被广泛用于现场快速检测和定期维护。

1.3 测厚检测

石油钻具测厚检测主要采用超声波测厚法，该方法的原理是利用超声波在钻具材料中传播时的时间和速度关系来计算壁厚。其使用单晶探头或双晶探头，通过发射超声波脉冲并测量其在材料中传播的往返时间来计算厚度。超声波测厚具有检测精度高和可进行单面测量等优点，特别适用于钻杆、钻铤等难以拆卸的设备。在特定条件下，还可采用涡流测厚法和射线测厚法，涡流测厚适用于导电材料的非接触式测量，适用于高温或难以接触的表面，而射线测厚则适用于较厚金属材料的精确测量，但成本较高和操作复杂。

2 石油钻具损伤检测的管理策略与方法研究

2.1 明确主体责任强调风险意识

应明确各级责任主体，建立健全钻具检测管理制度，从设备管理人员到检测工程师，各岗位均需明确职责，确保钻具的检查和报废流程有据可循。钻井队负责日常监测和基本维护，检测人员负责定期无损检测，管理部门则需审核检测结果并制定相应的维护措施。企业应设立专门的钻具检测与管理部门，强化监督和责任追溯，确保所有检测数据真实和可追溯。要强化全员风险意识，推动预防为主的管理理念，企业应定期开展钻具安全管理和检测技能培训，使员工深入理解钻具损伤的危害及早期识别方法，提高一线人员对钻具异常情况的判断能力。同时，可通过案例分析和事故复盘等方式增强员工的风险感知能力，使安全第一和预防为主的理念深入人心。可引入风险分级管控和隐患排查机制，对钻具损伤进行风险评估，并针对不同等级的损伤制定相应的管理措施，以最大程度降低钻井作业中的安全风险。

2.2 重视专业标准避免事故隐患

在石油钻具损伤检测管理中，严格遵循专业标准和规范检测流程是防止钻具失效和降低事故风险的重要手段。应全面贯彻国际及行业标准，确保钻具使用和检测过程符合全球最佳要求，企业还需制定内部检测规程，结合实际工况对钻具的检测周期和报废准则作出具体规定，避免因标准执行不到位导致安全隐患。提升检测方法的专业化水平，采用先进的无损检测技术，并结合数字化管理手段，提高检测的精准度和效率。采用相控阵超声可更精确地识别裂纹扩展情况，而荧光磁粉探伤可提高螺纹部位的微小裂纹检测能力。在管理策略上，需建立事故隐患排查机制，对检测出的缺陷进行风险评估，按照低、中、高风险等级制定相应处理措施。对于轻微磨损的钻具，可安排定期复检，对于发现裂纹或结构损伤的钻具，应及时修复或更换，以防止小缺陷演变为重大事故。

2.3 积极创新发展突破传统模式

突破传统人工记录和离散管理的模式，建设数字化钻具管理系统，实现钻具全生命周期管理，该系统可集成传感器和云计算等技术，对钻具的使用状态和维修记录等进行可视化管理。利用 RFID 技术，每根钻杆可获得独立的身份编号，所有检测数据可自动存储并上传至云端，实现可追溯性管理，避免因信息不全导致的安全隐患。基于数字孪生技术，可在虚拟环境中模拟钻具的应力变化和损伤发展趋势，提前评估潜在风险，优化钻具使用策略。传统的钻具检测通常需要人工拆卸和搬运钻具进行检测，过程繁琐且存在安全风险。未来可通过发展无人化检测设备和远程监测系统，实现钻具的在线实时监测。智能钻杆内嵌应变传感器和声发射传感器，可实时监测钻具受力情况和疲劳损伤状态，并通过无线数据传输至监控中心，作业人员无需停机拆检即可掌握钻具健康状态，提高作业安全性和经济效益。

3 结论

综上所述，钻具损伤若不能及时发现，可能导致更严重的结构破坏，甚至需频繁更换钻具，增加钻井成本，因此，需要从多个角度出发优化检测管理策略，能够有效延长钻具使用寿命，减少非计划性停工检修，降低维修和更换成本，提高经济效益。同时，减少因钻具故障导致的非计划停工时间，优化钻井施工进度，提高钻井作业效率。

参考文献：

[1]田鹏,江川,李云政,等.石油钻具失效检验中无损检测的应用研究[J].中国设备工程,2023,(12):180-182.

[2]沈维熙,段延军,刘洋,等.石油钻具损伤检测的管理策略与方法研究[J].中国石油和化工标准与质量,2022,42(18):54-56.

[3]赵亮,高建,薛江平.钻具成套分级管理方法创新探讨[J].科技风,2015,(04):57.