鉆(zhan)桿(gan)是鉆(zhan)柱(zhu)的(de)(de)基本組成(cheng)部分，其主要作用是傳遞(di)轉矩和輸送(song)鉆(zhan)井(jing)(jing)液，鉆(zhan)桿(gan)在服役的(de)(de)過程中(zhong)(zhong)承受著拉、壓、扭(niu)、彎曲等各(ge)種復雜的(de)(de)交變應力載荷(he)，同(tong)時鉆(zhan)井(jing)(jing)液、鉆(zhan)井(jing)(jing)泥(ni)漿中(zhong)(zhong)溶解的(de)(de)O2、CO2和H2S等腐(fu)蝕(shi)介質及(ji)地層的(de)(de)氧化物(wu)等介質會嚴重腐(fu)蝕(shi)鉆(zhan)桿(gan)，受應力載荷(he)以及(ji)化學腐(fu)蝕(shi)后的(de)(de)鉆(zhan)桿(gan)非常容(rong)易失(shi)(shi)效(xiao)，進(jin)而(er)(er)導致鉆(zhan)井(jing)(jing)事(shi)故(gu)發生。2004年(nian)9月，中(zhong)(zhong)國石(shi)油(you)集團石(shi)油(you)管工程技術研(yan)究院主持召開了第二(er)屆(jie)全國油(you)井(jing)(jing)管會議，初步統(tong)計油(you)田鉆(zhan)具失(shi)(shi)效(xiao)數量是每年(nian)1000例(li)左右，而(er)(er)其中(zhong)(zhong)鉆(zhan)桿(gan)失(shi)(shi)效(xiao)占據了鉆(zhan)具總(zong)失(shi)(shi)效(xiao)事(shi)故(gu)的(de)(de)50％～60％。現場(chang)調查(cha)表明，國外14％以上的(de)(de)油(you)氣井(jing)(jing)都發生過不同(tong)程度(du)的(de)(de)鉆(zhan)柱(zhu)井(jing)(jing)下斷裂(lie)事(shi)故(gu)。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)服(fu)役(yi)時(shi)處于(yu)(yu)井底(di)，而(er)井底(di)工(gong)況復雜，一(yi)般鉆(zhan)(zhan)井深度都在(zai)幾千米(mi)以上，使得(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)在(zai)役(yi)檢測(ce)變得(de)極其困難。而(er)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)的(de)檢測(ce)又非常重要(yao)，尤其對于(yu)(yu)已經服(fu)役(yi)一(yi)定時(shi)間的(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)，其合(he)理報廢(fei)對于(yu)(yu)鉆(zhan)(zhan)柱事故的(de)預防(fang)具(ju)有(you)極大的(de)實(shi)際工(gong)程意(yi)義。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)無(wu)損檢測(ce)是(shi)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)檢測(ce)實(shi)際有(you)效的(de)方(fang)法(fa)，及時(shi)對鉆(zhan)(zhan)桿(gan)缺陷(xian)進(jin)行(xing)檢測(ce)，不僅能夠減少鉆(zhan)(zhan)井事故，還(huan)能延長鉆(zhan)(zhan)桿(gan)使用壽命。此外(wai)，加強我國(guo)(guo)油田在(zai)役(yi)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)無(wu)損檢測(ce)，還(huan)可(ke)以降低鉆(zhan)(zhan)井風險，提高(gao)經濟效益，促進(jin)我國(guo)(guo)石(shi)油戰略(lve)的(de)長遠(yuan)可(ke)持續(xu)發(fa)展。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)使(shi)用(yong)(yong)一段時間后(hou)(hou)，在(zai)桿(gan)體(ti)和(he)(he)接(jie)(jie)頭(tou)處極(ji)可能出(chu)現腐蝕、裂紋和(he)(he)穿孔(kong)等，這會導致嚴重的(de)(de)安(an)全事故并造成巨大的(de)(de)經濟損(sun)失(shi)。因此，鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)在(zai)使(shi)用(yong)(yong)一段時間后(hou)(hou)必須進(jin)(jin)行質量檢(jian)測(ce)與修(xiu)復才能繼續投(tou)入(ru)使(shi)用(yong)(yong)。傳統(tong)的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)質量檢(jian)測(ce)和(he)(he)分級(ji)(ji)工藝(yi)普遍是采用(yong)(yong)手(shou)工方式完成的(de)(de)。鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)從井場回收至檢(jian)測(ce)修(xiu)復中(zhong)心，首(shou)先采用(yong)(yong)手(shou)動超(chao)聲儀對(dui)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)桿(gan)體(ti)進(jin)(jin)行局部抽檢(jian)，然后(hou)(hou)利用(yong)(yong)千分尺和(he)(he)游標卡尺對(dui)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)接(jie)(jie)頭(tou)形位尺寸進(jin)(jin)行取點測(ce)量，最后(hou)(hou)根據(ju)(ju)檢(jian)測(ce)數據(ju)(ju)和(he)(he)分級(ji)(ji)標準，利用(yong)(yong)抓管(guan)機對(dui)
鉆(zhan)桿(gan)逐(zhu)根(gen)挑揀分級。手工檢測分級效(xiao)率低，并且檢測結果易受人為(wei)因(yin)素(su)影響，已不適應回收鉆(zhan)桿(gan)的(de)質量(liang)檢測要求。因(yin)此(ci)，建立(li)自動(dong)化高效(xiao)檢測分級生產線，對鉆(zhan)桿(gan)的(de)質量(liang)檢測和分級管理十分必要。
一、檢測分級(ji)工藝
根據(ju)鉆(zhan)桿質量(liang)檢(jian)(jian)測(ce)、分(fen)級管理(li)與修復(fu)(fu)的相(xiang)關(guan)標準和現場要求，回(hui)收鉆(zhan)桿檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)級工藝(yi)流程如圖7-1所示。舊鉆(zhan)桿從井場回(hui)收至管子站后(hou)，首先經過彎(wan)曲矯直(zhi)、清(qing)洗等檢(jian)(jian)測(ce)預處理(li)，然后(hou)依次經過材質分(fen)析、漏磁超聲桿體復(fu)(fu)合檢(jian)(jian)測(ce)、接(jie)頭形位(wei)尺寸自動化測(ce)量(liang)、內壁復(fu)(fu)檢(jian)(jian)和加(jia)厚帶復(fu)(fu)檢(jian)(jian)等工藝(yi)過程，最后(hou)根據(ju)鉆(zhan)桿質量(liang)狀況進行(xing)評價分(fen)級和修復(fu)(fu)處理(li)。
鉆(zhan)桿不(bu)僅具有連(lian)接(jie)(jie)螺(luo)紋、密(mi)封臺面和加厚帶(dai)等復(fu)雜結(jie)構，而且尺寸(cun)較大(da)（長(chang)度約10m），這為(wei)實(shi)現自動化(hua)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)分級帶(dai)來(lai)了困(kun)難。以(yi)鉆(zhan)桿的結(jie)構特(te)點和檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)工(gong)藝要求為(wei)基礎，采(cai)用一種(zhong)基于鉆(zhan)桿螺(luo)旋(xuan)前進的漏磁超聲復(fu)合桿體無損檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)方(fang)法和基于激光測(ce)(ce)(ce)量(liang)的鉆(zhan)桿接(jie)(jie)頭形位尺寸(cun)測(ce)(ce)(ce)量(liang)原(yuan)理，來(lai)替(ti)代傳統的手工(gong)方(fang)式(shi)。檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)分級系(xi)統布局如(ru)圖7-2所示。
整個系統由(you)漏磁(ci)桿(gan)體檢測設備、超聲桿(gan)體檢測設備、形位尺寸(cun)測量設備、翻料(liao)(liao)裝備、V形輪(lun)直(zhi)行傳輸輥道(dao)(dao)、V形輪(lun)螺旋(xuan)傳輸輥道(dao)(dao)、待檢料(liao)(liao)架(jia)、復檢料(liao)(liao)架(jia)、成品料(liao)(liao)架(jia)等部分組成，并(bing)布置有大量物料(liao)(liao)傳感器。
漏(lou)磁與超(chao)聲復合檢測是目(mu)前應用最為廣(guang)泛的復合檢測方法(fa)。漏(lou)磁檢測方法(fa)對(dui)鉆桿內表面缺陷具(ju)有(you)很好的適應性，而超(chao)聲波對(dui)內部缺陷具(ju)有(you)更強(qiang)的探(tan)測能(neng)力(li)。
鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)承擔(dan)著鉆(zhan)桿(gan)(gan)之(zhi)間傳遞轉矩與密(mi)封(feng)鉆(zhan)井(jing)液(ye)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)，是(shi)鉆(zhan)桿(gan)(gan)最為重要的(de)(de)(de)部位。因此(ci)，鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)形位尺寸(cun)檢測(ce)(ce)是(shi)回收鉆(zhan)桿(gan)(gan)重復利(li)用(yong)(yong)必不可少的(de)(de)(de)工序。但由于(yu)鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)結(jie)構復雜(za)，目(mu)前鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)基本都是(shi)采用(yong)(yong)人工采樣方式進行測(ce)(ce)量(liang)，其(qi)測(ce)(ce)量(liang)結(jie)果受人為因素(su)影響大(da)，并且生產率低。基于(yu)激光測(ce)(ce)距測(ce)(ce)量(liang)原理(li)的(de)(de)(de)自(zi)動(dong)化(hua)形位尺寸(cun)全息測(ce)(ce)量(liang)系統(tong)，具有良好的(de)(de)(de)檢測(ce)(ce)精度(du)、靈(ling)敏度(du)和重復性，并且檢測(ce)(ce)過程(cheng)自(zi)動(dong)化(hua)，極大(da)地提(ti)高了生產率。
鉆桿(gan)(gan)下井(jing)前必(bi)須(xu)進行鉆桿(gan)(gan)質量評(ping)價和分(fen)級(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)理，之后根據鉆桿(gan)(gan)質量級(ji)(ji)(ji)(ji)別分(fen)送不同開采工況的(de)井(jing)區。目前，大部分(fen)分(fen)級(ji)(ji)(ji)(ji)工作都是通過抓(zhua)管(guan)機(ji)逐根挑揀完成的(de)。由于鉆桿(gan)(gan)分(fen)級(ji)(ji)(ji)(ji)類型復(fu)雜(za)，人工分(fen)揀效率低下，已不能(neng)適應鉆桿(gan)(gan)檢測的(de)生產速(su)度(du)。為(wei)此，緊接檢測工藝，布置(zhi)一套鉆桿(gan)(gan)在(zai)線分(fen)級(ji)(ji)(ji)(ji)系統，實現(xian)鉆桿(gan)(gan)的(de)自動化(hua)分(fen)級(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)理是十分(fen)必(bi)要(yao)的(de)。
二、控(kong)制(zhi)系(xi)統
檢(jian)測分級系統控(kong)制軟件結(jie)構(gou)如圖(tu)7-3所示(shi)，由用(yong)戶界(jie)面層(ceng)(ceng)、應用(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)層(ceng)(ceng)和運動控(kong)制層(ceng)(ceng)構(gou)成。用(yong)戶界(jie)面層(ceng)(ceng)程(cheng)(cheng)序(xu)用(yong)于人機交互、控(kong)制檢(jian)測流程(cheng)(cheng)、調整檢(jian)測工(gong)藝以及監測設備運行情況；應用(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)層(ceng)(ceng)主(zhu)要(yao)應用(yong)于檢(jian)測信(xin)(xin)號處理(li)、鉆桿分級評價、數(shu)據儲存(cun)與管理(li)以及信(xin)(xin)號傳(chuan)輸；運動控(kong)制層(ceng)(ceng)以可編程(cheng)(cheng)序(xu)控(kong)制器為基礎，結(jie)合(he)具有通(tong)信(xin)(xin)功能的(de)(de)現場設備實現整個系統內(nei)所有設備的(de)(de)自動化控(kong)制。
檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信號(hao)從采集卡傳(chuan)送(song)到檢(jian)(jian)(jian)測(ce)客戶機時(shi)，由對應客戶機上的(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)軟(ruan)件進行一(yi)系(xi)列信號(hao)處(chu)理(li)并(bing)(bing)存儲處(chu)理(li)結(jie)果，同時(shi)將信號(hao)根(gen)據分(fen)級(ji)(ji)要(yao)求進行處(chu)理(li)并(bing)(bing)將結(jie)果通過局域網(wang)傳(chuan)送(song)至檢(jian)(jian)(jian)測(ce)服務(wu)器(qi)(qi)進行綜合處(chu)理(li)，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)服務(wu)器(qi)(qi)為每根(gen)鉆桿建(jian)立質量監(jian)(jian)測(ce)數據庫(ku)。然后，分(fen)級(ji)(ji)信息被打包由以太網(wang)絡從檢(jian)(jian)(jian)測(ce)服務(wu)器(qi)(qi)傳(chuan)送(song)至分(fen)級(ji)(ji)服務(wu)器(qi)(qi)，而(er)后組態(tai)軟(ruan)件將顯示分(fen)級(ji)(ji)信息并(bing)(bing)核查，最后，通過MPI網(wang)絡將分(fen)級(ji)(ji)信息傳(chuan)送(song)至可編程(cheng)序(xu)控(kong)制器(qi)(qi)，由其中的(de)自(zi)動(dong)(dong)化程(cheng)序(xu)實(shi)現(xian)所(suo)有檢(jian)(jian)(jian)測(ce)分(fen)級(ji)(ji)設備(bei)的(de)自(zi)動(dong)(dong)化控(kong)制。整個(ge)分(fen)級(ji)(ji)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)系(xi)統(tong)共有5個(ge)可編程(cheng)序(xu)控(kong)制器(qi)(qi)，形(xing)成(cheng)主從站的(de)Profibus-DP網(wang)絡模(mo)式，最終(zhong)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)高效的(de)自(zi)動(dong)(dong)化集散(san)控(kong)制系(xi)統(tong)。圖7-4所(suo)示為組態(tai)控(kong)制界面(mian)，可實(shi)時(shi)監(jian)(jian)控(kong)設備(bei)運行情況(kuang)并(bing)(bing)實(shi)現(xian)生產調度。
三、現場(chang)應用(yong)
回收(shou)鉆(zhan)桿(gan)(gan)自動化(hua)在線(xian)檢(jian)(jian)測分級(ji)生(sheng)(sheng)產(chan)線(xian)，如圖7-5所示(shi)，它包(bao)含了鉆(zhan)桿(gan)(gan)旋轉(zhuan)的自動化(hua)漏(lou)磁超聲復(fu)合無損(sun)檢(jian)(jian)測系統(tong)、基于(yu)激光測距(ju)測量原理的形位尺(chi)寸(cun)自動化(hua)測量系統(tong)以及鉆(zhan)桿(gan)(gan)自動化(hua)分級(ji)裝備。控(kong)制系統(tong)采用了基于(yu)局域網、以太網、MPI網絡和Profibus-DP現場總線(xian)的網絡化(hua)控(kong)制方法，集成檢(jian)(jian)測信號和分級(ji)信息(xi)，實現了對生(sheng)(sheng)產(chan)線(xian)的自動化(hua)集散控(kong)制。整套(tao)回收(shou)鉆(zhan)桿(gan)(gan)檢(jian)(jian)測分級(ji)生(sheng)(sheng)產(chan)線(xian)的設(she)備運行穩定，維(wei)護方便，每日(ri)檢(jian)(jian)測量為600根，可以降(jiang)低生(sheng)(sheng)產(chan)成本并(bing)保證鉆(zhan)桿(gan)(gan)質量。
