鉆(zhan)桿(gan)是鉆(zhan)柱的(de)(de)(de)(de)(de)基本組成(cheng)部分，其主要作(zuo)用是傳遞轉矩和(he)輸送鉆(zhan)井(jing)液，鉆(zhan)桿(gan)在服役的(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中(zhong)承受著(zhu)拉(la)、壓、扭(niu)、彎(wan)曲(qu)等各種復雜的(de)(de)(de)(de)(de)交變(bian)應力載荷，同(tong)時鉆(zhan)井(jing)液、鉆(zhan)井(jing)泥漿中(zhong)溶解的(de)(de)(de)(de)(de)O2、CO2和(he)H2S等腐(fu)蝕(shi)介(jie)質及(ji)地層的(de)(de)(de)(de)(de)氧化物等介(jie)質會嚴(yan)重腐(fu)蝕(shi)鉆(zhan)桿(gan)，受應力載荷以(yi)及(ji)化學腐(fu)蝕(shi)后的(de)(de)(de)(de)(de)鉆(zhan)桿(gan)非常容易失(shi)效，進而導致(zhi)鉆(zhan)井(jing)事故(gu)發生。2004年9月，中(zhong)國(guo)石油集團(tuan)石油管工(gong)程(cheng)技術研究院主持(chi)召開了第二屆(jie)全國(guo)油井(jing)管會議，初(chu)步統(tong)計油田鉆(zhan)具(ju)(ju)失(shi)效數量是每年1000例左右，而其中(zhong)鉆(zhan)桿(gan)失(shi)效占據了鉆(zhan)具(ju)(ju)總失(shi)效事故(gu)的(de)(de)(de)(de)(de)50％～60％。現場(chang)調查(cha)表(biao)明(ming)，國(guo)外14％以(yi)上的(de)(de)(de)(de)(de)油氣井(jing)都(dou)發生過不(bu)同(tong)程(cheng)度的(de)(de)(de)(de)(de)鉆(zhan)柱井(jing)下斷裂事故(gu)。
鉆桿服(fu)役時處(chu)于井(jing)底，而井(jing)底工況復雜，一般(ban)鉆井(jing)深度都在幾千米(mi)以上(shang)，使(shi)得(de)鉆桿在役檢測(ce)(ce)變得(de)極其困難。而鉆桿的(de)檢測(ce)(ce)又非常重要，尤(you)其對于已經服(fu)役一定時間的(de)鉆桿，其合(he)理報廢(fei)對于鉆柱事(shi)故(gu)的(de)預防具有極大(da)的(de)實際工程意義。鉆桿無(wu)損(sun)檢測(ce)(ce)是鉆桿檢測(ce)(ce)實際有效的(de)方法，及時對鉆桿缺陷進行檢測(ce)(ce)，不僅能(neng)夠減(jian)少鉆井(jing)事(shi)故(gu)，還能(neng)延長鉆桿使(shi)用壽命。此外，加強(qiang)我(wo)國油(you)(you)田在役鉆桿無(wu)損(sun)檢測(ce)(ce)，還可以降低鉆井(jing)風險，提高經濟(ji)效益，促進我(wo)國石油(you)(you)戰略的(de)長遠可持續發展。
鉆桿(gan)使用(yong)(yong)一段(duan)時(shi)間(jian)后，在桿(gan)體(ti)和(he)接(jie)頭處極可(ke)能(neng)出現(xian)腐蝕、裂(lie)紋和(he)穿(chuan)孔等，這會導(dao)致嚴重(zhong)的安全事故并造成巨大的經濟(ji)損失。因此，鉆桿(gan)在使用(yong)(yong)一段(duan)時(shi)間(jian)后必須進(jin)行質(zhi)量(liang)(liang)檢(jian)(jian)測(ce)與修復才能(neng)繼續投入使用(yong)(yong)。傳(chuan)統的鉆桿(gan)質(zhi)量(liang)(liang)檢(jian)(jian)測(ce)和(he)分(fen)級(ji)工藝普遍(bian)是采用(yong)(yong)手(shou)工方(fang)式完成的。鉆桿(gan)從井場回(hui)收至檢(jian)(jian)測(ce)修復中心，首先采用(yong)(yong)手(shou)動超聲儀對鉆桿(gan)桿(gan)體(ti)進(jin)行局部(bu)抽檢(jian)(jian)，然后利(li)用(yong)(yong)千分(fen)尺和(he)游標卡(ka)尺對鉆桿(gan)接(jie)頭形位尺寸進(jin)行取點測(ce)量(liang)(liang)，最后根(gen)據(ju)檢(jian)(jian)測(ce)數據(ju)和(he)分(fen)級(ji)標準，利(li)用(yong)(yong)抓管(guan)機對
鉆(zhan)桿逐(zhu)根挑揀分級(ji)。手工檢(jian)(jian)測分級(ji)效(xiao)率低，并且檢(jian)(jian)測結(jie)果(guo)易受人為因素影響(xiang)，已不適應(ying)回收鉆(zhan)桿的質量(liang)檢(jian)(jian)測要求。因此(ci)，建立自動化(hua)高效(xiao)檢(jian)(jian)測分級(ji)生產線，對(dui)鉆(zhan)桿的質量(liang)檢(jian)(jian)測和分級(ji)管理十分必要。
一、檢測分級(ji)工藝(yi)
根據(ju)鉆(zhan)桿(gan)(gan)質量(liang)檢測(ce)、分(fen)(fen)級管理(li)與(yu)修復(fu)(fu)的相關標準和現場(chang)要求(qiu)，回(hui)收(shou)鉆(zhan)桿(gan)(gan)檢測(ce)分(fen)(fen)級工(gong)藝流(liu)程如圖7-1所示。舊鉆(zhan)桿(gan)(gan)從井場(chang)回(hui)收(shou)至管子(zi)站后(hou)，首先(xian)經(jing)(jing)過(guo)彎曲矯直、清洗(xi)等檢測(ce)預處理(li)，然后(hou)依次經(jing)(jing)過(guo)材質分(fen)(fen)析、漏磁超聲桿(gan)(gan)體復(fu)(fu)合檢測(ce)、接(jie)頭形位尺寸(cun)自動(dong)化(hua)測(ce)量(liang)、內壁復(fu)(fu)檢和加厚帶復(fu)(fu)檢等工(gong)藝過(guo)程，最后(hou)根據(ju)鉆(zhan)桿(gan)(gan)質量(liang)狀況(kuang)進行評價分(fen)(fen)級和修復(fu)(fu)處理(li)。
鉆桿不僅(jin)具有連接螺紋、密封臺面和加厚帶等復雜結構，而且尺寸(cun)較大（長度約(yue)10m），這為實現自動化檢測(ce)分(fen)級(ji)帶來(lai)了困難。以鉆桿的結構特(te)點和檢測(ce)工藝要求為基(ji)(ji)礎，采用一種基(ji)(ji)于鉆桿螺旋前(qian)進的漏磁超聲復合桿體無損檢測(ce)方法和基(ji)(ji)于激光測(ce)量的鉆桿接頭形位尺寸(cun)測(ce)量原理，來(lai)替代傳(chuan)統的手工方式。檢測(ce)分(fen)級(ji)系統布局如圖7-2所示(shi)。
整個系(xi)統(tong)由漏(lou)磁桿體(ti)檢(jian)(jian)測(ce)設備(bei)、超(chao)聲(sheng)桿體(ti)檢(jian)(jian)測(ce)設備(bei)、形(xing)位尺寸測(ce)量(liang)設備(bei)、翻(fan)料(liao)裝備(bei)、V形(xing)輪直行傳輸輥道、V形(xing)輪螺旋傳輸輥道、待檢(jian)(jian)料(liao)架(jia)、復檢(jian)(jian)料(liao)架(jia)、成品料(liao)架(jia)等部分(fen)組(zu)成，并布置有大量(liang)物料(liao)傳感器。
漏(lou)磁(ci)與超聲復合檢(jian)測是目(mu)前應用最為廣泛的(de)復合檢(jian)測方法。漏(lou)磁(ci)檢(jian)測方法對(dui)鉆桿內表面缺陷具有很好(hao)的(de)適應性，而超聲波對(dui)內部缺陷具有更強的(de)探測能(neng)力。
鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)承擔著(zhu)鉆(zhan)桿(gan)(gan)之間傳遞(di)轉矩與(yu)密封(feng)鉆(zhan)井液的(de)作用(yong)，是(shi)鉆(zhan)桿(gan)(gan)最為重(zhong)要的(de)部位(wei)。因此，鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)形位(wei)尺(chi)寸檢(jian)測(ce)(ce)(ce)是(shi)回收鉆(zhan)桿(gan)(gan)重(zhong)復利(li)用(yong)必(bi)不可少的(de)工序。但由于鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)結構復雜，目前(qian)鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)基(ji)本都是(shi)采(cai)用(yong)人(ren)(ren)工采(cai)樣方式進行測(ce)(ce)(ce)量(liang)，其測(ce)(ce)(ce)量(liang)結果受(shou)人(ren)(ren)為因素影響大，并且(qie)生(sheng)產(chan)(chan)率低。基(ji)于激光測(ce)(ce)(ce)距測(ce)(ce)(ce)量(liang)原理(li)的(de)自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)形位(wei)尺(chi)寸全息測(ce)(ce)(ce)量(liang)系統，具有良好的(de)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)精度、靈敏度和重(zhong)復性，并且(qie)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)過程自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)，極大地提(ti)高了(le)生(sheng)產(chan)(chan)率。
鉆(zhan)(zhan)桿下井前(qian)(qian)必(bi)須(xu)進行(xing)鉆(zhan)(zhan)桿質量(liang)評價和(he)分級管(guan)理，之后根據鉆(zhan)(zhan)桿質量(liang)級別(bie)分送不同(tong)開采(cai)工(gong)況(kuang)的(de)(de)井區。目前(qian)(qian)，大部分分級工(gong)作(zuo)都是通過抓管(guan)機(ji)逐(zhu)根挑揀(jian)完(wan)成的(de)(de)。由(you)于鉆(zhan)(zhan)桿分級類型復雜(za)，人工(gong)分揀(jian)效率(lv)低下，已(yi)不能適應(ying)鉆(zhan)(zhan)桿檢測的(de)(de)生產速度。為此，緊接檢測工(gong)藝(yi)，布(bu)置一套鉆(zhan)(zhan)桿在線分級系統，實現鉆(zhan)(zhan)桿的(de)(de)自動化分級管(guan)理是十分必(bi)要的(de)(de)。
二、控(kong)制系(xi)統
檢測分級系統(tong)控制(zhi)(zhi)(zhi)軟件結構如圖7-3所(suo)示，由(you)用戶界面(mian)層(ceng)、應用程(cheng)(cheng)序(xu)層(ceng)和(he)運(yun)動(dong)控制(zhi)(zhi)(zhi)層(ceng)構成。用戶界面(mian)層(ceng)程(cheng)(cheng)序(xu)用于人機交互、控制(zhi)(zhi)(zhi)檢測流程(cheng)(cheng)、調(diao)整檢測工藝以及監測設(she)(she)備運(yun)行情況；應用程(cheng)(cheng)序(xu)層(ceng)主(zhu)要應用于檢測信號(hao)處理、鉆桿(gan)分級評價、數據儲存與管理以及信號(hao)傳(chuan)輸(shu)；運(yun)動(dong)控制(zhi)(zhi)(zhi)層(ceng)以可編程(cheng)(cheng)序(xu)控制(zhi)(zhi)(zhi)器為基礎，結合具(ju)有通信功能的(de)現場設(she)(she)備實現整個系統(tong)內所(suo)有設(she)(she)備的(de)自動(dong)化控制(zhi)(zhi)(zhi)。
檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)從采集(ji)(ji)卡傳(chuan)送(song)到(dao)檢測(ce)(ce)客戶機時(shi)，由對(dui)應客戶機上的(de)檢測(ce)(ce)軟(ruan)件進(jin)行一(yi)系列(lie)信(xin)(xin)(xin)號(hao)處(chu)(chu)理(li)并存儲處(chu)(chu)理(li)結果，同時(shi)將(jiang)信(xin)(xin)(xin)號(hao)根據分(fen)級(ji)(ji)要求(qiu)進(jin)行處(chu)(chu)理(li)并將(jiang)結果通(tong)(tong)過局域網傳(chuan)送(song)至(zhi)檢測(ce)(ce)服(fu)務(wu)器(qi)(qi)進(jin)行綜合處(chu)(chu)理(li)，檢測(ce)(ce)服(fu)務(wu)器(qi)(qi)為(wei)每根鉆桿(gan)建立(li)質量監測(ce)(ce)數據庫(ku)。然后，分(fen)級(ji)(ji)信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)被打(da)包由以太網絡從檢測(ce)(ce)服(fu)務(wu)器(qi)(qi)傳(chuan)送(song)至(zhi)分(fen)級(ji)(ji)服(fu)務(wu)器(qi)(qi)，而后組態軟(ruan)件將(jiang)顯示(shi)分(fen)級(ji)(ji)信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)并核(he)查(cha)，最(zui)后，通(tong)(tong)過MPI網絡將(jiang)分(fen)級(ji)(ji)信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)傳(chuan)送(song)至(zhi)可編程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)，由其中(zhong)的(de)自動(dong)(dong)化(hua)(hua)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)實(shi)現所(suo)有檢測(ce)(ce)分(fen)級(ji)(ji)設備的(de)自動(dong)(dong)化(hua)(hua)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)。整個分(fen)級(ji)(ji)檢測(ce)(ce)系統(tong)共有5個可編程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)，形(xing)成主從站的(de)Profibus-DP網絡模式，最(zui)終形(xing)成一(yi)個高效的(de)自動(dong)(dong)化(hua)(hua)集(ji)(ji)散控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)。圖7-4所(suo)示(shi)為(wei)組態控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)界面，可實(shi)時(shi)監控(kong)設備運行情況(kuang)并實(shi)現生產(chan)調度。
三、現場應用
回收(shou)鉆(zhan)桿自(zi)動化(hua)在線(xian)檢(jian)測(ce)分級生(sheng)產(chan)線(xian)，如(ru)圖7-5所示，它包(bao)含了鉆(zhan)桿旋(xuan)轉的(de)(de)自(zi)動化(hua)漏(lou)磁超聲復合無(wu)損檢(jian)測(ce)系(xi)(xi)統、基于(yu)激(ji)光測(ce)距測(ce)量原(yuan)理的(de)(de)形位尺寸自(zi)動化(hua)測(ce)量系(xi)(xi)統以及鉆(zhan)桿自(zi)動化(hua)分級裝備。控制(zhi)系(xi)(xi)統采用(yong)了基于(yu)局域網(wang)、以太網(wang)、MPI網(wang)絡(luo)和Profibus-DP現(xian)場總線(xian)的(de)(de)網(wang)絡(luo)化(hua)控制(zhi)方法(fa)，集成檢(jian)測(ce)信號和分級信息，實現(xian)了對生(sheng)產(chan)線(xian)的(de)(de)自(zi)動化(hua)集散控制(zhi)。整套回收(shou)鉆(zhan)桿檢(jian)測(ce)分級生(sheng)產(chan)線(xian)的(de)(de)設備運行穩定，維護方便，每日(ri)檢(jian)測(ce)量為(wei)600根，可以降低生(sheng)產(chan)成本并保證(zheng)鉆(zhan)桿質量。
