鉆(zhan)(zhan)桿(gan)是鉆(zhan)(zhan)柱的(de)(de)基本組成部分，其主(zhu)要(yao)作(zuo)用是傳遞轉矩和輸送鉆(zhan)(zhan)井液(ye)，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)在服役(yi)的(de)(de)過程(cheng)中承受(shou)著拉、壓、扭(niu)、彎曲(qu)等各種復(fu)雜的(de)(de)交變應力載(zai)荷，同(tong)時鉆(zhan)(zhan)井液(ye)、鉆(zhan)(zhan)井泥漿中溶解(jie)的(de)(de)O2、CO2和H2S等腐蝕介質及地層(ceng)的(de)(de)氧化物等介質會嚴重腐蝕鉆(zhan)(zhan)桿(gan)，受(shou)應力載(zai)荷以(yi)及化學腐蝕后(hou)的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)非常容易失(shi)效(xiao)，進(jin)而導致鉆(zhan)(zhan)井事(shi)(shi)故(gu)發生。2004年(nian)(nian)9月，中國石(shi)油(you)集團石(shi)油(you)管工程(cheng)技術研究院主(zhu)持召開(kai)了第二屆全國油(you)井管會議(yi)，初步統計油(you)田(tian)鉆(zhan)(zhan)具失(shi)效(xiao)數量是每年(nian)(nian)1000例(li)左右，而其中鉆(zhan)(zhan)桿(gan)失(shi)效(xiao)占(zhan)據了鉆(zhan)(zhan)具總失(shi)效(xiao)事(shi)(shi)故(gu)的(de)(de)50％～60％。現(xian)場調查表(biao)明，國外(wai)14％以(yi)上的(de)(de)油(you)氣井都(dou)發生過不同(tong)程(cheng)度的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)柱井下斷裂事(shi)(shi)故(gu)。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)服役(yi)時處(chu)于(yu)井(jing)底，而井(jing)底工(gong)況復雜，一般鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)深度都在幾(ji)千米以上，使(shi)得(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)在役(yi)檢(jian)測變得(de)極(ji)其困難。而鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)的(de)(de)檢(jian)測又非常(chang)重(zhong)要，尤其對于(yu)已經(jing)服役(yi)一定時間的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)，其合(he)理報廢對于(yu)鉆(zhan)(zhan)(zhan)柱事故(gu)的(de)(de)預防(fang)具有極(ji)大(da)的(de)(de)實(shi)際工(gong)程意義。鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)無損(sun)檢(jian)測是鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)檢(jian)測實(shi)際有效(xiao)的(de)(de)方法，及時對鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)缺陷進行檢(jian)測，不僅能夠減少鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)事故(gu)，還(huan)能延(yan)長鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)使(shi)用壽命。此外(wai)，加強我(wo)國(guo)油(you)(you)田在役(yi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)無損(sun)檢(jian)測，還(huan)可以降低鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)風險(xian)，提(ti)高經(jing)濟效(xiao)益，促(cu)進我(wo)國(guo)石油(you)(you)戰(zhan)略的(de)(de)長遠(yuan)可持續發(fa)展。
鉆(zhan)桿(gan)使用(yong)(yong)(yong)一段時間后(hou)，在(zai)桿(gan)體(ti)和(he)(he)(he)接(jie)頭處極可(ke)能(neng)出現腐蝕(shi)、裂紋和(he)(he)(he)穿(chuan)孔等，這會(hui)導致嚴重的(de)安全事故并(bing)造成巨(ju)大的(de)經濟損失。因此，鉆(zhan)桿(gan)在(zai)使用(yong)(yong)(yong)一段時間后(hou)必須(xu)進行(xing)質量(liang)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)與修復才能(neng)繼續投(tou)入使用(yong)(yong)(yong)。傳統的(de)鉆(zhan)桿(gan)質量(liang)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)和(he)(he)(he)分級工(gong)藝普遍是采用(yong)(yong)(yong)手工(gong)方式完成的(de)。鉆(zhan)桿(gan)從井場回收(shou)至檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)修復中心(xin)，首先(xian)采用(yong)(yong)(yong)手動超聲(sheng)儀對(dui)鉆(zhan)桿(gan)桿(gan)體(ti)進行(xing)局部抽(chou)檢(jian)(jian)(jian)(jian)，然后(hou)利(li)用(yong)(yong)(yong)千(qian)分尺和(he)(he)(he)游標卡尺對(dui)鉆(zhan)桿(gan)接(jie)頭形(xing)位尺寸(cun)進行(xing)取點測(ce)量(liang)，最后(hou)根(gen)據檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)數(shu)據和(he)(he)(he)分級標準，利(li)用(yong)(yong)(yong)抓管(guan)機(ji)對(dui)
鉆桿(gan)逐根挑(tiao)揀分(fen)(fen)級。手工檢測(ce)(ce)分(fen)(fen)級效率(lv)低，并且檢測(ce)(ce)結(jie)果易受人為因(yin)素影響，已(yi)不適應回收鉆桿(gan)的(de)質量檢測(ce)(ce)要求(qiu)。因(yin)此，建立(li)自動化高效檢測(ce)(ce)分(fen)(fen)級生產(chan)線，對鉆桿(gan)的(de)質量檢測(ce)(ce)和分(fen)(fen)級管理十(shi)分(fen)(fen)必(bi)要。
一(yi)、檢測分級工(gong)藝
根據鉆(zhan)桿(gan)(gan)質量(liang)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)、分級管理(li)與修復的相關標準和(he)現場(chang)要(yao)求，回收鉆(zhan)桿(gan)(gan)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分級工藝流程(cheng)如(ru)圖7-1所示(shi)。舊鉆(zhan)桿(gan)(gan)從井場(chang)回收至管子站后，首先經(jing)過彎曲矯直、清(qing)洗等檢(jian)(jian)測(ce)(ce)預處理(li)，然后依次經(jing)過材質分析、漏(lou)磁(ci)超聲(sheng)桿(gan)(gan)體復合檢(jian)(jian)測(ce)(ce)、接頭形位尺寸(cun)自動化測(ce)(ce)量(liang)、內壁復檢(jian)(jian)和(he)加厚(hou)帶(dai)復檢(jian)(jian)等工藝過程(cheng)，最后根據鉆(zhan)桿(gan)(gan)質量(liang)狀況(kuang)進行評價分級和(he)修復處理(li)。
鉆桿(gan)不(bu)僅(jin)具有連接螺紋(wen)、密(mi)封(feng)臺面和加厚帶等復雜(za)結(jie)(jie)構(gou)，而且尺寸較大（長(chang)度約10m），這為實(shi)現(xian)自動化檢測(ce)分(fen)(fen)級帶來了困(kun)難。以鉆桿(gan)的結(jie)(jie)構(gou)特(te)點和檢測(ce)工(gong)藝要求(qiu)為基(ji)礎，采(cai)用一種基(ji)于(yu)鉆桿(gan)螺旋(xuan)前進(jin)的漏(lou)磁(ci)超聲(sheng)復合桿(gan)體無(wu)損檢測(ce)方法和基(ji)于(yu)激光(guang)測(ce)量的鉆桿(gan)接頭形(xing)位尺寸測(ce)量原理(li)，來替代傳統(tong)的手工(gong)方式(shi)。檢測(ce)分(fen)(fen)級系統(tong)布局(ju)如圖7-2所示。
整個(ge)系統(tong)由漏磁(ci)桿(gan)體(ti)檢(jian)測設備(bei)、超聲桿(gan)體(ti)檢(jian)測設備(bei)、形(xing)位(wei)尺寸(cun)測量(liang)設備(bei)、翻(fan)料裝(zhuang)備(bei)、V形(xing)輪直(zhi)行傳輸輥道、V形(xing)輪螺旋傳輸輥道、待檢(jian)料架(jia)、復檢(jian)料架(jia)、成(cheng)品料架(jia)等部(bu)分(fen)組成(cheng)，并(bing)布置有(you)大量(liang)物料傳感器。
漏磁與超聲復(fu)合檢測(ce)(ce)是目前應(ying)(ying)用(yong)最為廣(guang)泛的(de)(de)復(fu)合檢測(ce)(ce)方(fang)法(fa)。漏磁檢測(ce)(ce)方(fang)法(fa)對鉆桿內表面(mian)缺陷(xian)具有很好的(de)(de)適應(ying)(ying)性，而(er)超聲波對內部(bu)缺陷(xian)具有更強的(de)(de)探測(ce)(ce)能力。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭(tou)承(cheng)擔著鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)之間傳遞轉矩與密封(feng)鉆(zhan)(zhan)(zhan)井液(ye)的作(zuo)用，是(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)最為(wei)(wei)重要(yao)的部位。因此(ci)，鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭(tou)形位尺(chi)寸檢測(ce)(ce)是(shi)回(hui)收鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)重復利(li)用必不可(ke)少(shao)的工序。但由于鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭(tou)結構復雜，目(mu)前鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭(tou)基(ji)(ji)本都(dou)是(shi)采(cai)用人工采(cai)樣(yang)方式進(jin)行測(ce)(ce)量(liang)(liang)，其測(ce)(ce)量(liang)(liang)結果受人為(wei)(wei)因素影響大(da)，并且生(sheng)產率低。基(ji)(ji)于激光測(ce)(ce)距測(ce)(ce)量(liang)(liang)原理的自動化形位尺(chi)寸全息(xi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)系(xi)統，具有良好的檢測(ce)(ce)精度(du)、靈敏度(du)和重復性，并且檢測(ce)(ce)過程自動化，極大(da)地提高了生(sheng)產率。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)下井前必(bi)須進行(xing)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質量評價和分(fen)(fen)級(ji)管理，之后根(gen)據鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質量級(ji)別分(fen)(fen)送不同開采(cai)工況的井區。目前，大部(bu)分(fen)(fen)分(fen)(fen)級(ji)工作都是(shi)通過抓管機(ji)逐根(gen)挑(tiao)揀完成(cheng)的。由(you)于鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)分(fen)(fen)級(ji)類型復雜，人工分(fen)(fen)揀效率低下，已不能適(shi)應鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)檢測的生產速(su)度。為此，緊(jin)接(jie)檢測工藝，布(bu)置(zhi)一(yi)套鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在線分(fen)(fen)級(ji)系統(tong)，實現鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)的自動(dong)化分(fen)(fen)級(ji)管理是(shi)十分(fen)(fen)必(bi)要的。
二、控制(zhi)系統
檢(jian)測(ce)分級系統控(kong)制(zhi)(zhi)軟件(jian)結構如圖7-3所(suo)示(shi)，由用(yong)戶界(jie)面(mian)層、應(ying)用(yong)程(cheng)序層和(he)運(yun)動控(kong)制(zhi)(zhi)層構成(cheng)。用(yong)戶界(jie)面(mian)層程(cheng)序用(yong)于人機(ji)交互、控(kong)制(zhi)(zhi)檢(jian)測(ce)流程(cheng)、調整檢(jian)測(ce)工藝(yi)以(yi)及監(jian)測(ce)設(she)備運(yun)行情(qing)況；應(ying)用(yong)程(cheng)序層主(zhu)要(yao)應(ying)用(yong)于檢(jian)測(ce)信號(hao)處理、鉆桿分級評價、數據儲存與管理以(yi)及信號(hao)傳輸；運(yun)動控(kong)制(zhi)(zhi)層以(yi)可(ke)編程(cheng)序控(kong)制(zhi)(zhi)器為基礎，結合(he)具有(you)通信功能的(de)現(xian)場設(she)備實(shi)現(xian)整個系統內所(suo)有(you)設(she)備的(de)自動化控(kong)制(zhi)(zhi)。
檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)信號(hao)從采集卡(ka)傳(chuan)(chuan)送(song)到檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)客(ke)戶機時(shi)(shi)，由對應客(ke)戶機上的檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)軟件進行(xing)一系(xi)列信號(hao)處(chu)(chu)理并(bing)存儲(chu)處(chu)(chu)理結果，同時(shi)(shi)將(jiang)(jiang)(jiang)信號(hao)根據分級(ji)(ji)(ji)要求進行(xing)處(chu)(chu)理并(bing)將(jiang)(jiang)(jiang)結果通(tong)過局域網(wang)(wang)傳(chuan)(chuan)送(song)至(zhi)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)服務(wu)(wu)器(qi)進行(xing)綜合處(chu)(chu)理，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)服務(wu)(wu)器(qi)為每根鉆桿建(jian)立質量監(jian)測(ce)(ce)數據庫。然后，分級(ji)(ji)(ji)信息(xi)被打(da)包由以太網(wang)(wang)絡從檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)服務(wu)(wu)器(qi)傳(chuan)(chuan)送(song)至(zhi)分級(ji)(ji)(ji)服務(wu)(wu)器(qi)，而后組態軟件將(jiang)(jiang)(jiang)顯示(shi)分級(ji)(ji)(ji)信息(xi)并(bing)核(he)查(cha)，最(zui)后，通(tong)過MPI網(wang)(wang)絡將(jiang)(jiang)(jiang)分級(ji)(ji)(ji)信息(xi)傳(chuan)(chuan)送(song)至(zhi)可(ke)編程(cheng)序控(kong)(kong)(kong)制(zhi)器(qi)，由其中(zhong)的自動(dong)化(hua)程(cheng)序實現(xian)所有檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)分級(ji)(ji)(ji)設備的自動(dong)化(hua)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)。整個(ge)分級(ji)(ji)(ji)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)系(xi)統共(gong)有5個(ge)可(ke)編程(cheng)序控(kong)(kong)(kong)制(zhi)器(qi)，形(xing)成主從站的Profibus-DP網(wang)(wang)絡模(mo)式，最(zui)終形(xing)成一個(ge)高(gao)效的自動(dong)化(hua)集散控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統。圖7-4所示(shi)為組態控(kong)(kong)(kong)制(zhi)界(jie)面，可(ke)實時(shi)(shi)監(jian)控(kong)(kong)(kong)設備運行(xing)情況并(bing)實現(xian)生產調度。
三、現場應用
回收鉆桿(gan)自(zi)動化(hua)在線檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分(fen)級生產(chan)線，如圖7-5所示(shi)，它包(bao)含了鉆桿(gan)旋轉的自(zi)動化(hua)漏磁超(chao)聲復合無損檢(jian)(jian)測(ce)(ce)系(xi)統、基(ji)于激光測(ce)(ce)距測(ce)(ce)量(liang)(liang)原理的形位尺寸自(zi)動化(hua)測(ce)(ce)量(liang)(liang)系(xi)統以及鉆桿(gan)自(zi)動化(hua)分(fen)級裝備。控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統采(cai)用了基(ji)于局域網、以太網、MPI網絡(luo)和Profibus-DP現場總線的網絡(luo)化(hua)控(kong)(kong)制(zhi)方法，集成檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信號(hao)和分(fen)級信息，實(shi)現了對生產(chan)線的自(zi)動化(hua)集散(san)控(kong)(kong)制(zhi)。整(zheng)套回收鉆桿(gan)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分(fen)級生產(chan)線的設備運行穩定，維護方便，每日(ri)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)量(liang)(liang)為600根，可以降(jiang)低生產(chan)成本(ben)并(bing)保證鉆桿(gan)質(zhi)量(liang)(liang)。
