摘要：本文研究了油管的破壞形式及磁記憶檢測方法，使用應力集中磁指示儀對油管螺紋和周向裂紋進行了檢測和資料分析。結果表明，磁記憶是檢測油管缺陷和應力集中程度的有效方法。得出了油井中應重點檢測靠近井口的1～10和80～90根油管，給出了油管上的重點檢測部位。
關鍵詞：磁記憶檢測;缺陷;應力集中;油管螺紋
油管在採油過程中承受複雜的迴圈載荷作用，易形成強烈的應力集中區，在油管的非正常失效期裡(1～2a(年))不作早期的狀態診斷，發生油管事故是不可避免的。油管失效分軸向和周向兩種形式，軸向失效主要在井筒上部油管螺紋處。周向失效主要是油管軸向裂紋，該失效集中在井筒下部油管處。由於油管螺紋結構的特殊性，常規的無損檢測方法(超聲、磁粉和滲透檢測等)不適用於該部位的檢測，且不能檢測油管螺紋的早期應力集中。磁記憶檢測技術是一種嶄新的對鐵磁性構件進行損傷早期診斷的無損檢測方法。該技術利用構件中本身散射磁場的檢測，確定構件的應力集中和損傷程度，可檢測巨集觀和微觀兩種缺陷，特別是通過對構件微觀缺陷的檢測，實現損傷的早期診斷。
一、金屬磁記憶檢測原理
處於地磁環境下的鐵製工件受工作載荷的作用，其內部會發生具有磁致伸縮性質的磁疇組織定向和不可逆的重新取向，並在應力與變形集中區形成最大的散射磁場HP的變化，即磁場的切向分量HP(x)具有最大值，而法向分量HP(y)改變符號且具有零值點，這種磁狀態的不可逆變化在工作載荷消除後繼續保留，從而通過對散射磁場法向分量HP(y)的測定，便可準確地對部件缺陷和(或)應力集中區域進行診斷
二、油管螺紋的受力特徵及磁記憶檢測方法
2.1 油管的工作載荷特點及其磁記憶效應
油管在採油過程中所受的應力具有交變的特點。油管始終處於振動狀態，一次強迫振動之後，隨之是衰減，然後周而復始，與抽油杆振動同步。油管的各部位疲勞載荷及重力載荷均不同，螺紋處存在應力集中。對內徑D=34.4 mm、壁厚2.4 mm的油管螺紋處進行應力分析，在材料的楊氏模量、所受軸向拉力相同的情況下，螺紋牙數N分別為6，8和10情況下的螺紋不同部位的應力分佈規律。不同牙數螺紋的載荷分佈實質性改變，螺紋的載荷分佈中，最下端的齧合力最大，其值約為總載荷T的三分之一。油管採油和井下作業過程中所受的應力不同井筒中不同部位油管的受力狀態和危險性也不同。靠近井口1～10根油管在日常生產過程中由於下面油管的重力作用，所受軸嚮應力要較其它油管大，在井下作業起、下管柱工序過程中這種軸向拉力更大，在油管與接箍旋合的螺紋根部易存在應力集中而發生斷裂等事故，加之井口安裝精度不夠，使得油管柱不能處於鉛直位置，從而在油管柱的上部存在附加彎矩，使油管易於斷裂;靠近井口的80～90根及其以下油管主要受上面油管和管內液柱壓力作用，其周嚮應力是軸嚮應力的兩倍，油管螺紋和表面的周向易發生裂紋等缺陷。油井管柱中，最危險的是靠近井口1～10根油管的螺紋部位。油管在工作過程中，受到週期性疲勞載荷作用，不斷有磁記憶效應的積累，並且在應力集中部位存在漏磁場的異常變化。
2.2 油管的磁記憶檢測方法
根據油管工況分析，結合疲勞試驗，建議油管疲勞損傷檢測時，將靠近井口的1～10和80～90根油管作為檢測重點。前者的重點檢測部位是油管與接箍旋合的螺紋根部;後者的重點檢測部位是油管螺紋和油管表面的.周向方向。為克服地磁場對檢測結果的影響，檢測時將油管南北方向水平放置。如圖6所示，磁記憶診斷儀的感測器與螺紋表面垂直且對地靜止，旋轉油管，沿被測油管螺紋圓周按箭頭方向進行掃查，測量散射磁場強度HP(y)。當被測油管螺紋上發現某處HP(y)值變成相反符號時，且有HP(y)=0，應將這些區域作好標記。在油管螺紋周向用感測器作“之”字形移動，找出HP(y)值出現相反符號的線段邊界點，標出HP(y)=0的線段邊界，此邊界線表示應力集中線或變形線。根據散射磁場的法向分量幅值HP MAX(y)，HP(y)=0線的形狀和位置以及散射磁場法向分量的變化梯度K可得到油管螺紋表面的應力分佈情況。如應力集中線在螺紋根部，並且沿螺紋周向分佈，這樣的應力集中是比較危險的。由K值來判斷該應力集中的危險程度。油管周向破壞情況檢測與油管螺紋檢測方法相似。
三、疲勞損傷油管磁記憶檢測
3.1 被測油管和檢測儀器的物理參量
油管缺陷是在日常生產中形成的，並非人工缺陷，所承受載荷是油管生產過程中的實際載荷。使用TSC-1M-4應力集中磁指示儀對1號油管螺紋處和2號油管軸向裂紋處進行磁記憶檢測。儀器引數設定為，背景磁場抑制為“減CH1”，顯示方式為“時基”，步距為2 mm，提離值為3 mm，感測器間距為19 mm，掃描速度為5 cm/s。掃描時感測器對地水平靜止放置，油管沿縱軸旋轉，按上述方法進行磁記憶檢測。
3.2 檢測結果分析
對1號油管螺紋處進行掃描，將其中5個通道掃描結果組合得到第2通道掃查位置為油管螺紋下公扣尾部與接箍旋合的第1扣齒根處。第2通道的檢測訊號在20～38 mm區域有過零線，且過零線形狀封閉，其散射磁場強度法向分量的梯度較高。進行1號油管螺紋清洗和油壓試驗，發現該處存在13 mm×0.05 mm穿透性裂紋，且沿油管周向分佈，因此該油管不能繼續使用。對2號油管裂紋處進行了兩次掃描，對6個通道掃描結果組合得到標記部分是軸向裂紋處的磁記憶檢測結果，在整個裂紋區域存在漏磁場過零線，且過零線形狀封閉。分析得出該油管裂紋寬度與漏磁場梯度的關係圖。縱座標表示感測器掃描一週所經路線中K值的最大值Kmax，即裂紋處的K值。發現當裂紋寬度增加時，總體上Kmax是增加的，裂紋最大時，Kmax並不是最大的，同一油管相同寬度裂紋對應的Kmax並不相同。這是由於漏磁場的狀況取決於疲勞損傷過程中的勵磁狀況及裂紋形成後實際漏磁場的大小，裂紋形成過程中應力集中位置將發生移動。
四、結論
通過檢測發現，金屬磁記憶檢測技術用於油管的疲勞損傷早期診斷是可行的。通過採集大量油管螺紋磁記憶檢測資料，發現應力集中大都發生在油管的公扣尾部與接箍旋合的第1齧合齒根處。油管螺紋表面的散射磁場強度法向分量值和梯度是判斷應力集中是否存在和嚴重程度的依據。應力集中線出現在油管螺紋尾部，且沿螺紋周向分佈，同時散射磁場強度法向分量的梯度較大，這樣的應力集中是最危險的。油管檢測時，不同部位的油管檢測的重點不同。靠近井口的1～10和80～90根油管是檢測重點。其中1～10根油管的重點檢測部位是油管與接箍旋合的螺紋根部;80～90根油管的重點檢測部位是油管螺紋和油管周向表面。對於油管螺紋的粘扣，磁記憶檢測無能為力，但可通過肉眼觀察或上扣時發現。
參考文獻：
[1]齊昌超，於潤橋，程強強，龍盛蓉. 連續油管線上磁法檢測研究與應用[J]. 南昌航空大學學報(自然科學版). 2013(04)