鉆(zhan)(zhan)桿(gan)是鉆(zhan)(zhan)柱的基本(ben)組成部分(fen)，其主(zhu)要作用是傳遞(di)轉(zhuan)矩和輸送鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)液，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)在服役的過程中承受著拉、壓、扭、彎曲等(deng)各種復雜的交變應力(li)載(zai)荷(he)，同(tong)時鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)液、鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)泥漿中溶解(jie)的O2、CO2和H2S等(deng)腐(fu)蝕介質及地(di)層(ceng)的氧化物等(deng)介質會嚴重腐(fu)蝕鉆(zhan)(zhan)桿(gan)，受應力(li)載(zai)荷(he)以(yi)及化學腐(fu)蝕后的鉆(zhan)(zhan)桿(gan)非常(chang)容易(yi)失(shi)效，進(jin)而導致鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)事故發(fa)生。2004年9月，中國(guo)石(shi)油(you)(you)集團石(shi)油(you)(you)管(guan)(guan)工(gong)程技(ji)術研究院主(zhu)持召開了第二屆全國(guo)油(you)(you)井(jing)(jing)管(guan)(guan)會議，初(chu)步統(tong)計油(you)(you)田鉆(zhan)(zhan)具(ju)失(shi)效數量是每(mei)年1000例(li)左右，而其中鉆(zhan)(zhan)桿(gan)失(shi)效占據了鉆(zhan)(zhan)具(ju)總失(shi)效事故的50％～60％。現場調(diao)查表明，國(guo)外14％以(yi)上的油(you)(you)氣井(jing)(jing)都發(fa)生過不同(tong)程度的鉆(zhan)(zhan)柱井(jing)(jing)下斷裂事故。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)服役時處于(yu)井(jing)(jing)底(di)(di)，而井(jing)(jing)底(di)(di)工況(kuang)復雜(za)，一般鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)深(shen)度都在(zai)幾千(qian)米以上，使得鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)在(zai)役檢(jian)測(ce)(ce)變(bian)得極其困難。而鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)的(de)檢(jian)測(ce)(ce)又非常重要，尤(you)其對(dui)于(yu)已經服役一定時間的(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)，其合(he)理報廢對(dui)于(yu)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱事(shi)故的(de)預防(fang)具有(you)極大的(de)實際工程(cheng)意義。鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)無損檢(jian)測(ce)(ce)是鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)檢(jian)測(ce)(ce)實際有(you)效的(de)方法，及時對(dui)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)缺陷進行檢(jian)測(ce)(ce)，不僅能夠(gou)減少鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)事(shi)故，還(huan)能延長鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)使用壽命(ming)。此外，加強(qiang)我國油田在(zai)役鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)無損檢(jian)測(ce)(ce)，還(huan)可以降低鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)風險，提(ti)高經濟效益，促進我國石油戰略的(de)長遠可持續發展。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)使(shi)用(yong)一段(duan)時間后，在桿(gan)(gan)體(ti)和(he)接頭處極可能出(chu)現腐蝕、裂紋(wen)和(he)穿孔等，這會導致嚴重的安全事故并造(zao)成巨(ju)大的經濟(ji)損失。因此(ci)，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在使(shi)用(yong)一段(duan)時間后必須進(jin)行(xing)質(zhi)量檢(jian)測(ce)與(yu)修復才能繼續(xu)投入(ru)使(shi)用(yong)。傳統的鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質(zhi)量檢(jian)測(ce)和(he)分(fen)級(ji)工藝(yi)普遍是采用(yong)手工方式完成的。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)從井(jing)場回收至檢(jian)測(ce)修復中心，首先(xian)采用(yong)手動(dong)超聲(sheng)儀(yi)對(dui)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)桿(gan)(gan)體(ti)進(jin)行(xing)局部(bu)抽檢(jian)，然后利(li)用(yong)千分(fen)尺(chi)和(he)游標卡尺(chi)對(dui)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭形位(wei)尺(chi)寸進(jin)行(xing)取(qu)點(dian)測(ce)量，最后根據檢(jian)測(ce)數據和(he)分(fen)級(ji)標準，利(li)用(yong)抓(zhua)管機對(dui)
鉆(zhan)(zhan)桿逐根挑揀分(fen)(fen)(fen)級(ji)。手(shou)工檢(jian)測(ce)分(fen)(fen)(fen)級(ji)效(xiao)率低，并且檢(jian)測(ce)結果易受人為因(yin)素(su)影響，已不適應回(hui)收鉆(zhan)(zhan)桿的(de)質(zhi)量(liang)(liang)檢(jian)測(ce)要(yao)求。因(yin)此(ci)，建立自動化高效(xiao)檢(jian)測(ce)分(fen)(fen)(fen)級(ji)生(sheng)產線，對鉆(zhan)(zhan)桿的(de)質(zhi)量(liang)(liang)檢(jian)測(ce)和分(fen)(fen)(fen)級(ji)管理十分(fen)(fen)(fen)必要(yao)。
一(yi)、檢測(ce)分級工藝
根據鉆(zhan)桿質(zhi)(zhi)量(liang)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)、分(fen)級管理(li)與修復(fu)的相關標準和(he)現場要(yao)求(qiu)，回(hui)收鉆(zhan)桿檢(jian)測(ce)(ce)(ce)分(fen)級工藝流程如圖7-1所示。舊鉆(zhan)桿從井場回(hui)收至管子站后(hou)(hou)，首(shou)先(xian)經過(guo)(guo)彎曲矯直、清(qing)洗等檢(jian)測(ce)(ce)(ce)預處(chu)理(li)，然后(hou)(hou)依(yi)次經過(guo)(guo)材質(zhi)(zhi)分(fen)析、漏磁超(chao)聲(sheng)桿體復(fu)合檢(jian)測(ce)(ce)(ce)、接頭形(xing)位(wei)尺寸自動化測(ce)(ce)(ce)量(liang)、內(nei)壁復(fu)檢(jian)和(he)加厚帶復(fu)檢(jian)等工藝過(guo)(guo)程，最后(hou)(hou)根據鉆(zhan)桿質(zhi)(zhi)量(liang)狀況(kuang)進(jin)行評價分(fen)級和(he)修復(fu)處(chu)理(li)。
鉆(zhan)桿(gan)不僅(jin)具(ju)有連接螺紋(wen)、密(mi)封(feng)臺面和加(jia)厚帶等復雜結構(gou)，而且尺(chi)寸(cun)較大（長(chang)度約10m），這為實(shi)現(xian)自動化檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)級(ji)帶來(lai)了困難。以鉆(zhan)桿(gan)的(de)結構(gou)特(te)點(dian)和檢(jian)(jian)測(ce)工藝要(yao)求為基(ji)礎，采用一種基(ji)于(yu)鉆(zhan)桿(gan)螺旋前(qian)進的(de)漏磁超聲復合桿(gan)體(ti)無損檢(jian)(jian)測(ce)方(fang)法和基(ji)于(yu)激光測(ce)量的(de)鉆(zhan)桿(gan)接頭形位(wei)尺(chi)寸(cun)測(ce)量原(yuan)理(li)，來(lai)替(ti)代傳統的(de)手工方(fang)式。檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)級(ji)系統布局如(ru)圖(tu)7-2所示。
整個系統由(you)漏磁(ci)桿(gan)體檢(jian)(jian)測設(she)備(bei)、超聲桿(gan)體檢(jian)(jian)測設(she)備(bei)、形位尺寸測量(liang)設(she)備(bei)、翻料(liao)裝備(bei)、V形輪(lun)直(zhi)行(xing)傳(chuan)輸輥道、V形輪(lun)螺旋傳(chuan)輸輥道、待檢(jian)(jian)料(liao)架、復檢(jian)(jian)料(liao)架、成品料(liao)架等部分組成，并布置有大量(liang)物料(liao)傳(chuan)感器(qi)。
漏(lou)磁(ci)與超聲(sheng)復(fu)合檢(jian)測是目(mu)前應用(yong)最為廣泛(fan)的復(fu)合檢(jian)測方法(fa)。漏(lou)磁(ci)檢(jian)測方法(fa)對(dui)鉆桿內(nei)表面缺(que)陷具(ju)有很好的適應性，而超聲(sheng)波(bo)對(dui)內(nei)部缺(que)陷具(ju)有更強(qiang)的探測能力。
鉆(zhan)桿(gan)接頭(tou)(tou)承擔著鉆(zhan)桿(gan)之間傳遞轉矩與密封鉆(zhan)井液的(de)作用(yong)，是鉆(zhan)桿(gan)最為重要的(de)部位(wei)(wei)。因此，鉆(zhan)桿(gan)接頭(tou)(tou)形位(wei)(wei)尺(chi)寸(cun)檢測(ce)(ce)是回收鉆(zhan)桿(gan)重復利(li)用(yong)必不(bu)可(ke)少的(de)工(gong)序。但由于鉆(zhan)桿(gan)接頭(tou)(tou)結構(gou)復雜，目前鉆(zhan)桿(gan)接頭(tou)(tou)基(ji)本(ben)都是采用(yong)人工(gong)采樣(yang)方式進行(xing)測(ce)(ce)量(liang)，其測(ce)(ce)量(liang)結果受人為因素影(ying)響大(da)，并且生產率低。基(ji)于激光測(ce)(ce)距測(ce)(ce)量(liang)原(yuan)理的(de)自動(dong)化(hua)形位(wei)(wei)尺(chi)寸(cun)全息測(ce)(ce)量(liang)系統，具(ju)有良好的(de)檢測(ce)(ce)精度(du)、靈敏(min)度(du)和重復性(xing)，并且檢測(ce)(ce)過程自動(dong)化(hua)，極大(da)地(di)提(ti)高了生產率。
鉆桿(gan)(gan)(gan)下井前(qian)必須進行鉆桿(gan)(gan)(gan)質量評價和(he)分(fen)(fen)級(ji)(ji)管(guan)理，之后(hou)根(gen)據鉆桿(gan)(gan)(gan)質量級(ji)(ji)別分(fen)(fen)送(song)不同開采工(gong)況的井區。目前(qian)，大部分(fen)(fen)分(fen)(fen)級(ji)(ji)工(gong)作都是(shi)(shi)通過抓管(guan)機逐根(gen)挑揀完成的。由于(yu)鉆桿(gan)(gan)(gan)分(fen)(fen)級(ji)(ji)類型(xing)復雜，人工(gong)分(fen)(fen)揀效率(lv)低下，已不能適應鉆桿(gan)(gan)(gan)檢(jian)測的生產速度。為此，緊接檢(jian)測工(gong)藝(yi)，布置一(yi)套鉆桿(gan)(gan)(gan)在線分(fen)(fen)級(ji)(ji)系統(tong)，實(shi)現鉆桿(gan)(gan)(gan)的自(zi)動化分(fen)(fen)級(ji)(ji)管(guan)理是(shi)(shi)十分(fen)(fen)必要的。
二(er)、控制系統
檢(jian)(jian)測(ce)分級(ji)系(xi)統控(kong)制軟件結(jie)構如(ru)圖7-3所(suo)示(shi)，由用戶界(jie)面層、應用程(cheng)(cheng)序(xu)層和運動控(kong)制層構成。用戶界(jie)面層程(cheng)(cheng)序(xu)用于人機交互、控(kong)制檢(jian)(jian)測(ce)流程(cheng)(cheng)、調整檢(jian)(jian)測(ce)工藝以及監測(ce)設備運行情(qing)況；應用程(cheng)(cheng)序(xu)層主要應用于檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號處理(li)、鉆(zhan)桿分級(ji)評價、數(shu)據儲存與管理(li)以及信(xin)號傳輸；運動控(kong)制層以可編程(cheng)(cheng)序(xu)控(kong)制器(qi)為基礎，結(jie)合(he)具(ju)有(you)通(tong)信(xin)功能的(de)現場設備實現整個系(xi)統內所(suo)有(you)設備的(de)自動化(hua)控(kong)制。
檢(jian)測信號(hao)從采集卡傳送(song)到檢(jian)測客(ke)戶機(ji)時，由對應客(ke)戶機(ji)上的檢(jian)測軟件(jian)進(jin)行(xing)一系列信號(hao)處理并存儲處理結果，同(tong)時將信號(hao)根據分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)要求進(jin)行(xing)處理并將結果通過局域網(wang)傳送(song)至檢(jian)測服務(wu)器進(jin)行(xing)綜合處理，檢(jian)測服務(wu)器為(wei)每根鉆桿建立質量監測數據庫。然后，分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)信息(xi)(xi)被打包(bao)由以太網(wang)絡(luo)從檢(jian)測服務(wu)器傳送(song)至分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)服務(wu)器，而后組態軟件(jian)將顯示(shi)分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)信息(xi)(xi)并核查，最后，通過MPI網(wang)絡(luo)將分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)信息(xi)(xi)傳送(song)至可(ke)編(bian)程(cheng)序控制(zhi)器，由其(qi)中(zhong)的自(zi)(zi)動化程(cheng)序實現所(suo)有檢(jian)測分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)設備的自(zi)(zi)動化控制(zhi)。整個(ge)分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)檢(jian)測系統(tong)(tong)共(gong)有5個(ge)可(ke)編(bian)程(cheng)序控制(zhi)器，形成(cheng)主從站(zhan)的Profibus-DP網(wang)絡(luo)模式，最終(zhong)形成(cheng)一個(ge)高效(xiao)的自(zi)(zi)動化集散控制(zhi)系統(tong)(tong)。圖7-4所(suo)示(shi)為(wei)組態控制(zhi)界面(mian)，可(ke)實時監控設備運行(xing)情(qing)況(kuang)并實現生產調度。
三、現場應用
回收鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿自動化在線檢測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)分(fen)級(ji)生產線，如圖7-5所(suo)示，它包(bao)含了(le)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿旋轉(zhuan)的(de)自動化漏磁超聲(sheng)復合(he)無損(sun)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)系(xi)統(tong)、基于(yu)激光(guang)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)距(ju)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量原理的(de)形位尺寸自動化測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量系(xi)統(tong)以及鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿自動化分(fen)級(ji)裝(zhuang)備。控制系(xi)統(tong)采用(yong)了(le)基于(yu)局域網(wang)、以太網(wang)、MPI網(wang)絡(luo)和Profibus-DP現(xian)場總線的(de)網(wang)絡(luo)化控制方(fang)法(fa)，集成檢測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)信號和分(fen)級(ji)信息(xi)，實(shi)現(xian)了(le)對生產線的(de)自動化集散控制。整套(tao)回收鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿檢測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)分(fen)級(ji)生產線的(de)設備運行穩定，維(wei)護方(fang)便，每日檢測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量為600根，可(ke)以降(jiang)低生產成本(ben)并保證鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿質量。
