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摘要：本文从钻杆端区3种失效类型出发，分析其失效原因，并采用超声波探伤检测的方式，对钻杆端区检测波形进行分析，主要对钻杆裂纹、腐蚀坑进行定性定量分析，为对钻杆进行综合评价提供科学依据。
前言：
在钻井过程中，钻杆是最常使用的钻具，它在井下会受到拉力、压力、弯曲应力、干扰力等各种力的组合，并且在钻进中还要在其内部通过具有一定腐蚀性的泥浆所有这些因素都会钻杆造成较大的损坏，而在这些因素造成的损坏当中，以钻杆端区出现的事故最多，钻杆刺漏、断裂多发生在钻杆端区位置，因此，对钻杆端区进行超声波检测就显得十分重要。
钻杆端区的失效分为3种，即裂纹、刺穿和断裂，这些失效通常是由钻杆内的腐蚀坑造成的，而腐蚀坑是由于钻杆长期在井下作业中收到各种交变应力及泥浆腐蚀冲刷形成，钻杆外壁的腐蚀较浅并且比较均匀，而内部的腐蚀则不同，由于钻杆的长期使用，使得原先在钻杆内壁的涂层部分脱落，裸露的部分在各种交变应力及泥浆腐蚀冲刷下很快就会形成点蚀坑，钻杆端区部位处在一个内径变化区，因此涂层脱落现象较为严重，而这样的点蚀坑出现的也较多，并且腐蚀得较为严重。在钻井过程中，在点蚀坑的应力集中区诱发裂纹的产生→裂纹在交变应力的作用下扩展→迅速扩展→贯通管体→在管子圆周方向开裂导致泥浆刺漏或钻杆折断。
下面是根据美国石油协会（API）近几年对于钻杆失效部位的数据统计图。
图1 钻杆失效部位统计图
从图中可以看到，在钻杆端区部分，缺陷发生率最高的是钻杆内外螺纹加厚端过渡带。整体上看，母扣端的缺陷分布状况高于公扣端。这样，借助规律图分析钻杆的端区检测范围，从母扣端至管体1.2m，从公扣端到管体0.9m，用超声波探头做360°覆盖扫查，以保证端区检测的准确性。
腐蚀坑和裂纹是钻杆端区和消失端最为常见且危害最大的缺陷，利用超声波横波检测技术可以检测出裂纹和腐蚀坑的存在。一旦发现裂纹，不管大小，钻杆必须报废，而腐蚀坑的大小则需要测量该点的剩余壁厚，再依此判断钻杆的级别状况。目前比较精确的方法是通过测厚仪来测量剩余壁厚，但在钻杆批量检测的过程中，这种方法既费时又费力，没有什么规律，因此腐蚀坑的定量比判断裂纹更复杂、更困难，我们尝试直接采用横波斜探头对腐蚀坑和裂纹辨别评估。
利用横波斜探头检测钻杆端区的总体思路。横波斜探头的探测区域要覆盖钻杆接头到管体大约600mm的距离，包括内螺纹端90?台肩处。根据缺陷出现的规律和特点，端区各部位的检测重点有所不同。内螺纹端90?台肩、加厚带和过渡带平均壁厚较大，出现特大腐蚀坑的几率和危害相对较小，所以检测重点放在对裂纹的判断。加厚消失端和管体部分是钻杆失效的高发地带，在该区域不但要辨别裂纹的存在，还要评估腐蝕坑的大小。
2.1裂纹和腐蚀坑的辨别
腐蚀坑属于体积型缺陷，裂纹属于面积型缺陷，对于声波的反射规律不同。探头从裂纹的两侧都能发现反射波，且波幅变化不会太大。而从裂纹平行扫查，反射波几乎没有，即使有也很低。腐蚀坑相对存在四个平面，因此从四个方位扫查，都能发现反射波，反射波幅相对变化较小。
图2 探头扫查方向示意图
从反射波形上可以辨别。裂纹的反射波比较陡峭，起始点和回落点之间的时间间隔较长，波幅宽，一般存在多个反射波峰。当探头平移，反射波连续出现，波幅有变动。转动探头5?～10?，会出现波幅突然降低，下降显著，同时出现波峰上下错动现象。成片的腐蚀坑反射波相对较乱，表现为丛式波，前后移动探头，起始点和回落点不易分清。而单个腐蚀坑起始点和回落点的时间间隔较短，波幅一般不会很高。如果腐蚀坑的一面类似平面时，回波与裂纹回波有些相似。当左右平移探头，反射波峰有规律的下降，直至消失。
2.2腐蚀坑剩余壁厚的判别
当声波遇到不同距离的反射体时，它的声程不同，对应的水平和深度距离也不同。例如腐蚀坑根部的回波声程一定大于腐蚀坑端点的声程，所以出现在示波屏上，端点的回波位置更靠近始波。相对应的深度基本等同于剩余壁厚。
前言：
在钻井过程中，钻杆是最常使用的钻具，它在井下会受到拉力、压力、弯曲应力、干扰力等各种力的组合，并且在钻进中还要在其内部通过具有一定腐蚀性的泥浆所有这些因素都会钻杆造成较大的损坏，而在这些因素造成的损坏当中，以钻杆端区出现的事故最多，钻杆刺漏、断裂多发生在钻杆端区位置，因此，对钻杆端区进行超声波检测就显得十分重要。
- 钻杆失效分析
钻杆端区的失效分为3种，即裂纹、刺穿和断裂，这些失效通常是由钻杆内的腐蚀坑造成的，而腐蚀坑是由于钻杆长期在井下作业中收到各种交变应力及泥浆腐蚀冲刷形成，钻杆外壁的腐蚀较浅并且比较均匀，而内部的腐蚀则不同，由于钻杆的长期使用，使得原先在钻杆内壁的涂层部分脱落，裸露的部分在各种交变应力及泥浆腐蚀冲刷下很快就会形成点蚀坑，钻杆端区部位处在一个内径变化区，因此涂层脱落现象较为严重，而这样的点蚀坑出现的也较多，并且腐蚀得较为严重。在钻井过程中，在点蚀坑的应力集中区诱发裂纹的产生→裂纹在交变应力的作用下扩展→迅速扩展→贯通管体→在管子圆周方向开裂导致泥浆刺漏或钻杆折断。
下面是根据美国石油协会（API）近几年对于钻杆失效部位的数据统计图。
图1 钻杆失效部位统计图
从图中可以看到，在钻杆端区部分，缺陷发生率最高的是钻杆内外螺纹加厚端过渡带。整体上看，母扣端的缺陷分布状况高于公扣端。这样，借助规律图分析钻杆的端区检测范围，从母扣端至管体1.2m，从公扣端到管体0.9m，用超声波探头做360°覆盖扫查，以保证端区检测的准确性。
- 便携式超声波设备检测技术
腐蚀坑和裂纹是钻杆端区和消失端最为常见且危害最大的缺陷，利用超声波横波检测技术可以检测出裂纹和腐蚀坑的存在。一旦发现裂纹，不管大小，钻杆必须报废，而腐蚀坑的大小则需要测量该点的剩余壁厚，再依此判断钻杆的级别状况。目前比较精确的方法是通过测厚仪来测量剩余壁厚，但在钻杆批量检测的过程中，这种方法既费时又费力，没有什么规律，因此腐蚀坑的定量比判断裂纹更复杂、更困难，我们尝试直接采用横波斜探头对腐蚀坑和裂纹辨别评估。
利用横波斜探头检测钻杆端区的总体思路。横波斜探头的探测区域要覆盖钻杆接头到管体大约600mm的距离，包括内螺纹端90?台肩处。根据缺陷出现的规律和特点，端区各部位的检测重点有所不同。内螺纹端90?台肩、加厚带和过渡带平均壁厚较大，出现特大腐蚀坑的几率和危害相对较小，所以检测重点放在对裂纹的判断。加厚消失端和管体部分是钻杆失效的高发地带，在该区域不但要辨别裂纹的存在，还要评估腐蝕坑的大小。
2.1裂纹和腐蚀坑的辨别
腐蚀坑属于体积型缺陷，裂纹属于面积型缺陷，对于声波的反射规律不同。探头从裂纹的两侧都能发现反射波，且波幅变化不会太大。而从裂纹平行扫查，反射波几乎没有，即使有也很低。腐蚀坑相对存在四个平面，因此从四个方位扫查，都能发现反射波，反射波幅相对变化较小。
图2 探头扫查方向示意图
从反射波形上可以辨别。裂纹的反射波比较陡峭，起始点和回落点之间的时间间隔较长，波幅宽，一般存在多个反射波峰。当探头平移，反射波连续出现，波幅有变动。转动探头5?～10?，会出现波幅突然降低，下降显著，同时出现波峰上下错动现象。成片的腐蚀坑反射波相对较乱，表现为丛式波，前后移动探头，起始点和回落点不易分清。而单个腐蚀坑起始点和回落点的时间间隔较短，波幅一般不会很高。如果腐蚀坑的一面类似平面时，回波与裂纹回波有些相似。当左右平移探头，反射波峰有规律的下降，直至消失。
2.2腐蚀坑剩余壁厚的判别
当声波遇到不同距离的反射体时，它的声程不同，对应的水平和深度距离也不同。例如腐蚀坑根部的回波声程一定大于腐蚀坑端点的声程，所以出现在示波屏上，端点的回波位置更靠近始波。相对应的深度基本等同于剩余壁厚。
图3腐蚀坑扫查示意图 图4 腐蚀坑波形
以扫查一个腐蚀坑为例，探头一次波扫查到腐蚀坑根部时，声束的反射能量是最大的，因此该点的反射波幅也最高。探头继续前移，波幅逐渐下降。当声束基本到达腐蚀坑端点位置时，反射非常微弱，波幅几乎接近于零。可以判断波幅接近消失的点基本就是端点，对应的深度基本等同于剩余壁厚。用这种方法，可以快速的估算出腐蚀坑对应的剩余壁厚，直接判断出钻杆的内腐蚀状况。
结论
3.1检测过程中要注意对钻杆对焊部分和缺陷的区分;检测方向最好是探头从壁厚处向壁薄处移动;检测操作中要经常标定仪器以保证其准确性。
3.2通过大量的实践得到：超声波探头频率的高低对检测结果有很大的影响，要重点关注探头的频率、入射角度（K值）、晶片尺寸的选择。
3.3钻具检测是一项非常重要的工作，它不仅要求从事此项技术的人员有扎实的理论知识、丰富的实践经验，还要求具备良好的责任心、谨慎的态度和刻苦钻研的精神。
3.4通过对钻杆定期检测，可以掌握对服役的钻杆的技术状况，减少钻井过程的钻杆本体刺穿失效和因钻杆缺陷问题引起的钻杆折断失效事故。