鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)是(shi)(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱的基(ji)本組成(cheng)部(bu)分，其主要作用是(shi)(shi)傳(chuan)遞轉矩和(he)輸送鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)液，鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)在服役的過程(cheng)中(zhong)(zhong)承受著拉(la)、壓、扭、彎曲(qu)等(deng)各種復(fu)雜的交(jiao)變應力(li)載荷(he)，同時鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)液、鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)泥漿中(zhong)(zhong)溶解(jie)的O2、CO2和(he)H2S等(deng)腐蝕介質及(ji)地層的氧化(hua)物等(deng)介質會(hui)嚴重腐蝕鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)，受應力(li)載荷(he)以及(ji)化(hua)學腐蝕后(hou)的鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)非常容(rong)易失(shi)效(xiao)(xiao)，進(jin)而(er)導致鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)事故發(fa)生。2004年(nian)9月，中(zhong)(zhong)國石油集團石油管工(gong)程(cheng)技(ji)術研究院主持召開了第二屆(jie)全(quan)國油井(jing)管會(hui)議，初步統計油田(tian)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具失(shi)效(xiao)(xiao)數量是(shi)(shi)每年(nian)1000例左(zuo)右，而(er)其中(zhong)(zhong)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)失(shi)效(xiao)(xiao)占據了鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具總(zong)失(shi)效(xiao)(xiao)事故的50％～60％。現(xian)場調(diao)查(cha)表明，國外(wai)14％以上的油氣井(jing)都發(fa)生過不同程(cheng)度的鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱井(jing)下斷裂事故。
鉆(zhan)(zhan)桿服(fu)(fu)役時(shi)處(chu)于井(jing)(jing)底(di)，而(er)井(jing)(jing)底(di)工況復雜，一般(ban)鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)深度都(dou)在幾千米(mi)以上，使(shi)得鉆(zhan)(zhan)桿在役檢(jian)(jian)(jian)測(ce)變得極(ji)其(qi)困(kun)難。而(er)鉆(zhan)(zhan)桿的(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)又非常重要(yao)，尤其(qi)對于已經服(fu)(fu)役一定(ding)時(shi)間的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)桿，其(qi)合理報廢對于鉆(zhan)(zhan)柱事(shi)故的(de)(de)預(yu)防具有極(ji)大的(de)(de)實際(ji)工程意義。鉆(zhan)(zhan)桿無(wu)損(sun)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)是鉆(zhan)(zhan)桿檢(jian)(jian)(jian)測(ce)實際(ji)有效的(de)(de)方法，及時(shi)對鉆(zhan)(zhan)桿缺(que)陷進行檢(jian)(jian)(jian)測(ce)，不僅(jin)能(neng)夠減(jian)少(shao)鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)事(shi)故，還能(neng)延長鉆(zhan)(zhan)桿使(shi)用(yong)壽(shou)命。此外，加(jia)強我(wo)(wo)國(guo)油(you)田(tian)在役鉆(zhan)(zhan)桿無(wu)損(sun)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)，還可(ke)以降低鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)風險，提高經濟效益(yi)，促進我(wo)(wo)國(guo)石油(you)戰略的(de)(de)長遠可(ke)持續發展。
鉆桿(gan)使(shi)用(yong)(yong)(yong)一(yi)段時間(jian)(jian)后，在(zai)桿(gan)體和接(jie)頭處(chu)極(ji)可能(neng)出現(xian)腐蝕、裂紋和穿孔等，這會(hui)導致嚴重的(de)安全(quan)事故并造成巨大的(de)經濟損(sun)失。因此，鉆桿(gan)在(zai)使(shi)用(yong)(yong)(yong)一(yi)段時間(jian)(jian)后必須(xu)進(jin)行質(zhi)量(liang)檢測與修(xiu)復才能(neng)繼(ji)續(xu)投入使(shi)用(yong)(yong)(yong)。傳統的(de)鉆桿(gan)質(zhi)量(liang)檢測和分級工藝普遍(bian)是采用(yong)(yong)(yong)手(shou)工方式完成的(de)。鉆桿(gan)從井場(chang)回收至檢測修(xiu)復中心，首先采用(yong)(yong)(yong)手(shou)動超聲儀對鉆桿(gan)桿(gan)體進(jin)行局(ju)部抽檢，然(ran)后利用(yong)(yong)(yong)千分尺(chi)和游標卡尺(chi)對鉆桿(gan)接(jie)頭形位尺(chi)寸(cun)進(jin)行取點測量(liang)，最后根(gen)據檢測數據和分級標準，利用(yong)(yong)(yong)抓管機對
鉆(zhan)桿逐根(gen)挑(tiao)揀分(fen)級。手(shou)工檢(jian)(jian)測分(fen)級效(xiao)率低，并且檢(jian)(jian)測結果易受(shou)人為因素(su)影(ying)響，已(yi)不適(shi)應回(hui)收(shou)鉆(zhan)桿的質量檢(jian)(jian)測要(yao)求。因此，建(jian)立自動化高效(xiao)檢(jian)(jian)測分(fen)級生產線，對鉆(zhan)桿的質量檢(jian)(jian)測和分(fen)級管理十分(fen)必要(yao)。
一、檢(jian)測分級工藝
根據鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)質量檢(jian)(jian)測(ce)(ce)、分(fen)級管理(li)與修復(fu)的相(xiang)關標準和現(xian)場(chang)要(yao)求，回(hui)收(shou)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分(fen)級工藝流程如圖7-1所示。舊鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)從(cong)井場(chang)回(hui)收(shou)至管子站(zhan)后，首先經(jing)過(guo)彎曲矯直(zhi)、清洗等檢(jian)(jian)測(ce)(ce)預處(chu)理(li)，然后依次經(jing)過(guo)材質分(fen)析、漏磁超(chao)聲(sheng)桿(gan)(gan)(gan)體復(fu)合(he)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)、接頭形位尺寸自(zi)動化(hua)測(ce)(ce)量、內壁復(fu)檢(jian)(jian)和加厚(hou)帶復(fu)檢(jian)(jian)等工藝過(guo)程，最(zui)后根據鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)質量狀況進行評價分(fen)級和修復(fu)處(chu)理(li)。
鉆桿(gan)(gan)不僅具有連(lian)接(jie)螺(luo)(luo)紋、密(mi)封臺面和加(jia)厚帶(dai)(dai)等(deng)復雜結構，而(er)且尺寸較大(da)（長度(du)約10m），這為(wei)實(shi)現自動化檢(jian)測分(fen)(fen)級帶(dai)(dai)來了困難。以鉆桿(gan)(gan)的(de)結構特點(dian)和檢(jian)測工藝要求為(wei)基礎，采用(yong)一種基于(yu)鉆桿(gan)(gan)螺(luo)(luo)旋(xuan)前進(jin)的(de)漏磁超聲復合桿(gan)(gan)體無損檢(jian)測方法和基于(yu)激光測量的(de)鉆桿(gan)(gan)接(jie)頭形位尺寸測量原理，來替代傳統的(de)手工方式。檢(jian)測分(fen)(fen)級系統布(bu)局(ju)如圖7-2所示。
整個系統由(you)漏磁桿體(ti)(ti)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)設(she)備(bei)、超聲桿體(ti)(ti)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)設(she)備(bei)、形(xing)位尺寸測(ce)量設(she)備(bei)、翻料裝(zhuang)備(bei)、V形(xing)輪(lun)直行(xing)傳(chuan)輸(shu)輥道、V形(xing)輪(lun)螺旋傳(chuan)輸(shu)輥道、待檢(jian)(jian)(jian)料架、復(fu)檢(jian)(jian)(jian)料架、成品料架等部分組(zu)成，并布置有大量物(wu)料傳(chuan)感器。
漏磁(ci)與(yu)超聲(sheng)復(fu)合檢(jian)(jian)測是目前應用最為廣(guang)泛的(de)(de)復(fu)合檢(jian)(jian)測方法。漏磁(ci)檢(jian)(jian)測方法對(dui)鉆桿內表(biao)面缺陷具有很(hen)好的(de)(de)適(shi)應性(xing)，而超聲(sheng)波(bo)對(dui)內部缺陷具有更強的(de)(de)探測能力。
鉆(zhan)桿(gan)接(jie)(jie)頭(tou)承(cheng)擔著鉆(zhan)桿(gan)之間傳遞轉矩與密封鉆(zhan)井液的(de)(de)作用，是(shi)鉆(zhan)桿(gan)最為重(zhong)要的(de)(de)部位(wei)。因此(ci)，鉆(zhan)桿(gan)接(jie)(jie)頭(tou)形位(wei)尺(chi)寸檢測(ce)(ce)(ce)是(shi)回收鉆(zhan)桿(gan)重(zhong)復(fu)利用必不(bu)可(ke)少的(de)(de)工序。但(dan)由(you)于(yu)(yu)鉆(zhan)桿(gan)接(jie)(jie)頭(tou)結構復(fu)雜，目前鉆(zhan)桿(gan)接(jie)(jie)頭(tou)基(ji)本都是(shi)采用人(ren)工采樣方(fang)式(shi)進行(xing)測(ce)(ce)(ce)量(liang)，其(qi)測(ce)(ce)(ce)量(liang)結果(guo)受人(ren)為因素影響大，并(bing)且生產率低。基(ji)于(yu)(yu)激光測(ce)(ce)(ce)距測(ce)(ce)(ce)量(liang)原理的(de)(de)自動(dong)化形位(wei)尺(chi)寸全息測(ce)(ce)(ce)量(liang)系統，具(ju)有良好的(de)(de)檢測(ce)(ce)(ce)精度、靈敏(min)度和重(zhong)復(fu)性(xing)，并(bing)且檢測(ce)(ce)(ce)過程自動(dong)化，極大地提高了生產率。
鉆桿(gan)下(xia)井(jing)前必須(xu)進行(xing)鉆桿(gan)質量(liang)評(ping)價和分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)管(guan)理，之后根(gen)據鉆桿(gan)質量(liang)級(ji)(ji)(ji)別分(fen)(fen)送不同開采工(gong)(gong)況的井(jing)區。目前，大部分(fen)(fen)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)工(gong)(gong)作都(dou)是通過抓管(guan)機逐根(gen)挑(tiao)揀(jian)完(wan)成的。由于鉆桿(gan)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)類型復雜，人(ren)工(gong)(gong)分(fen)(fen)揀(jian)效率低下(xia)，已不能(neng)適應鉆桿(gan)檢測(ce)的生產速度。為此，緊接(jie)檢測(ce)工(gong)(gong)藝(yi)，布置一(yi)套鉆桿(gan)在線分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)系統，實現鉆桿(gan)的自動化分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)管(guan)理是十分(fen)(fen)必要的。
二(er)、控制系統
檢測分級(ji)系統控(kong)(kong)制(zhi)軟件結構如圖7-3所示，由用(yong)(yong)戶界面層(ceng)、應(ying)(ying)用(yong)(yong)程序(xu)層(ceng)和運(yun)動控(kong)(kong)制(zhi)層(ceng)構成。用(yong)(yong)戶界面層(ceng)程序(xu)用(yong)(yong)于人機交互、控(kong)(kong)制(zhi)檢測流(liu)程、調(diao)整檢測工藝以及(ji)監測設(she)備(bei)運(yun)行(xing)情(qing)況(kuang)；應(ying)(ying)用(yong)(yong)程序(xu)層(ceng)主要應(ying)(ying)用(yong)(yong)于檢測信號(hao)處理(li)(li)、鉆桿分級(ji)評價(jia)、數據儲(chu)存與管理(li)(li)以及(ji)信號(hao)傳輸；運(yun)動控(kong)(kong)制(zhi)層(ceng)以可編(bian)程序(xu)控(kong)(kong)制(zhi)器為基礎，結合具(ju)有通信功能的現場(chang)設(she)備(bei)實現整個(ge)系統內所有設(she)備(bei)的自動化控(kong)(kong)制(zhi)。
檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信號(hao)從(cong)采集(ji)卡傳送(song)到(dao)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)客(ke)戶機時(shi)(shi)，由對應客(ke)戶機上的(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)軟(ruan)件進(jin)(jin)行(xing)(xing)一系列信號(hao)處理并存儲處理結果，同時(shi)(shi)將(jiang)(jiang)信號(hao)根據(ju)分(fen)(fen)級(ji)(ji)要求進(jin)(jin)行(xing)(xing)處理并將(jiang)(jiang)結果通(tong)過局域網傳送(song)至(zhi)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)服(fu)(fu)務器(qi)進(jin)(jin)行(xing)(xing)綜合(he)處理，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)服(fu)(fu)務器(qi)為每根鉆桿建立質量監測(ce)(ce)(ce)數(shu)據(ju)庫。然后，分(fen)(fen)級(ji)(ji)信息(xi)(xi)被(bei)打(da)包(bao)由以太網絡從(cong)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)服(fu)(fu)務器(qi)傳送(song)至(zhi)分(fen)(fen)級(ji)(ji)服(fu)(fu)務器(qi)，而后組(zu)態(tai)軟(ruan)件將(jiang)(jiang)顯示分(fen)(fen)級(ji)(ji)信息(xi)(xi)并核查，最后，通(tong)過MPI網絡將(jiang)(jiang)分(fen)(fen)級(ji)(ji)信息(xi)(xi)傳送(song)至(zhi)可編程序控制(zhi)器(qi)，由其(qi)中(zhong)的(de)自(zi)動(dong)化程序實(shi)現(xian)所(suo)有檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)分(fen)(fen)級(ji)(ji)設(she)備(bei)的(de)自(zi)動(dong)化控制(zhi)。整個分(fen)(fen)級(ji)(ji)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)系統共(gong)有5個可編程序控制(zhi)器(qi)，形成主從(cong)站的(de)Profibus-DP網絡模式，最終(zhong)形成一個高效的(de)自(zi)動(dong)化集(ji)散控制(zhi)系統。圖7-4所(suo)示為組(zu)態(tai)控制(zhi)界(jie)面，可實(shi)時(shi)(shi)監控設(she)備(bei)運行(xing)(xing)情況(kuang)并實(shi)現(xian)生產調度。
三、現場(chang)應用(yong)
回收(shou)鉆桿自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)在線(xian)(xian)檢(jian)測(ce)(ce)分(fen)級(ji)生產線(xian)(xian)，如圖(tu)7-5所示(shi)，它包含了(le)鉆桿旋轉的(de)自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)漏磁超聲(sheng)復合無損檢(jian)測(ce)(ce)系統、基(ji)于激光測(ce)(ce)距測(ce)(ce)量(liang)(liang)原理(li)的(de)形位(wei)尺寸自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)測(ce)(ce)量(liang)(liang)系統以(yi)及鉆桿自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)分(fen)級(ji)裝備。控(kong)制(zhi)(zhi)系統采用了(le)基(ji)于局域網、以(yi)太網、MPI網絡和Profibus-DP現場總線(xian)(xian)的(de)網絡化(hua)(hua)控(kong)制(zhi)(zhi)方法，集(ji)成(cheng)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)和分(fen)級(ji)信(xin)息，實現了(le)對生產線(xian)(xian)的(de)自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)集(ji)散控(kong)制(zhi)(zhi)。整(zheng)套回收(shou)鉆桿檢(jian)測(ce)(ce)分(fen)級(ji)生產線(xian)(xian)的(de)設備運行穩定(ding)，維護方便(bian)，每日檢(jian)測(ce)(ce)量(liang)(liang)為600根，可以(yi)降低生產成(cheng)本(ben)并(bing)保證鉆桿質量(liang)(liang)。
