鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)是鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱的(de)(de)基本組成部分(fen)，其主(zhu)要作用(yong)是傳遞(di)轉矩和輸送鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)液(ye)(ye)，鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)在服役的(de)(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)承受著拉、壓(ya)、扭、彎曲等各種(zhong)復雜的(de)(de)交變應力載(zai)荷，同時鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)液(ye)(ye)、鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)泥漿中(zhong)溶解的(de)(de)O2、CO2和H2S等腐(fu)(fu)蝕介(jie)質(zhi)(zhi)及地層的(de)(de)氧(yang)化物等介(jie)質(zhi)(zhi)會嚴重腐(fu)(fu)蝕鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)，受應力載(zai)荷以及化學腐(fu)(fu)蝕后的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)非(fei)常容易失(shi)效(xiao)，進(jin)而導致鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)事故(gu)(gu)(gu)發生。2004年9月，中(zhong)國石(shi)油(you)集團石(shi)油(you)管(guan)工程(cheng)技術(shu)研(yan)究院主(zhu)持召開了第二屆全國油(you)井(jing)(jing)管(guan)會議，初(chu)步統計油(you)田鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具失(shi)效(xiao)數(shu)量是每(mei)年1000例左右，而其中(zhong)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)失(shi)效(xiao)占據了鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具總(zong)失(shi)效(xiao)事故(gu)(gu)(gu)的(de)(de)50％～60％。現場調查表(biao)明，國外(wai)14％以上的(de)(de)油(you)氣(qi)井(jing)(jing)都發生過(guo)不(bu)同程(cheng)度的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱井(jing)(jing)下斷裂事故(gu)(gu)(gu)。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)服役時處于井底，而井底工況復(fu)雜，一(yi)般(ban)鉆(zhan)(zhan)井深度(du)都在幾(ji)千米(mi)以上，使(shi)得(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在役檢測(ce)(ce)變(bian)得(de)極其困難。而鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)的(de)檢測(ce)(ce)又非(fei)常重要，尤其對于已經服役一(yi)定時間的(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)，其合理(li)報廢(fei)對于鉆(zhan)(zhan)柱(zhu)事故(gu)的(de)預防具有(you)極大的(de)實(shi)際(ji)工程意義。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)無(wu)損檢測(ce)(ce)是(shi)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)檢測(ce)(ce)實(shi)際(ji)有(you)效(xiao)的(de)方(fang)法，及時對鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)缺陷進行檢測(ce)(ce)，不(bu)僅能(neng)夠減少鉆(zhan)(zhan)井事故(gu)，還能(neng)延長(chang)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)使(shi)用壽命。此外，加強我國油田在役鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)無(wu)損檢測(ce)(ce)，還可以降低鉆(zhan)(zhan)井風(feng)險，提(ti)高經濟效(xiao)益，促進我國石(shi)油戰略的(de)長(chang)遠可持續(xu)發展。
鉆(zhan)桿使用(yong)一段時間后，在(zai)桿體和接(jie)頭(tou)處(chu)極可能出現(xian)腐(fu)蝕(shi)、裂紋和穿孔(kong)等，這會導(dao)致嚴重的(de)(de)安全事故并造成(cheng)巨(ju)大的(de)(de)經濟(ji)損失。因此，鉆(zhan)桿在(zai)使用(yong)一段時間后必須進(jin)行質量(liang)檢(jian)測(ce)與(yu)修復才能繼續投入使用(yong)。傳統的(de)(de)鉆(zhan)桿質量(liang)檢(jian)測(ce)和分(fen)(fen)(fen)級(ji)工藝普(pu)遍是采(cai)用(yong)手工方式完成(cheng)的(de)(de)。鉆(zhan)桿從(cong)井場回(hui)收至檢(jian)測(ce)修復中心，首先采(cai)用(yong)手動超聲儀對鉆(zhan)桿桿體進(jin)行局部抽檢(jian)，然后利(li)用(yong)千(qian)分(fen)(fen)(fen)尺(chi)和游標卡尺(chi)對鉆(zhan)桿接(jie)頭(tou)形位尺(chi)寸進(jin)行取(qu)點測(ce)量(liang)，最后根據檢(jian)測(ce)數(shu)據和分(fen)(fen)(fen)級(ji)標準，利(li)用(yong)抓(zhua)管(guan)機對
鉆(zhan)(zhan)桿逐根(gen)挑揀分級(ji)。手工(gong)檢測(ce)分級(ji)效率(lv)低(di)，并且檢測(ce)結果易受人為(wei)因素影(ying)響，已不(bu)適(shi)應回(hui)收鉆(zhan)(zhan)桿的質(zhi)量檢測(ce)要(yao)求。因此，建立自動化高效檢測(ce)分級(ji)生(sheng)產線，對鉆(zhan)(zhan)桿的質(zhi)量檢測(ce)和分級(ji)管(guan)理十分必要(yao)。
一(yi)、檢測分級工藝
根據鉆桿(gan)質量檢(jian)測(ce)、分(fen)(fen)(fen)級管理與修復(fu)的(de)相關(guan)標準和(he)現(xian)場(chang)要求，回(hui)收鉆桿(gan)檢(jian)測(ce)分(fen)(fen)(fen)級工(gong)藝流程如圖(tu)7-1所(suo)示。舊鉆桿(gan)從井(jing)場(chang)回(hui)收至管子站(zhan)后，首(shou)先經(jing)過彎曲(qu)矯直、清(qing)洗(xi)等檢(jian)測(ce)預(yu)處(chu)理，然后依次經(jing)過材質分(fen)(fen)(fen)析、漏(lou)磁超聲桿(gan)體(ti)復(fu)合檢(jian)測(ce)、接頭形位(wei)尺寸自動化(hua)測(ce)量、內壁(bi)復(fu)檢(jian)和(he)加厚帶復(fu)檢(jian)等工(gong)藝過程，最后根據鉆桿(gan)質量狀(zhuang)況(kuang)進(jin)行評(ping)價分(fen)(fen)(fen)級和(he)修復(fu)處(chu)理。
鉆(zhan)桿(gan)(gan)不僅具有連接(jie)螺(luo)紋、密封(feng)臺面和加厚帶等復雜結構(gou)，而(er)且尺(chi)寸(cun)較(jiao)大（長度(du)約10m），這為(wei)實現自動(dong)化(hua)檢測(ce)分級帶來了困難(nan)。以鉆(zhan)桿(gan)(gan)的(de)結構(gou)特點和檢測(ce)工藝要求為(wei)基(ji)礎，采(cai)用一種基(ji)于(yu)鉆(zhan)桿(gan)(gan)螺(luo)旋前進的(de)漏磁(ci)超聲復合桿(gan)(gan)體(ti)無損檢測(ce)方法和基(ji)于(yu)激(ji)光測(ce)量的(de)鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭形位尺(chi)寸(cun)測(ce)量原(yuan)理，來替代(dai)傳(chuan)統的(de)手工方式。檢測(ce)分級系統布(bu)局如圖(tu)7-2所示。
整個系統由漏磁(ci)桿(gan)體檢(jian)測(ce)設(she)備(bei)(bei)(bei)、超(chao)聲(sheng)桿(gan)體檢(jian)測(ce)設(she)備(bei)(bei)(bei)、形(xing)位尺寸(cun)測(ce)量設(she)備(bei)(bei)(bei)、翻料(liao)裝備(bei)(bei)(bei)、V形(xing)輪直行傳(chuan)輸輥(gun)道、V形(xing)輪螺旋傳(chuan)輸輥(gun)道、待檢(jian)料(liao)架(jia)、復檢(jian)料(liao)架(jia)、成品料(liao)架(jia)等部分(fen)組(zu)成，并布(bu)置有大量物料(liao)傳(chuan)感器(qi)。
漏磁與超(chao)聲復合(he)檢測是目(mu)前應用最為廣(guang)泛的復合(he)檢測方法。漏磁檢測方法對鉆桿(gan)內(nei)(nei)表面缺陷(xian)(xian)具有(you)很好的適應性，而超(chao)聲波對內(nei)(nei)部(bu)缺陷(xian)(xian)具有(you)更強的探測能力(li)。
鉆(zhan)(zhan)桿接(jie)頭承擔(dan)著(zhu)鉆(zhan)(zhan)桿之間(jian)傳遞轉矩與密(mi)封鉆(zhan)(zhan)井液的(de)(de)(de)作用，是(shi)鉆(zhan)(zhan)桿最為重(zhong)要的(de)(de)(de)部位。因(yin)此(ci)，鉆(zhan)(zhan)桿接(jie)頭形位尺寸(cun)檢(jian)測(ce)是(shi)回收鉆(zhan)(zhan)桿重(zhong)復(fu)利用必不(bu)可少的(de)(de)(de)工序。但由于鉆(zhan)(zhan)桿接(jie)頭結構(gou)復(fu)雜(za)，目前鉆(zhan)(zhan)桿接(jie)頭基本都(dou)是(shi)采用人工采樣(yang)方式(shi)進行測(ce)量(liang)，其測(ce)量(liang)結果受人為因(yin)素影響大，并且(qie)生(sheng)產(chan)率低(di)。基于激(ji)光測(ce)距(ju)測(ce)量(liang)原(yuan)理的(de)(de)(de)自動(dong)化形位尺寸(cun)全息(xi)測(ce)量(liang)系統，具(ju)有良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)精度(du)、靈敏度(du)和重(zhong)復(fu)性，并且(qie)檢(jian)測(ce)過程自動(dong)化，極大地(di)提(ti)高了生(sheng)產(chan)率。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)下(xia)井前(qian)必須進行鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質量評價和分(fen)級管(guan)理，之后(hou)根據(ju)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質量級別分(fen)送不同開(kai)采工(gong)況(kuang)的井區(qu)。目前(qian)，大(da)部分(fen)分(fen)級工(gong)作都是(shi)通過抓管(guan)機逐根挑揀完(wan)成的。由(you)于鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)分(fen)級類(lei)型復雜，人工(gong)分(fen)揀效(xiao)率低下(xia)，已(yi)不能適應(ying)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)檢測的生產速(su)度(du)。為(wei)此，緊(jin)接檢測工(gong)藝，布置一套鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在線分(fen)級系統(tong)，實現鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)的自動化分(fen)級管(guan)理是(shi)十分(fen)必要(yao)的。
二、控制系統(tong)
檢(jian)(jian)測分級(ji)系(xi)統(tong)控制(zhi)軟件結構(gou)如圖7-3所示，由用(yong)(yong)戶(hu)界(jie)(jie)面層(ceng)、應(ying)用(yong)(yong)程(cheng)序(xu)(xu)層(ceng)和(he)運動(dong)控制(zhi)層(ceng)構(gou)成(cheng)。用(yong)(yong)戶(hu)界(jie)(jie)面層(ceng)程(cheng)序(xu)(xu)用(yong)(yong)于(yu)人機交互、控制(zhi)檢(jian)(jian)測流程(cheng)、調整檢(jian)(jian)測工藝以(yi)及(ji)監測設(she)備運行情況；應(ying)用(yong)(yong)程(cheng)序(xu)(xu)層(ceng)主要應(ying)用(yong)(yong)于(yu)檢(jian)(jian)測信號處(chu)理(li)(li)、鉆(zhan)桿分級(ji)評價、數據儲存與管理(li)(li)以(yi)及(ji)信號傳輸；運動(dong)控制(zhi)層(ceng)以(yi)可編(bian)程(cheng)序(xu)(xu)控制(zhi)器為基(ji)礎，結合具有(you)通(tong)信功能的現場設(she)備實(shi)現整個系(xi)統(tong)內(nei)所有(you)設(she)備的自動(dong)化(hua)控制(zhi)。
檢(jian)(jian)測(ce)信號從(cong)(cong)采集卡(ka)傳送(song)到(dao)檢(jian)(jian)測(ce)客戶機(ji)時，由(you)(you)對應客戶機(ji)上的檢(jian)(jian)測(ce)軟件進行(xing)一系列信號處(chu)理(li)并存儲(chu)處(chu)理(li)結果(guo)，同時將(jiang)信號根(gen)據分(fen)(fen)(fen)級(ji)要求(qiu)進行(xing)處(chu)理(li)并將(jiang)結果(guo)通(tong)過局域網(wang)傳送(song)至(zhi)檢(jian)(jian)測(ce)服(fu)務器(qi)進行(xing)綜(zong)合處(chu)理(li)，檢(jian)(jian)測(ce)服(fu)務器(qi)為(wei)每根(gen)鉆桿建立質量監測(ce)數據庫。然(ran)后(hou)，分(fen)(fen)(fen)級(ji)信息(xi)被(bei)打包由(you)(you)以(yi)太網(wang)絡從(cong)(cong)檢(jian)(jian)測(ce)服(fu)務器(qi)傳送(song)至(zhi)分(fen)(fen)(fen)級(ji)服(fu)務器(qi)，而(er)后(hou)組(zu)態軟件將(jiang)顯(xian)示分(fen)(fen)(fen)級(ji)信息(xi)并核查，最后(hou)，通(tong)過MPI網(wang)絡將(jiang)分(fen)(fen)(fen)級(ji)信息(xi)傳送(song)至(zhi)可編(bian)程(cheng)序(xu)控(kong)制器(qi)，由(you)(you)其中的自(zi)動化(hua)(hua)程(cheng)序(xu)實現所有檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)(fen)(fen)級(ji)設(she)備的自(zi)動化(hua)(hua)控(kong)制。整(zheng)個分(fen)(fen)(fen)級(ji)檢(jian)(jian)測(ce)系統(tong)(tong)共有5個可編(bian)程(cheng)序(xu)控(kong)制器(qi)，形成(cheng)主從(cong)(cong)站的Profibus-DP網(wang)絡模式(shi)，最終形成(cheng)一個高效(xiao)的自(zi)動化(hua)(hua)集散控(kong)制系統(tong)(tong)。圖(tu)7-4所示為(wei)組(zu)態控(kong)制界面，可實時監控(kong)設(she)備運行(xing)情況并實現生產調度(du)。
三、現(xian)場(chang)應用
回收鉆(zhan)桿自動(dong)(dong)(dong)化(hua)(hua)在線檢測(ce)分(fen)級生產線，如圖7-5所示(shi)，它包含了鉆(zhan)桿旋轉的自動(dong)(dong)(dong)化(hua)(hua)漏磁超聲復合無損(sun)檢測(ce)系(xi)(xi)統、基于激光測(ce)距測(ce)量原(yuan)理的形位尺寸自動(dong)(dong)(dong)化(hua)(hua)測(ce)量系(xi)(xi)統以及鉆(zhan)桿自動(dong)(dong)(dong)化(hua)(hua)分(fen)級裝備。控制(zhi)系(xi)(xi)統采(cai)用了基于局域(yu)網(wang)、以太網(wang)、MPI網(wang)絡和Profibus-DP現(xian)場總線的網(wang)絡化(hua)(hua)控制(zhi)方(fang)法(fa)，集成檢測(ce)信(xin)號和分(fen)級信(xin)息(xi)，實現(xian)了對生產線的自動(dong)(dong)(dong)化(hua)(hua)集散控制(zhi)。整套回收鉆(zhan)桿檢測(ce)分(fen)級生產線的設(she)備運行穩(wen)定(ding)，維護方(fang)便，每日檢測(ce)量為600根，可(ke)以降低(di)生產成本并保證鉆(zhan)桿質量。
