钻杆及管体的超声探伤检测方法

HEATS

钻杆在使用中主要承受起下钻、正常钻井、憋钻、卡钻以及处理事故时的强拉、强扭、冲击、振动、内压、旋转交变弯曲等作用力,使用条件十分苛刻,易发生刺漏事故。钻杆加厚过渡带内锥面消失处是钻杆刺漏的主要发生部位，钻杆加厚过渡带延伸至管体2m距离内也是钻杆刺漏的易发区。
为能早期发现该区域的疲劳裂纹，减少和避免刺漏事故的发生，保障钻杆的使用安全，特制定本技术规程。
1 范围
本规程规定了不同规格尺寸的钻杆加厚过渡带及管体的横波检测方法和缺陷评定标准。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规程的引用而成为本规程的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规程，然而，鼓励根据本规程达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
GB/T 12604.1—2005 无损检测　术语　超声检测
JB/T 4730.3—2005 承压设备无损检测 第3部分：超声检测
JB/T 9214—1999 A型脉冲反射式超探系统测试方法
JB/T 10061—1999 A型脉冲反射式超探通用技术条件
JB/T 10062—1999 超声波探伤用探头测试方法
SY/T 4109—2005 石油天然气钢质管道无损检测
SY/T 5446—1992 钻杆焊缝超声波探伤
3 术语和定义
GB/T 12604.1—2005确立的以及下列术语和定义适用于本标准。
3.1
钻杆加厚过渡带 drill pipe upset area
钻杆管体两端管体壁厚发生变化的部分，即钻杆管体接头焊缝至内加厚消失端之间的部分。
3.2
定量线灵敏度 sizing line sensitivity
以距离—波幅曲线中的定量线作为灵敏度。
3.3
验标 prove up
对经自动检测仪器检测（电磁检测）后在可疑部位所做的标识用其它检测方法进行复检和验证的过程。
3.4
绝对灵敏度测长法 absoulte sensitivity technique
在仪器灵敏度一定的条件下，探头沿缺陷长度方向平行移动，当缺陷波高降到规定位置时，探头所移动的距离即为缺陷指示长度。
3.5
端点6dB测长法 6dB ｄrop technique
测长扫查过程中缺陷反射波有多个高点时，探头沿着缺陷方向左右移动，找到缺陷两端的最大反射波，分别以这两个端点反射波高为基准，继续向左、右移动探头，当端点反射波高降低一半（或6dB）时，探头中心线之间的距离即为缺陷指示长度。
4 一般要求
4.1 超声检测人员
4.1.1 检测人员应持有国家有关部门颁发的与其工作相适应的资格证书。取得超声检测方法的各技术等级人员只能从事与该等级相应的无损检测工作，并应负相应的技术责任。
4.1.2 检测人员应有一定的钻具结构、井下受力情况和钻具使用常识，并掌握一定的相关材料和制造基础知识。
4.1.3 现场检测人员要熟悉现场检测条件及入井钻具使用情况。
4.1.4 具有两年以上钻具超声检测工作经历，能独立完成钻具检测工作。
4.1.5 检测人员的视力应每年检查一次,校正视力不得低于5.0。
4.2 检测设备
超声检测设备均应具有产品质量合格证或合格的证明文件。
4.2.1 探伤仪、探头和系统性能
4.2.1.1 探伤仪
采用A型脉冲反射式超声波探伤仪，其工作频率范围为0.5MHz～10MHz，仪器至少在荧光屏满刻度的80%范围内呈线性显示。探伤仪应具有80dB以上的连续可调衰减器，步进级每档不大于2dB，其精度为任意相邻12dB误差在±1dB以内，最大累计误差不超过1dB。水平线性误差不大于1%，垂直线性误差不大于5%。其余指标应符合JB/T 10061—1999的规定。
4.2.1.2 探头
a） 采用频率为2.5MHz Φ14单晶片带有硬质保护楔块的钻杆专用斜探头，楔块弧面的曲率半径应与被检钻杆的公称尺寸一致；
b） 声束轴线水平偏离角不应大于2°，主声束垂直方向不应有明显的双峰；
c） 探头的K值可根据被检测部位的厚度尺寸选择，粗扫查时推荐使用K3.1～3.5的探头，对疑似有伤信号必须用K1.0和推荐范围的一种探头分别检测、验证。
d） 新购探头应有探头性能参数说明书，新探头使用前应进行前沿距离、K值、主声束偏离、灵敏度余量和分辨力等主要参数的测定。测定应按JB/T 10062—1999的有关规定进行，并满足其要求。
4.2.1.3 系统性能
a） 在达到所探工件的最大检测声程时，其有效灵敏度余量应不小于10dB；
b） 仪器和探头的组合频率与公称频率误差不得大于±10%；
c） 仪器和探头的系统性能应按JB/T 9214—1999和JB/T 10062—1999的规定进行测试。
4.3 耦合剂
4.3.1 用机油、浆糊等透声性好，且不损伤检测表面的耦合剂，仪器校验时所用耦合剂须与实际检验用耦合剂相同。
4.3.2 钻井作业现场起钻检测时可采用水或钻井液耦合。
4.4 检测表面
4.4.1 平整、无污物、无其它影响扫查的附着物。有卡瓦咬痕时应进行必要的修磨。当检测面有腐蚀坑或不平整时应考虑补偿。
4.4.2 钻井作业现场起下钻检测时，井队应采取措施保证检测面达到检测要求。
4.5 系统校准和复核
4.5.1 校核一般要求
校准应在标准试块上进行，校准中应使探头主声束垂直对准反射体的反射面，以获得稳定的和最大的反射信号。
4.5.2 仪器校准
每隔一个月对仪器的水平线性、垂直线性、动态范围等性能指标进行一次测定，测定方法按JB/T 10061—1999的规定进行，并满足其要求。
4.5.3 检测前仪器和探头系统校准
使用仪器—斜探头系统，检测前应测定探头前沿距离、K值和主声束偏离，调节和校准扫描速度和扫查灵敏度。
4.5.4 检测过程中仪器和探头系统的复核
遇有下述情况应对系统进行复核：
a） 校准后的探头、耦合剂和仪器调节旋钮发生改变时；
b） 检测人员怀疑扫描速度或扫查灵敏度有变化时；
c） 监督人员或客户对检测过程或结果有异议时；
d） 工作结束时。
4.5.5 复核值与原校准值不符时的处置
a） 如果任意一点在扫描线上的偏移超过扫描线读数的10%，则扫描速度应重新调整，并对上一次复核以来所有的检测部位进行复检；
b） 对距离—波幅曲线的校核为2点。如幅度下降3dB，则应对上一次复核以来所有的检测部位进行复检；如幅度上升3dB，则应对所有的记录信号进行重新评定。
4.5.6 校准、复核的有关注意事项
校准、复核和对仪器进行线性检测时，任何影响仪器线性的控制器（如抑制或滤波开关等）都应放在“关”的位置或处于最低水平上。
4.6 试块
4.6.1 标准试块
4.6.1.1 标准试块是指本部分规定的用于仪器探头系统性能校准和检测校准的试块，本部分采用的标准试块为：SGB系列试块。

图1 SGB试块

4.6.1.2 标准试块尺寸精度应符合要求，并应经计量部门检定合格。
4.6.1.3 不同外径尺寸钻杆选用的标准试块应符合表1要求。
表1 SGB试块适用范围表
试块编号 弧面半径（mm） 适用管体外径范围（mm） 常用钻杆规格（in）
SGB-1 30 57～89 2 ″、2 ″、3 ″
SGB-2 48 >89～140 4″、4 ″、5″、5 ″
SGB-3 76 >140～210 6 ″

4.6.2 对比试块
4.6.2.1 对比试块是指用于检测校准的试块。用来确定和校核检测灵敏度，其厚度、曲率半径应与被检钻杆的公称尺寸相同。
4.6.2.2 制作对比试块用的材料可直接从相同规格的钻杆上截取，对比试块及反射体的形状、尺寸应符合图2的要求。

RD/2—钻杆外半径
Rd/2—钻杆内半径
图2 对比试块

5 检测方法
5.1 扫描线的调节及灵敏度的确定
5.1.1 粗扫查时将仪器深度范围调节到1m处，探头对准钻杆端面前后移动，将端面反射信号按水平法调节至仪器面板相应的位置上，距离为900mm（3 ″以下规格钻杆距离为700mm）时，其反射波高应大于满幅度的80%。
5.1.2 精确定位评定时用∮1.6mm径向通孔的上下端角反射，K3.1～3.5的探头按水平1：1、K1.0探头按水平（深度）2：1制作距离—波幅曲线，提高6dB作为定量线灵敏度，∮1.6mm径向通孔的基准线则为判废线。检测时根据管子表面与对比试块声能传输损耗差的情况进行补偿再进行扫查（一般为3～10dB）。
5.1.3 对比试块与管体表面声能传输损耗差的测定按 JB/T 4730.3—2005 符录F的要求进行。
5.2 扫查方式
5.2.1 为提高检测效率保证检测质量，在距钻杆两头端面800mm±100 mm（3 ″以下规格钻杆距离为700mm±100 mm）处探头向管体方向扫查，在距钻杆两头端面900mm±100 mm（3 ″以下规格钻杆距离为800mm±100 mm）处探头向端面方向扫查，扫查时滚动钻杆使探头沿管体做周向运动，且探头楔块弧面与钻杆表面要始终保持良好的接触。
5.2.2 在探头移动过程中要保证良好的声接触，其移动速度一般不超过75mm/s。
5.2.3 粗扫查发现可疑信号或电磁检测需验标的部位，按5.1.2要求调节仪器进行精确定位和判定。
5.2.4 钻井作业现场起钻检测时按5.2.1条规定的位置，手持探头沿管体做周向运动，钻柱的提升速度应满足检测要求，井队应采取措施在到达检测区域时减慢起钻速度，必要时停顿起钻，以保证检测质量。
5.2.5 钻井作业现场起钻检测粗扫查发现可疑信号时，将该钻杆移至钻井平台下，按5.1.2条要求进行确认。
6 缺陷测定
测定缺陷时灵敏度应调节到定量线灵敏度。对所有反射波幅达到或超过定量线的缺陷，均应确定其最大反射波幅、指示长度、距端面距离和缺陷所在钻杆的内壁或外壁位置。缺陷位置测定应以获得缺陷最大反射波的位置为准。
6.1 缺陷最大反射波幅的测定
6.1.1 发现反射信号后，周向和径向往复移动探头至缺陷出现最大反射波信号的位置。如反射波已高出示波屏的满幅度，可调节衰减器使该波降至便于观察的高度，以便确认最大反射波信号的位置。
6.1.2 确认最大反射波信号的位置后，再调节衰减器使该波高度至相应的定量线处，此时的衰减器读数与定量线灵敏度dB数之差即为该信号的最大反射波幅，记为SL±××dB，并确定它在距离-波幅曲线中的区域。
6.2 缺陷指示长度的测定
6.2.1 当缺陷反射波只有一个高点，且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时，用定量线的绝对灵敏度法测其指示长度。
6.2.2 当缺陷反射波峰值起伏变化，有多个高点，且位于Ⅱ区或Ⅱ区以上时，应以端点6dB法测其指示长度。
6.3 缺陷位置的测定
6.3.1 发现缺陷并确认最大反射波信号在钻杆上的位置后，测量该位置至钻杆接头端面的距离。
6.3.2 根据缺陷在示波屏上水平刻度的读数确定其在壁厚方向的深度位置。如在0.5和1.5跨距附近出现的缺陷反射波信号，则该缺陷位于内表面，在1.0和2.0跨距附近出现的缺陷反射波信号，则该缺陷位于外表面。
7 缺陷评定
7.1 低于定量线的信号应注意其是否具有裂纹等危害性缺陷特征，如检测人员有怀疑时，应采取改变探头K值，观察缺陷动态波型进行综合分析。
7.2 缺陷指示长度小于10mm时，按5mm计。
7.3 相邻两缺陷在一直线上，其间距小于其中较小的缺陷长度时，应作为一条缺陷处理，以两缺陷长度之和作为其单个缺陷指示长度（间距不计入缺陷长度）。
7.4 不允许的缺陷
a） 位于判废线及判废线以上的缺陷；
b） 位于判废线以下至定量线且周向指示长度大于等于10mm的缺陷；
c） 检测人员认为的裂纹等危害性缺陷。
8 记录、标识和报告
8.1 如果确认是不允许存在的缺陷，应在缺陷所在位置用油漆标出，并在钻杆两端接头上做出报废标记。
8.2 对超声检测的缺陷进行记录，并填写《超声检测记录》。
7.3 每次检测结束，应由Ⅱ级或Ⅱ级以上人员签发《超声检测报告》。
7.4 检测报告至少应包括下列内容：
a） 钻杆生产厂家、规格、检测指令编号、检测报告编号；
b） 仪器型号、探头参数、试块、耦合剂、检测灵敏度；
c） 缺陷情况及检测结果；
d） 检测和审核人员签字及日期。