鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿是(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)柱的(de)(de)(de)基(ji)本組成部(bu)分(fen)，其(qi)主要作(zuo)用是(shi)傳遞(di)轉矩和輸送鉆(zhan)(zhan)(zhan)井液(ye)，鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿在服役的(de)(de)(de)過程中(zhong)承(cheng)受著拉、壓、扭、彎曲等各種復雜的(de)(de)(de)交(jiao)變應(ying)力載(zai)荷(he)，同時鉆(zhan)(zhan)(zhan)井液(ye)、鉆(zhan)(zhan)(zhan)井泥(ni)漿中(zhong)溶解的(de)(de)(de)O2、CO2和H2S等腐(fu)蝕(shi)(shi)介質(zhi)及地層的(de)(de)(de)氧化物等介質(zhi)會嚴重腐(fu)蝕(shi)(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿，受應(ying)力載(zai)荷(he)以(yi)及化學腐(fu)蝕(shi)(shi)后(hou)的(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿非常容易失(shi)效，進而導致(zhi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)井事(shi)(shi)故發生。2004年9月(yue)，中(zhong)國石油集團石油管工(gong)程技術研究院主持召開了(le)(le)第二屆全國油井管會議，初步統(tong)計油田鉆(zhan)(zhan)(zhan)具失(shi)效數(shu)量是(shi)每年1000例左(zuo)右(you)，而其(qi)中(zhong)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿失(shi)效占據(ju)了(le)(le)鉆(zhan)(zhan)(zhan)具總失(shi)效事(shi)(shi)故的(de)(de)(de)50％～60％。現場調查表明，國外(wai)14％以(yi)上的(de)(de)(de)油氣井都發生過不同程度(du)的(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)柱井下斷裂事(shi)(shi)故。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)服役(yi)(yi)時處(chu)于(yu)(yu)井(jing)底，而(er)井(jing)底工況復雜(za)，一般鉆(zhan)(zhan)井(jing)深(shen)度都在(zai)幾千米以(yi)上，使(shi)得鉆(zhan)(zhan)桿(gan)在(zai)役(yi)(yi)檢(jian)測(ce)變得極其(qi)困(kun)難。而(er)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)的(de)檢(jian)測(ce)又非常重要，尤其(qi)對(dui)(dui)于(yu)(yu)已經(jing)服役(yi)(yi)一定時間的(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)，其(qi)合理報廢對(dui)(dui)于(yu)(yu)鉆(zhan)(zhan)柱事故的(de)預防具(ju)有極大的(de)實(shi)際工程(cheng)意義。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)無損檢(jian)測(ce)是鉆(zhan)(zhan)桿(gan)檢(jian)測(ce)實(shi)際有效(xiao)的(de)方法，及(ji)時對(dui)(dui)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)缺陷進(jin)行檢(jian)測(ce)，不僅能(neng)夠減少鉆(zhan)(zhan)井(jing)事故，還能(neng)延長鉆(zhan)(zhan)桿(gan)使(shi)用壽命。此外，加強我國油田在(zai)役(yi)(yi)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)無損檢(jian)測(ce)，還可(ke)以(yi)降低鉆(zhan)(zhan)井(jing)風險，提高經(jing)濟效(xiao)益(yi)，促進(jin)我國石油戰略的(de)長遠可(ke)持續發展。
鉆桿(gan)使(shi)用(yong)(yong)一段時間后，在桿(gan)體(ti)和接頭(tou)處極可(ke)能出現腐蝕、裂紋和穿孔(kong)等，這會導(dao)致嚴重的安全事故(gu)并造成巨大(da)的經濟損失(shi)。因(yin)此，鉆桿(gan)在使(shi)用(yong)(yong)一段時間后必(bi)須進(jin)行(xing)質量(liang)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)與(yu)修復才能繼續投入使(shi)用(yong)(yong)。傳統的鉆桿(gan)質量(liang)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)和分(fen)級(ji)(ji)工藝普遍是采用(yong)(yong)手(shou)工方式完成的。鉆桿(gan)從井(jing)場(chang)回(hui)收至(zhi)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)修復中心，首先采用(yong)(yong)手(shou)動(dong)超聲儀對(dui)鉆桿(gan)桿(gan)體(ti)進(jin)行(xing)局部抽檢(jian)(jian)，然后利用(yong)(yong)千分(fen)尺和游標卡尺對(dui)鉆桿(gan)接頭(tou)形位尺寸進(jin)行(xing)取點測(ce)(ce)量(liang)，最后根據檢(jian)(jian)測(ce)(ce)數據和分(fen)級(ji)(ji)標準，利用(yong)(yong)抓(zhua)管(guan)機對(dui)
鉆(zhan)桿逐根挑(tiao)揀分(fen)(fen)級(ji)。手工檢(jian)測(ce)(ce)分(fen)(fen)級(ji)效(xiao)率(lv)低，并且檢(jian)測(ce)(ce)結果易受人為(wei)因(yin)素影響，已不適應回收鉆(zhan)桿的(de)質量檢(jian)測(ce)(ce)要求。因(yin)此，建(jian)立自動化高(gao)效(xiao)檢(jian)測(ce)(ce)分(fen)(fen)級(ji)生產線，對(dui)鉆(zhan)桿的(de)質量檢(jian)測(ce)(ce)和分(fen)(fen)級(ji)管理(li)十分(fen)(fen)必要。
一、檢測分級(ji)工藝(yi)
根據鉆(zhan)(zhan)桿質(zhi)量(liang)檢(jian)(jian)測、分(fen)(fen)級管(guan)(guan)理(li)與修復的相關標準和(he)(he)現場(chang)要求，回(hui)收(shou)鉆(zhan)(zhan)桿檢(jian)(jian)測分(fen)(fen)級工(gong)藝流程如圖(tu)7-1所(suo)示。舊(jiu)鉆(zhan)(zhan)桿從井場(chang)回(hui)收(shou)至管(guan)(guan)子站后(hou)，首先(xian)經過(guo)(guo)彎曲(qu)矯直、清洗(xi)等(deng)檢(jian)(jian)測預處理(li)，然后(hou)依次經過(guo)(guo)材質(zhi)分(fen)(fen)析、漏磁超聲(sheng)桿體復合檢(jian)(jian)測、接頭形位(wei)尺寸自動化測量(liang)、內壁復檢(jian)(jian)和(he)(he)加厚帶復檢(jian)(jian)等(deng)工(gong)藝過(guo)(guo)程，最后(hou)根據鉆(zhan)(zhan)桿質(zhi)量(liang)狀況進行評(ping)價分(fen)(fen)級和(he)(he)修復處理(li)。
鉆桿(gan)(gan)(gan)不僅具有連接螺紋、密封(feng)臺面(mian)和(he)加厚(hou)帶等(deng)復(fu)雜結(jie)構，而且尺寸較(jiao)大（長度約(yue)10m），這為實現自動化檢(jian)(jian)(jian)測(ce)分級帶來了困難。以(yi)鉆桿(gan)(gan)(gan)的(de)結(jie)構特點和(he)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)工(gong)藝要(yao)求為基(ji)礎，采用一種基(ji)于鉆桿(gan)(gan)(gan)螺旋前(qian)進的(de)漏磁(ci)超(chao)聲復(fu)合桿(gan)(gan)(gan)體無損檢(jian)(jian)(jian)測(ce)方法和(he)基(ji)于激光測(ce)量的(de)鉆桿(gan)(gan)(gan)接頭形位尺寸測(ce)量原理(li)，來替代傳統(tong)的(de)手工(gong)方式。檢(jian)(jian)(jian)測(ce)分級系統(tong)布局如圖7-2所示。
整個系統由漏(lou)磁桿體(ti)檢(jian)測設(she)備、超聲桿體(ti)檢(jian)測設(she)備、形位尺寸測量設(she)備、翻料(liao)裝(zhuang)備、V形輪直行傳(chuan)(chuan)輸輥道(dao)、V形輪螺旋傳(chuan)(chuan)輸輥道(dao)、待(dai)檢(jian)料(liao)架、復檢(jian)料(liao)架、成品料(liao)架等部分組成，并布置有大量物料(liao)傳(chuan)(chuan)感器。
漏磁(ci)與超聲(sheng)(sheng)復(fu)合檢測(ce)是目(mu)前應用最為廣(guang)泛的復(fu)合檢測(ce)方法。漏磁(ci)檢測(ce)方法對鉆桿內表面缺(que)陷具有(you)很好的適應性(xing)，而超聲(sheng)(sheng)波(bo)對內部缺(que)陷具有(you)更強的探(tan)測(ce)能(neng)力。
鉆桿接頭(tou)承(cheng)擔著鉆桿之間(jian)傳遞轉矩與密封鉆井液的(de)(de)(de)作用(yong)，是(shi)(shi)鉆桿最為重要的(de)(de)(de)部位。因此，鉆桿接頭(tou)形(xing)位尺寸(cun)(cun)檢測(ce)是(shi)(shi)回收鉆桿重復利用(yong)必不可(ke)少的(de)(de)(de)工(gong)序(xu)。但由于(yu)鉆桿接頭(tou)結構復雜，目前鉆桿接頭(tou)基(ji)本都是(shi)(shi)采用(yong)人工(gong)采樣方式進(jin)行測(ce)量，其測(ce)量結果受(shou)人為因素影響大，并且生產率(lv)低。基(ji)于(yu)激(ji)光(guang)測(ce)距測(ce)量原理的(de)(de)(de)自動(dong)化(hua)形(xing)位尺寸(cun)(cun)全(quan)息(xi)測(ce)量系統(tong)，具(ju)有良好的(de)(de)(de)檢測(ce)精度、靈敏度和重復性，并且檢測(ce)過程(cheng)自動(dong)化(hua)，極大地提高(gao)了生產率(lv)。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)下井前(qian)必須(xu)進(jin)行鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質量評價和(he)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)管理(li)，之后(hou)根據鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質量級(ji)(ji)(ji)別分(fen)(fen)送不同開采(cai)工(gong)(gong)(gong)況的井區。目前(qian)，大部(bu)分(fen)(fen)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)工(gong)(gong)(gong)作都是通過(guo)抓管機(ji)逐(zhu)根挑揀完成的。由于鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)類(lei)型復(fu)雜，人(ren)工(gong)(gong)(gong)分(fen)(fen)揀效率低(di)下，已不能適應鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)檢測的生產速度(du)。為此(ci)，緊接檢測工(gong)(gong)(gong)藝，布置一套鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在線分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)系統，實現鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)的自動化分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)管理(li)是十分(fen)(fen)必要的。
二、控(kong)制系統
檢測(ce)分級系統(tong)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)軟件結構(gou)如圖7-3所示(shi)，由用(yong)戶(hu)界(jie)面(mian)層(ceng)(ceng)、應用(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)層(ceng)(ceng)和運(yun)(yun)(yun)動控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)構(gou)成(cheng)。用(yong)戶(hu)界(jie)面(mian)層(ceng)(ceng)程(cheng)(cheng)序(xu)用(yong)于人機交互(hu)、控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)檢測(ce)流程(cheng)(cheng)、調整(zheng)檢測(ce)工藝(yi)以(yi)(yi)及監測(ce)設(she)備(bei)運(yun)(yun)(yun)行情況；應用(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)層(ceng)(ceng)主要應用(yong)于檢測(ce)信號處理、鉆桿(gan)分級評價、數(shu)據儲存(cun)與(yu)管理以(yi)(yi)及信號傳輸(shu)；運(yun)(yun)(yun)動控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)以(yi)(yi)可編程(cheng)(cheng)序(xu)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器為基(ji)礎，結合具有通信功能的現(xian)場設(she)備(bei)實現(xian)整(zheng)個系統(tong)內所有設(she)備(bei)的自動化(hua)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)。
檢測(ce)(ce)(ce)(ce)信號從采集(ji)卡傳(chuan)送到檢測(ce)(ce)(ce)(ce)客(ke)戶機時，由(you)對應客(ke)戶機上(shang)的(de)(de)(de)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)軟(ruan)件進行一系列信號處理(li)并存儲處理(li)結果，同時將(jiang)(jiang)信號根據分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)要求進行處理(li)并將(jiang)(jiang)結果通過(guo)局域網傳(chuan)送至檢測(ce)(ce)(ce)(ce)服(fu)務(wu)器進行綜合處理(li)，檢測(ce)(ce)(ce)(ce)服(fu)務(wu)器為每根鉆桿建(jian)立(li)質量監(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)數據庫。然后，分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)信息(xi)被打包由(you)以太網絡從檢測(ce)(ce)(ce)(ce)服(fu)務(wu)器傳(chuan)送至分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)服(fu)務(wu)器，而后組態軟(ruan)件將(jiang)(jiang)顯示(shi)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)信息(xi)并核查，最后，通過(guo)MPI網絡將(jiang)(jiang)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)信息(xi)傳(chuan)送至可(ke)編(bian)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)控(kong)(kong)制(zhi)器，由(you)其中的(de)(de)(de)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)實現所有(you)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)設(she)備(bei)的(de)(de)(de)自(zi)動(dong)化(hua)控(kong)(kong)制(zhi)。整個分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)系統(tong)共有(you)5個可(ke)編(bian)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)控(kong)(kong)制(zhi)器，形(xing)成主從站的(de)(de)(de)Profibus-DP網絡模式(shi)，最終(zhong)形(xing)成一個高效(xiao)的(de)(de)(de)自(zi)動(dong)化(hua)集(ji)散控(kong)(kong)制(zhi)系統(tong)。圖7-4所示(shi)為組態控(kong)(kong)制(zhi)界面，可(ke)實時監(jian)控(kong)(kong)設(she)備(bei)運(yun)行情況并實現生產調度。
三、現場應用
回收鉆(zhan)桿自(zi)動(dong)(dong)化在線(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)分(fen)級(ji)(ji)(ji)生(sheng)產(chan)線(xian)，如圖7-5所示，它包含了鉆(zhan)桿旋轉的(de)自(zi)動(dong)(dong)化漏(lou)磁超聲復合無(wu)損檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)系(xi)(xi)統、基(ji)(ji)于(yu)激光測(ce)(ce)(ce)距測(ce)(ce)(ce)量(liang)原(yuan)理的(de)形位尺寸自(zi)動(dong)(dong)化測(ce)(ce)(ce)量(liang)系(xi)(xi)統以及鉆(zhan)桿自(zi)動(dong)(dong)化分(fen)級(ji)(ji)(ji)裝備(bei)。控制系(xi)(xi)統采用(yong)了基(ji)(ji)于(yu)局域網(wang)、以太網(wang)、MPI網(wang)絡(luo)和Profibus-DP現場(chang)總線(xian)的(de)網(wang)絡(luo)化控制方法，集(ji)成檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信號和分(fen)級(ji)(ji)(ji)信息，實(shi)現了對生(sheng)產(chan)線(xian)的(de)自(zi)動(dong)(dong)化集(ji)散控制。整套回收鉆(zhan)桿檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)分(fen)級(ji)(ji)(ji)生(sheng)產(chan)線(xian)的(de)設備(bei)運行穩定，維護方便，每日檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)量(liang)為600根(gen)，可以降(jiang)低生(sheng)產(chan)成本并保證(zheng)鉆(zhan)桿質量(liang)。
