鉆(zhan)桿(gan)是鉆(zhan)柱(zhu)的基本(ben)組成部分，其主要作用是傳遞轉矩(ju)和輸送(song)鉆(zhan)井液(ye)(ye)，鉆(zhan)桿(gan)在服役的過程中承受(shou)著拉(la)、壓(ya)、扭、彎曲(qu)等(deng)各種(zhong)復雜的交變應力(li)載荷，同時鉆(zhan)井液(ye)(ye)、鉆(zhan)井泥漿中溶解的O2、CO2和H2S等(deng)腐蝕(shi)(shi)介質(zhi)及地層的氧化物等(deng)介質(zhi)會嚴重腐蝕(shi)(shi)鉆(zhan)桿(gan)，受(shou)應力(li)載荷以及化學腐蝕(shi)(shi)后的鉆(zhan)桿(gan)非常容(rong)易失(shi)效(xiao)(xiao)，進而導致(zhi)鉆(zhan)井事(shi)故發生。2004年9月，中國(guo)石(shi)油(you)集團石(shi)油(you)管工程技(ji)術研究院(yuan)主持召開了第二(er)屆全國(guo)油(you)井管會議，初步統計油(you)田鉆(zhan)具失(shi)效(xiao)(xiao)數量是每(mei)年1000例左(zuo)右，而其中鉆(zhan)桿(gan)失(shi)效(xiao)(xiao)占據了鉆(zhan)具總失(shi)效(xiao)(xiao)事(shi)故的50％～60％。現場調查表(biao)明(ming)，國(guo)外14％以上的油(you)氣井都發生過不同程度的鉆(zhan)柱(zhu)井下(xia)斷裂事(shi)故。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)服役時處于井底，而井底工況復雜，一(yi)般鉆(zhan)(zhan)井深度都在(zai)(zai)幾千(qian)米以上，使得鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)在(zai)(zai)役檢(jian)(jian)測(ce)變得極(ji)其(qi)困難(nan)。而鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)又(you)非常(chang)重要，尤其(qi)對于已經服役一(yi)定時間(jian)的(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)，其(qi)合理(li)報廢對于鉆(zhan)(zhan)柱事故的(de)(de)(de)預防具(ju)有極(ji)大的(de)(de)(de)實(shi)際(ji)工程意義。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)無(wu)損檢(jian)(jian)測(ce)是鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)檢(jian)(jian)測(ce)實(shi)際(ji)有效的(de)(de)(de)方法，及時對鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)缺(que)陷(xian)進行(xing)檢(jian)(jian)測(ce)，不(bu)僅能(neng)夠減少鉆(zhan)(zhan)井事故，還能(neng)延長鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)使用(yong)壽命(ming)。此外，加強我(wo)國油田(tian)在(zai)(zai)役鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)無(wu)損檢(jian)(jian)測(ce)，還可以降低鉆(zhan)(zhan)井風(feng)險，提高經濟效益，促進我(wo)國石油戰略(lve)的(de)(de)(de)長遠(yuan)可持續發展。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)使(shi)用(yong)(yong)一段(duan)(duan)時間后，在桿(gan)(gan)體和(he)接頭處極可能出(chu)現腐蝕、裂紋和(he)穿孔等，這會(hui)導致嚴重的(de)(de)安全(quan)事故并造成巨大的(de)(de)經濟損失。因(yin)此，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在使(shi)用(yong)(yong)一段(duan)(duan)時間后必須進(jin)行質量檢(jian)測(ce)與修(xiu)復才(cai)能繼續投入使(shi)用(yong)(yong)。傳統的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質量檢(jian)測(ce)和(he)分(fen)級工藝(yi)普遍是采用(yong)(yong)手工方式完成的(de)(de)。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)從井場回收至(zhi)檢(jian)測(ce)修(xiu)復中(zhong)心，首先采用(yong)(yong)手動超聲儀對鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)桿(gan)(gan)體進(jin)行局部(bu)抽檢(jian)，然后利用(yong)(yong)千分(fen)尺和(he)游(you)標卡(ka)尺對鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭形位(wei)尺寸進(jin)行取點測(ce)量，最后根據(ju)檢(jian)測(ce)數據(ju)和(he)分(fen)級標準(zhun)，利用(yong)(yong)抓管機對
鉆桿逐根挑揀分(fen)級(ji)(ji)。手工檢(jian)測(ce)分(fen)級(ji)(ji)效率低(di)，并且檢(jian)測(ce)結(jie)果易受人為因(yin)素影響，已不適應(ying)回收鉆桿的(de)質量(liang)檢(jian)測(ce)要求。因(yin)此，建立自動(dong)化(hua)高效檢(jian)測(ce)分(fen)級(ji)(ji)生產線，對鉆桿的(de)質量(liang)檢(jian)測(ce)和分(fen)級(ji)(ji)管理十分(fen)必要。
一、檢測分級工藝(yi)
根據鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)質(zhi)量(liang)檢(jian)(jian)測、分(fen)級(ji)管理(li)與修(xiu)復(fu)(fu)的相(xiang)關(guan)標準和(he)現場(chang)要求(qiu)，回(hui)收鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)檢(jian)(jian)測分(fen)級(ji)工藝流程(cheng)如(ru)圖7-1所(suo)示。舊(jiu)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)從井場(chang)回(hui)收至(zhi)管子站后，首(shou)先(xian)經過(guo)彎(wan)曲矯(jiao)直(zhi)、清洗(xi)等檢(jian)(jian)測預處(chu)理(li)，然后依次經過(guo)材質(zhi)分(fen)析(xi)、漏磁(ci)超(chao)聲(sheng)桿(gan)體復(fu)(fu)合檢(jian)(jian)測、接頭形(xing)位尺(chi)寸自動化(hua)測量(liang)、內壁復(fu)(fu)檢(jian)(jian)和(he)加厚帶復(fu)(fu)檢(jian)(jian)等工藝過(guo)程(cheng)，最(zui)后根據鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)質(zhi)量(liang)狀況進行(xing)評價分(fen)級(ji)和(he)修(xiu)復(fu)(fu)處(chu)理(li)。
鉆桿(gan)不(bu)僅具有(you)連(lian)接螺紋、密(mi)封臺面和加厚(hou)帶等(deng)復雜結構，而且尺(chi)寸較大（長度約10m），這為實(shi)現(xian)自動化檢(jian)測分(fen)級(ji)帶來了困難。以鉆桿(gan)的(de)(de)結構特點和檢(jian)測工藝要求為基(ji)礎，采(cai)用(yong)一(yi)種基(ji)于鉆桿(gan)螺旋前進的(de)(de)漏(lou)磁超聲復合桿(gan)體無損檢(jian)測方法和基(ji)于激光測量(liang)的(de)(de)鉆桿(gan)接頭形位尺(chi)寸測量(liang)原理(li)，來替代傳統的(de)(de)手工方式。檢(jian)測分(fen)級(ji)系統布局如圖7-2所(suo)示。
整個系(xi)統由漏磁桿(gan)體(ti)檢(jian)測(ce)設(she)備(bei)、超聲桿(gan)體(ti)檢(jian)測(ce)設(she)備(bei)、形(xing)(xing)位尺寸測(ce)量設(she)備(bei)、翻(fan)料裝備(bei)、V形(xing)(xing)輪(lun)直行傳(chuan)輸輥(gun)道(dao)、V形(xing)(xing)輪(lun)螺旋傳(chuan)輸輥(gun)道(dao)、待(dai)檢(jian)料架(jia)、復檢(jian)料架(jia)、成品料架(jia)等部分組(zu)成，并(bing)布置有大量物料傳(chuan)感器。
漏(lou)磁與超聲復(fu)合檢(jian)測(ce)是目(mu)前(qian)應用最為廣泛的復(fu)合檢(jian)測(ce)方(fang)法。漏(lou)磁檢(jian)測(ce)方(fang)法對鉆桿(gan)內(nei)表面(mian)缺陷(xian)具有(you)很(hen)好的適應性，而超聲波對內(nei)部缺陷(xian)具有(you)更強的探(tan)測(ce)能力(li)。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)接頭承(cheng)擔著(zhu)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)之間傳遞轉(zhuan)矩與(yu)密封鉆(zhan)(zhan)井液的(de)(de)作用，是鉆(zhan)(zhan)桿(gan)最(zui)為重(zhong)要(yao)的(de)(de)部(bu)位。因(yin)此(ci)，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)接頭形位尺寸檢測(ce)是回收鉆(zhan)(zhan)桿(gan)重(zhong)復(fu)利(li)用必不可少(shao)的(de)(de)工(gong)序。但由于鉆(zhan)(zhan)桿(gan)接頭結構復(fu)雜，目前鉆(zhan)(zhan)桿(gan)接頭基本都是采(cai)用人(ren)工(gong)采(cai)樣方式進行測(ce)量，其測(ce)量結果受人(ren)為因(yin)素影(ying)響大(da)，并(bing)(bing)且(qie)生(sheng)產率(lv)低(di)。基于激光測(ce)距測(ce)量原理的(de)(de)自動化(hua)形位尺寸全息測(ce)量系(xi)統，具(ju)有良好(hao)的(de)(de)檢測(ce)精度(du)、靈敏度(du)和(he)重(zhong)復(fu)性，并(bing)(bing)且(qie)檢測(ce)過程(cheng)自動化(hua)，極大(da)地提(ti)高了生(sheng)產率(lv)。
鉆桿(gan)下井(jing)前必(bi)須進行鉆桿(gan)質量(liang)評價和分(fen)級(ji)管(guan)(guan)理(li)，之(zhi)后根據鉆桿(gan)質量(liang)級(ji)別分(fen)送不同開采(cai)工(gong)況(kuang)的井(jing)區。目(mu)前，大部分(fen)分(fen)級(ji)工(gong)作(zuo)都是通過抓管(guan)(guan)機逐(zhu)根挑揀完(wan)成(cheng)的。由(you)于鉆桿(gan)分(fen)級(ji)類型(xing)復雜，人(ren)工(gong)分(fen)揀效率低下，已不能適應鉆桿(gan)檢測的生產速度。為(wei)此，緊接檢測工(gong)藝，布置一套鉆桿(gan)在線分(fen)級(ji)系統，實現鉆桿(gan)的自動化分(fen)級(ji)管(guan)(guan)理(li)是十分(fen)必(bi)要的。
二、控(kong)制系統
檢測(ce)分級(ji)系統控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)軟(ruan)件結(jie)(jie)構(gou)如圖(tu)7-3所(suo)示，由用(yong)戶界面層(ceng)、應用(yong)程(cheng)序(xu)層(ceng)和運動(dong)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)層(ceng)構(gou)成(cheng)。用(yong)戶界面層(ceng)程(cheng)序(xu)用(yong)于人機交互、控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)檢測(ce)流(liu)程(cheng)、調整(zheng)檢測(ce)工(gong)藝以及(ji)監測(ce)設備運行情(qing)況；應用(yong)程(cheng)序(xu)層(ceng)主要應用(yong)于檢測(ce)信(xin)號處理、鉆(zhan)桿分級(ji)評價(jia)、數據儲存與管理以及(ji)信(xin)號傳輸；運動(dong)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)層(ceng)以可編程(cheng)序(xu)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器為基礎，結(jie)(jie)合具有通信(xin)功能的現場設備實現整(zheng)個系統內所(suo)有設備的自動(dong)化控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)。
檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號從采集卡傳送(song)(song)到檢(jian)(jian)測(ce)(ce)客戶機(ji)時，由(you)對應客戶機(ji)上(shang)的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)軟(ruan)件進(jin)(jin)行(xing)一系(xi)(xi)列信(xin)(xin)(xin)號處(chu)理(li)并(bing)存(cun)儲處(chu)理(li)結果，同時將(jiang)信(xin)(xin)(xin)號根據分(fen)級(ji)要(yao)求進(jin)(jin)行(xing)處(chu)理(li)并(bing)將(jiang)結果通(tong)過(guo)局域網(wang)傳送(song)(song)至(zhi)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)服務器進(jin)(jin)行(xing)綜合處(chu)理(li)，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)服務器為每根鉆桿建(jian)立質量監(jian)測(ce)(ce)數據庫。然(ran)后，分(fen)級(ji)信(xin)(xin)(xin)息(xi)被打包由(you)以(yi)太網(wang)絡(luo)從檢(jian)(jian)測(ce)(ce)服務器傳送(song)(song)至(zhi)分(fen)級(ji)服務器，而后組態軟(ruan)件將(jiang)顯示(shi)分(fen)級(ji)信(xin)(xin)(xin)息(xi)并(bing)核查，最后，通(tong)過(guo)MPI網(wang)絡(luo)將(jiang)分(fen)級(ji)信(xin)(xin)(xin)息(xi)傳送(song)(song)至(zhi)可(ke)編程序(xu)(xu)(xu)控(kong)制(zhi)器，由(you)其中的(de)(de)自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)程序(xu)(xu)(xu)實現(xian)所(suo)有(you)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分(fen)級(ji)設備的(de)(de)自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)控(kong)制(zhi)。整個分(fen)級(ji)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)系(xi)(xi)統共有(you)5個可(ke)編程序(xu)(xu)(xu)控(kong)制(zhi)器，形成主從站(zhan)的(de)(de)Profibus-DP網(wang)絡(luo)模式，最終形成一個高效的(de)(de)自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)集散(san)控(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統。圖7-4所(suo)示(shi)為組態控(kong)制(zhi)界面(mian)，可(ke)實時監(jian)控(kong)設備運行(xing)情(qing)況并(bing)實現(xian)生(sheng)產(chan)調(diao)度。
三、現場應用
回收(shou)鉆桿自動(dong)化(hua)在線(xian)檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)級(ji)(ji)(ji)生產(chan)(chan)線(xian)，如(ru)圖7-5所示，它包含了鉆桿旋轉的(de)自動(dong)化(hua)漏磁超聲復(fu)合無(wu)損檢(jian)(jian)測(ce)系統、基(ji)于激光測(ce)距測(ce)量(liang)(liang)原理的(de)形位尺(chi)寸(cun)自動(dong)化(hua)測(ce)量(liang)(liang)系統以及鉆桿自動(dong)化(hua)分(fen)級(ji)(ji)(ji)裝備。控制系統采用了基(ji)于局域網、以太網、MPI網絡和Profibus-DP現(xian)場總線(xian)的(de)網絡化(hua)控制方(fang)法，集成(cheng)檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)和分(fen)級(ji)(ji)(ji)信(xin)息(xi)，實(shi)現(xian)了對生產(chan)(chan)線(xian)的(de)自動(dong)化(hua)集散控制。整(zheng)套回收(shou)鉆桿檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)級(ji)(ji)(ji)生產(chan)(chan)線(xian)的(de)設備運行穩定，維護方(fang)便，每日檢(jian)(jian)測(ce)量(liang)(liang)為600根(gen)，可以降低生產(chan)(chan)成(cheng)本(ben)并保(bao)證鉆桿質量(liang)(liang)。
