ПРИМЕНЕНИЕ РАДИАЦИОННОГО МЕТОДА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРИ ДИАГНОСТИКЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ БУРОВЫХ ДОЛОТ

APPLICATION OF THE RADIATION METHOD OF NON-DESTRUCTIVE TESTING FOR DIAGNOSTICS OF WELDED JOINTS OF DRILL BITS

Toporishchev Daniil Evgenyevich

Master’s student, Department of Machinery and Equipment for the Oil and Gas Industry, Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

В данной работе были рассмотрены физические основы радиационного метода неразрушающего контроля и отображено применение данного метода в диагностике технического состояния буровых долот.

ABSTRACT

This article examines the physical principles of the radiation method of non-destructive testing and shows the application of this method in the diagnostics of the technical condition of drill bits.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, дефект, буровое долото, радиационный контроль, ионизирующее излучение.

Keywords: non-destructive testing, flaw, drill bit, radiation control, ionizing radiation.

Буровые шарошечные долота испытывают серьёзные эксплуатационные нагрузки – осевая нагрузка, крутящий момент, давление и т.д., взаимодействуя при этом с агрессивными горными породами и промывочной жидкостью [1]. Для бурения скважин больших диаметров (от 393,7 мм) часто используются шарошечные долота корпусного типа. Долота данной конструкции подвержены большим рискам по причине наличия сварных соединений между ниппелем и лапами долота. Аварии при бурении по причине разрушения сварных соединений и слома лап шарошечных долот приводит к существенным финансовым затратам, поэтому вопрос диагностирования их технического состояния является актуальным и требующим внимания [2].

Одним из эффективных способов выявления дефектов сварных соединений является радиационный метод неразрушающего контроля, основанный на взаимодействии ионизирующих излучений с диагностируемым объектом. Под ионизирующим излучением понимают излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков [3]. Для создания излучения применяются импульсные рентгеновские аппараты; регистрация излучения, прошедшего через объект контроля и отражённого от него, производится с помощью рентгеновской плёнки, покрытой ионами серебра. Схема отображения внутренних дефектов сварного шва (пор, включений и др.) представлена на рисунке 1:

Рисунок 1. Отображение дефектов на рентгеновской плёнке

Проекционное отношение М можно вычислить по следующей формуле [3]:

где D_f – диаметр проекции на рентгеновской плёнке;

D₀ – диаметр дефекта в объекте контроля;

d_f – расстояние от источника излучения до проекции на плёнке;

d₀ – расстояние от источника излучения до дефекта.

Наибольшая чёткость изображений создаётся при применении иттербия–169 в качестве источника ионизирующего излучения.

В настоящее время помимо рентгенографического метода с применением плёнки применяется компьютерная рентгенография. Компьютерная рентгенография является диагностической системой из:

1. детектора, представляющего собой фосфорные запоминающие пластины (ЗП);
2. сканера, считывающего информацию с ЗП и преобразующего сигнал в цифровое изображение.

Детектор в виде фосфорной пластины является многослойной структурой, в которой рабочим элементом служит слой люминофора, нанесённый на гибкую подложку из полиэтилентерефталата и защищённый покрытием, отверждённым в электронном потоке. Ресурс детектора составляет до 10000 экспозиций, однако количество экспозиций без потери качества зависит от условий эксплуатации и хранения пластины. Люминофоры представляют собой смесь микрокристаллов бария, фтора, брома с примесью европия, чувствительную к ионизирующему излучению. Температурный диапазон люминофоров составляет от -5 до +30 ℃. Под воздействием рентгеновского ионизирующего излучения часть электронов люминофора переходит в возбуждённое состояние. Возврат их в исходное состояние происходит при сканировании детектора лазерным лучом сканера. После этого пластина снова готова к экспонированию.

В зависимости от требований контроля выпускаются детекторы разных классов, различающихся по чувствительности, скорости и разрешению. Строение детектора изображено на рисунке 2:

Рисунок 2. Строение детектора для компьютерной рентгенографии

Сканер считывает изображение с детектора с помощью лазерного луча. Далее сканер сохраняет полученную информацию в собственной памяти или передаёт её на компьютер и одновременно стирает с пластины старое изображение. Размер пятна лазерного луча сканера определяет качество полученного изображения: чем меньше пятно, тем выше разрешение, однако при этом увеличивается время сканирования снимка. Метод компьютерной рентгенографии по динамическому диапазону превосходит как радиографический метод и позволяет за одну экспозицию регистрировать изображение объекта контроля с большим перепадом радиационных толщин.

Таким образом, применение радиационного метода контроля позволяет выявить внутренние дефекты сварных соединений на этапе входного и выходного контроля производства буровых долот с высокой точностью.

Список литературы:

1. Борейко, Д. А. Обзор методов и методик технического диагностирования работоспособности шарошечных буровых долот / Д. А. Борейко, Д. Ю. Сериков, И. Ю. Быков // Рассохинские чтения : Материалы международной конференции. В 3 ч., Ухта, 04–05 февраля 2021 года. – Ухта: Ухтинский государственный технический университет, 2021. – С. 66-69. – EDN AAZOSP.
2. Борейко, Д. А. К вопросу оценки технического состояния шарошечных буровых долот / Д. А. Борейко, Д. Ю. Сериков // Нефть и газ - 2022 : тезисы докладов 76-ой международной молодежнрй научной конференции, Москва, 25–29 апреля 2022 года / Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина. Том 1. – Москва: Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, 2022. – С. 445-446. – EDN CFHUMA.
3. Клюев В.В. Неразрушающий контроль и диагностика : справочник. В 8 т. Т.1, кн.2. Радиационный контроль / Ф. Р. Соснин, В. Н. Филлипов [и др.] : под общей редакцией В.В. Клюева. – Москва : Машиностроение. -  2008. – 560 с. – Текст : непосредственный.