金属磁记忆技术在石油井架检测中的应用

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【摘要】介绍了金属磁记忆技术的基本原理，分析了金属磁记忆技术在石油井架检测中的应用方法，并利用基于应变的石油井架检测方法对金属磁记忆技术进行了验证试验，结果表明金属磁记忆技术在井架检测中的检测结论是可靠的。金属磁记忆技术为石油井架承载能力的高精度检测提供了技术支持。

【关键词】金属磁记忆 石油井架 应变 承载能力

井架检测技术作为保障石油钻井安全的一项重要举措，在各油田得到了充分的实施。但是传统的基于应变测量的石油井架检测技术在实际的操作过程中，由于粘贴应变片的位置不一定是井架应力最大、最危险的位置，这样直接导致了井架检测结果的准确度下降。金属磁记忆技术能检测出井架的应力集中区，然后在此区域粘贴应变片进行应力检测，根据石油行业标准SY 6326-2012《石油钻机和修井机井架、底座承载能力检测评定方法及分级规范》，这样就能计算出更加准确的井架承载能力，用来指导石油钻井生产的安全监督。

1 金属磁记忆检测原理

2 K型井架磁记忆检测试验

磁记忆检测试验的井架类型为K型，井架高度为45m，随即选取井架的1号立柱，立柱的型材为工字钢。在井架1号立柱高度为8m和42m处，磁场强度出现了突变，对应的磁场梯度分别为3 1 . 2mmA/ ）/（和75.5mmA/ ）/（，这两处出现了应力集中。对这两处进行无损探伤，探伤结果显示：井架高度为8m处为一焊缝缺陷；井架高度为 42m处，为一碰伤缺陷。通过进一步分析发现，8m处的焊缝缺陷属于轻微缺陷，而42m处的碰伤情况比较严重，该缺陷直接影响了井架的承载能力。因此，井架立柱缺陷的大小是和磁场梯度成正比的，即磁场梯度越大，则该缺陷越大；磁场梯度越小，则该缺陷越小。

3 应变测试验证

井架测试中使用的应变片为90°应变花，电阻值为119.8±0.2？，灵敏系数为2.08，栅长2（4×4）mm，该应变片接入应变测量系统中采用半桥电路。

首先要确定井架类型，钻井井架主要分为K型、塔形、A型，不同的井架类型具有不同的应力分布，布点方案也不同。通过外观检查初步确定井架的受力薄弱点、损伤点位置，然后利用磁记忆检测技术进一步确定井架的应力集中区域及由应力集中引起的疲劳裂纹缺陷，这些缺陷可以通过无损检测来进一步验证。根据检测的结果确定井架的布点方案，然后连接检测仪器，进行数据的采集测试，最后利用检测数据计算井架的承载能力并编制井架检测报告。

井架加载载荷以及工作环境与磁记忆检测时保持一致，待显示的应变数据稳定后，通过无线应变数据采集模块采集1-56号布点的应变数据并发送至无线接收网关，利用Coinv DASP软件读取采集的应变数据，在加载相同的条件下，井架33-40测点的应变值明显大于其他测点的应变。根据标准SY 6326-2012《石油钻机和修井机井架、底座承载能力检测评定方法及分级规范》，井架强度应满足公式：

计算得出井架的承载能力为4100kN，为原额定载荷的91.1%。如果按照传统的布点方案，没有布置33-40号测点，根据1-32号和41-56号测点得出的井架承载能力为4500kN，因此，传统方法检测结果的误差高达9.8%。4 结论

（1）利用金属磁记忆方法检测井架时可以通过磁场梯度的变化来检测出井架的应力集中区域及由应力集中引起的疲劳裂纹，其应力集中程度和磁场梯度成正比。

（2）金属磁记忆方法可以提前发现井架的损伤和缺陷，为井队的安全生产提供了预警手段。

（3）对石油井架进行承载能力评定时，可以依据金属磁记忆方法检测出的应力集中区域进行应变片的布点，有效的提高了井架承载能力评定结果的准确度。

参考文献

[1] 任吉林，林俊明.金属磁记忆检测技术[M].北京：中国电力出版社，2000

[2] 徐海波，樊建春，李彬.金属磁记忆检测技术原理及发展概述[J].石油矿场机械，2007，36（6）：14-18

作者简介

张浩（1983―），男，2010年毕业于中国石油大学（华东）机械工程专业，获工学硕士学位。现主要从事石油石化设备的检测、监测和研究工作。