1、問題的提出
　　
　　鋼絲繩在油氣田勘探開發(fā)中應(yīng)用非常廣泛，如在鉆、修井機(jī)、油井抽油、撈砂、頓鉆和清屑等方面都大量使用。鋼絲繩在工作過程中，會發(fā)生疲勞、銹蝕、磨損、斷絲等現(xiàn)象，從而影響到設(shè)備和系統(tǒng)的安全運(yùn)行和人員的生命安全。近年來，隨著我國深井和超深井鉆探開采工作的不斷發(fā)展，鉆井鋼絲繩的使用條件更加惡劣，發(fā)生了許多鋼絲繩斷裂事故，損失慘重，因此進(jìn)行鋼絲繩剩余強(qiáng)度定量評定方法及檢測方法的研究具有重要意義。
　　
　　傳統(tǒng)的鋼絲繩檢測方法是人工目視檢查。這一方法由專職檢測人員定期對使用中的鋼絲繩進(jìn)行觀察。采用卡尺測量繩徑，手摸或肉眼尋找缺陷。顯然，人工目視檢查只能發(fā)現(xiàn)鋼絲繩中露在外部的缺陷（如斷絲），而對內(nèi)部的斷絲、銹蝕等缺陷則無能為力。且人工檢查速度較慢，受人為因素影響較大，檢查結(jié)果可靠性差。
　　
　　目前，鋼絲繩判廢切除主要是依據(jù)APIRP9B規(guī)則《油田用鋼絲繩的使用、維護(hù)推薦做法》，該規(guī)則根據(jù)鋼絲繩的使用工作量評定鋼絲繩的壽命，即以鋼絲繩承受的載荷與工作行程作為鋼絲繩報(bào)廢切除的依據(jù)，這是一種經(jīng)驗(yàn)的定性的方法，對具體工況下鋼絲繩的損傷和壽命無法較準(zhǔn)確地評定：要么對鋼絲繩壽命消耗估計(jì)過少，導(dǎo)致鋼絲繩斷裂;要么對鋼絲繩壽命消耗估計(jì)過多，造成過早切除浪費(fèi)。因此，對鋼絲繩進(jìn)行安全性定量評定是十分必要的。
　　
　　2、MTC鋼絲繩檢測原理
　　
　　2.1組成
　　
　　電腦探傷儀系統(tǒng)的組成如圖1。主要由檢測傳感器、脈沖編碼器、信號處理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、鋼絲繩定量分析軟件及聲光報(bào)警輔助功能裝置構(gòu)成[1,2]。傳感器將鋼絲繩缺陷所形成的漏磁場信號轉(zhuǎn)化為微弱的電信號;信號處理系統(tǒng)將獲得的電信號經(jīng)放大、濾波、調(diào)理后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并送到計(jì)算機(jī)的并行口;脈沖編碼器發(fā)出脈沖控制計(jì)算機(jī)對并行口數(shù)據(jù)采樣;鋼絲繩定量分析軟件對采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、顯示，并在檢測到缺陷時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警輔助功能裝置工作。　　
　　2.2檢測原理
　　
　　鋼絲繩表面及內(nèi)部斷絲和因磨損、疲勞、變形等引起的鋼絲繩橫截面中金屬截面積變化從而導(dǎo)致磁場發(fā)生變化，鋼絲繩檢測裝置是一種利用磁性檢測原理定量檢測漏磁場進(jìn)行缺陷判斷的無損檢測儀器。
　　
　　磁性檢測原理是，在磁場的作用下，鋼絲繩上的物理缺陷（如斷絲、銹蝕、磨損等）影響鋼絲繩的磁場分布，利用磁敏檢測元件（如霍爾元件、感應(yīng)線圈、磁敏二極管、三極管等）檢測磁場的變化特征，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過電信號的變化表征鋼絲繩的物理缺陷[3]。
　　
　　圖2為鋼絲繩磁性檢測原理示意圖，磁鐵、銜鐵、磁鐵與鋼絲繩間空氣隙和鋼絲繩構(gòu)成勵(lì)磁回路。磁鐵將鋼絲繩磁化至飽和狀態(tài)，當(dāng)磁化區(qū)域內(nèi)的鋼絲繩上存在物理缺陷時(shí)，鋼絲繩上的磁場分布就會變化，磁場分布的變化因缺陷的性質(zhì)不同而不同。若缺陷為斷絲，在斷絲處由于空氣隙的磁阻遠(yuǎn)大于鋼絲繩磁阻，部分磁力線會泄漏到鋼絲繩外從而形成漏磁場;若缺陷為銹蝕或磨損，鋼絲繩的金屬截面積發(fā)生變化，而使磁路的主磁通發(fā)生變化。　　
　　通過布置在鋼絲繩磁化段中部均勻磁場區(qū)域的磁敏檢測元件檢測鋼絲繩磁場分布的變化，可以獲得包含鋼絲繩物理缺陷特征的信號，對信號進(jìn)行處理、分析可以實(shí)現(xiàn)鋼絲繩的定量檢測。因此根據(jù)鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和缺陷特征，研究出鋼絲繩檢測的兩種方法：
　　
　　2.2.1金屬橫截面積損失檢測（LMA）
　　
　　其原理是主磁通測定法，即利用強(qiáng)磁場作為勵(lì)磁源，將處于兩磁極間的一段鋼絲繩磁化到飽和。根據(jù)磁學(xué)的有關(guān)理論，鐵磁材料在磁飽和情況下，材料內(nèi)的磁通量與金屬橫截面積的大小成正比，故由傳感器所測出的磁通量的變化，即為鋼絲繩金屬橫截面積的變化。
　　
　　2.2.2局部損傷檢測（LF）
　　
　　局部損傷主要是指斷絲、銹蝕坑、變形等所引起的鋼絲繩局部物理狀態(tài)的退化。智能鋼絲繩探傷儀采用漏磁檢測的原理檢測鋼絲繩中此類損傷。
　　
　　將上述兩路檢測信號（LMA）和（LF）以及距離信號分別送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，檢測信號經(jīng)放大、濾波等處理后有計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集和判別，得出檢測結(jié)果，檢測結(jié)果可顯示、儲存和打印。
　　
　　鋼絲繩運(yùn)行的位置有光電編碼器編碼后進(jìn)入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對位置編碼器發(fā)出脈沖信號計(jì)數(shù)，通過邏輯運(yùn)算后得到的位置。
　　
　　2.3設(shè)備技術(shù)性能
　　
　　采用不同的探頭規(guī)格，可以檢測的鋼絲繩范圍為Ф5～85mm。
　　
　　檢測繩長：≥10000m，距離分辨率：0.02m。檢測繩速：0.3～3.5m/s。
　　
　　LMA測量誤差：±0.1%（LMA量程為20%），分辨率：0.01%。
　　
　　LMA檢測靈敏度：缺陷寬度≥10mm。
　　
　　LMA定量分析：缺陷寬度≥50mm，銹蝕、磨損金屬橫截面積>1%。
　　
　　LF檢測靈敏度：銹蝕、斷絲、變形、松股。
　　
　　工作溫度：-20℃～40℃。
　　
　　電源：內(nèi)置電池供電。
　　
　　3、鋼絲繩檢測處理系統(tǒng)
　　
　　3.1鋼絲繩檢測典型波形
　　3.1.1單端缺口LF、LMA信號波形（圖3）

　　
　　3.1.2小斷口LF、LMA信號波形（圖4）

　　
　　3.2數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
　　
　　被測鋼絲繩全程測錄完畢后，由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確反映出被測鋼絲繩全程的損傷點(diǎn)數(shù)目及位置坐標(biāo)，同時(shí)在位置坐標(biāo)點(diǎn)上定量反應(yīng)損傷當(dāng)量。控制處理系統(tǒng)按被測鋼絲繩檢測依據(jù)（或標(biāo)準(zhǔn)）中損傷量的大小，與其損傷當(dāng)量相對應(yīng)進(jìn)行分析處理，作出該鋼絲繩在某位置磨損、銹蝕、截面變形、斷絲等的損傷判斷結(jié)論。其次，控制處理系統(tǒng)對被測鋼絲繩損傷點(diǎn)的損傷程度進(jìn)行全面評價(jià)，見損傷度類別評價(jià)表1。　　
　　4、鋼絲繩現(xiàn)場應(yīng)用
　　
　　使用鋼絲繩檢測設(shè)備，我們檢測了大量的淺（灘）海油氣勘探用鋼絲繩，以海洋鉆井公司KD26平臺一小型吊機(jī)用鋼絲繩為例，鋼絲繩型號為8X（19）（1+9+9）線接觸（纖維芯，通過檢測得到圖5波形：　　
　　檢測結(jié)果分析如下：
　　
　　（1）檢測鋼絲繩長度：128.88m。
　　
　　（2）鋼絲繩外層繩股承載鋼絲總數(shù)：114根。
　　
　　（3）鋼絲繩金屬斷面積減少zui大差值：2.37%，位置：119.30m，未超過允許的zui大值（10%）。6d（63mm）內(nèi)zui大斷絲數(shù)：4根，位置：121.40m，已超過允許的zui大值：2根。30d（315mm）內(nèi)zui大斷絲數(shù)：4根，位置：121.40m，已超過允許的zui大值：4根。
　　
　　（4）局部缺陷詳見表2。　　
　　鋼絲繩6d內(nèi)斷絲數(shù)，30d內(nèi)斷絲數(shù)均已超出GB/T5972-2006中的要求。
　　
　　（5）該鋼絲繩應(yīng)報(bào)廢。
　　
　　5、結(jié)束語
　　
　　MTC鋼絲繩電腦探傷儀可以對鋼絲繩表面的磨損、銹蝕、截面變形、斷絲等缺陷和損傷給出定性及定量的檢測結(jié)果，尤其是的定量檢測數(shù)據(jù)。檢測方法簡介、分辨率強(qiáng)、靈敏度高、抗干擾強(qiáng)、易于操作，適合現(xiàn)場檢測。由于檢測結(jié)果直觀明了，可以定量給出鋼絲繩的損傷結(jié)果，準(zhǔn)確判斷鋼絲繩的壽命及強(qiáng)度，比以往的檢測方法度更高，可靠性更強(qiáng)，手段更*，對于淺（灘）海的鋼絲繩的出廠檢驗(yàn)、定期檢驗(yàn)、驗(yàn)收檢驗(yàn)等均有應(yīng)用價(jià)值。