鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿是鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱的(de)(de)(de)基本(ben)組成部分，其主(zhu)要(yao)作用是傳遞轉矩和(he)輸(shu)送鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)液(ye)，鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿在服役(yi)的(de)(de)(de)過程中(zhong)(zhong)承受著(zhu)拉、壓、扭(niu)、彎曲等各(ge)種復(fu)雜的(de)(de)(de)交變應力載(zai)(zai)荷，同時(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)液(ye)、鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)泥漿中(zhong)(zhong)溶解(jie)的(de)(de)(de)O2、CO2和(he)H2S等腐蝕(shi)介質及地層的(de)(de)(de)氧化物(wu)等介質會(hui)嚴重腐蝕(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿，受應力載(zai)(zai)荷以及化學腐蝕(shi)后(hou)的(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿非常容(rong)易(yi)失效(xiao)，進而導致鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)事故發生。2004年9月(yue)，中(zhong)(zhong)國石(shi)油集(ji)團石(shi)油管(guan)工程技(ji)術(shu)研(yan)究院主(zhu)持召(zhao)開了第二(er)屆全(quan)國油井(jing)(jing)(jing)管(guan)會(hui)議(yi)，初步統(tong)計(ji)油田鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具失效(xiao)數量是每(mei)年1000例左右(you)，而其中(zhong)(zhong)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿失效(xiao)占(zhan)據了鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具總失效(xiao)事故的(de)(de)(de)50％～60％。現(xian)場(chang)調查(cha)表(biao)明，國外14％以上的(de)(de)(de)油氣井(jing)(jing)(jing)都發生過不同程度的(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱井(jing)(jing)(jing)下斷(duan)裂事故。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)服(fu)役時(shi)處于(yu)井底(di)，而井底(di)工(gong)況復雜，一(yi)般鉆(zhan)(zhan)井深(shen)度都在幾千米以上，使(shi)得鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)在役檢(jian)(jian)測變(bian)得極(ji)其困(kun)難(nan)。而鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)的(de)(de)檢(jian)(jian)測又非(fei)常重要(yao)，尤其對于(yu)已經服(fu)役一(yi)定時(shi)間的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)，其合理報廢對于(yu)鉆(zhan)(zhan)柱事故(gu)的(de)(de)預防(fang)具有極(ji)大的(de)(de)實際(ji)工(gong)程(cheng)意(yi)義。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)無(wu)損檢(jian)(jian)測是(shi)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)檢(jian)(jian)測實際(ji)有效(xiao)的(de)(de)方法，及時(shi)對鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)缺(que)陷進(jin)行檢(jian)(jian)測，不(bu)僅(jin)能(neng)夠(gou)減(jian)少鉆(zhan)(zhan)井事故(gu)，還能(neng)延長鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)使(shi)用壽命(ming)。此外，加強我國油(you)田在役鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)(gan)(gan)無(wu)損檢(jian)(jian)測，還可以降低鉆(zhan)(zhan)井風險(xian)，提高(gao)經濟效(xiao)益，促進(jin)我國石油(you)戰略的(de)(de)長遠可持(chi)續發展。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)使用(yong)一(yi)段時間后，在桿(gan)體和接頭(tou)處極可能出現腐蝕、裂紋和穿孔等，這會導致嚴(yan)重的安(an)全事故并(bing)造成(cheng)巨大的經濟損(sun)失(shi)。因此，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)在使用(yong)一(yi)段時間后必須進(jin)行(xing)質量檢(jian)(jian)測與修(xiu)復才能繼續投(tou)入使用(yong)。傳統的鉆(zhan)(zhan)桿(gan)質量檢(jian)(jian)測和分級工(gong)藝普遍是采用(yong)手工(gong)方式完成(cheng)的。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)從(cong)井場回(hui)收至檢(jian)(jian)測修(xiu)復中心，首先采用(yong)手動超聲儀對(dui)(dui)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)桿(gan)體進(jin)行(xing)局部(bu)抽檢(jian)(jian)，然后利(li)用(yong)千分尺和游標卡尺對(dui)(dui)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)接頭(tou)形位尺寸進(jin)行(xing)取(qu)點測量，最后根據檢(jian)(jian)測數(shu)據和分級標準，利(li)用(yong)抓管機(ji)對(dui)(dui)
鉆桿逐根挑揀分(fen)(fen)級(ji)(ji)。手工(gong)檢(jian)測分(fen)(fen)級(ji)(ji)效(xiao)率(lv)低(di)，并(bing)且檢(jian)測結果易受人為因素影響，已不(bu)適應回(hui)收(shou)鉆桿的(de)質量(liang)(liang)檢(jian)測要求。因此，建立自(zi)動化(hua)高效(xiao)檢(jian)測分(fen)(fen)級(ji)(ji)生產線，對鉆桿的(de)質量(liang)(liang)檢(jian)測和(he)分(fen)(fen)級(ji)(ji)管理(li)十分(fen)(fen)必要。
一、檢(jian)測分(fen)級(ji)工藝
根據鉆(zhan)桿質(zhi)量檢(jian)測(ce)(ce)(ce)、分(fen)(fen)(fen)級(ji)管(guan)理與(yu)修復(fu)(fu)的相(xiang)關標準(zhun)和(he)現場要求，回(hui)收(shou)鉆(zhan)桿檢(jian)測(ce)(ce)(ce)分(fen)(fen)(fen)級(ji)工藝流程(cheng)如圖7-1所示。舊鉆(zhan)桿從井場回(hui)收(shou)至管(guan)子站后，首先經過彎(wan)曲(qu)矯直(zhi)、清洗等檢(jian)測(ce)(ce)(ce)預(yu)處理，然后依次經過材質(zhi)分(fen)(fen)(fen)析、漏磁超(chao)聲桿體復(fu)(fu)合檢(jian)測(ce)(ce)(ce)、接頭(tou)形位尺寸(cun)自動化測(ce)(ce)(ce)量、內壁(bi)復(fu)(fu)檢(jian)和(he)加厚(hou)帶復(fu)(fu)檢(jian)等工藝過程(cheng)，最后根據鉆(zhan)桿質(zhi)量狀況進行評價分(fen)(fen)(fen)級(ji)和(he)修復(fu)(fu)處理。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)不僅具有連接螺紋、密封臺面(mian)和(he)(he)加(jia)厚帶等(deng)復雜結(jie)構，而(er)且尺(chi)寸較大（長度約10m），這(zhe)為實現自(zi)動化檢測(ce)分級帶來了(le)困難。以(yi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)的(de)(de)結(jie)構特點和(he)(he)檢測(ce)工藝(yi)要求為基(ji)(ji)礎(chu)，采用一種(zhong)基(ji)(ji)于(yu)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)螺旋(xuan)前進的(de)(de)漏(lou)磁超聲復合桿(gan)體無損檢測(ce)方法和(he)(he)基(ji)(ji)于(yu)激(ji)光(guang)測(ce)量的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)接頭形位尺(chi)寸測(ce)量原理，來替代傳統的(de)(de)手工方式。檢測(ce)分級系統布局如圖7-2所示。
整個(ge)系統由漏磁(ci)桿體檢(jian)(jian)測(ce)設備(bei)(bei)(bei)、超聲桿體檢(jian)(jian)測(ce)設備(bei)(bei)(bei)、形(xing)位尺寸測(ce)量設備(bei)(bei)(bei)、翻料裝(zhuang)備(bei)(bei)(bei)、V形(xing)輪(lun)直行傳輸(shu)(shu)輥道、V形(xing)輪(lun)螺旋傳輸(shu)(shu)輥道、待(dai)檢(jian)(jian)料架(jia)、復(fu)檢(jian)(jian)料架(jia)、成品(pin)料架(jia)等(deng)部分組成，并布置有(you)大(da)量物(wu)料傳感器。
漏磁(ci)與超(chao)聲(sheng)復(fu)合(he)檢(jian)(jian)測(ce)是目(mu)前(qian)應用(yong)最為廣泛的(de)復(fu)合(he)檢(jian)(jian)測(ce)方(fang)法。漏磁(ci)檢(jian)(jian)測(ce)方(fang)法對(dui)鉆(zhan)桿(gan)內(nei)(nei)表(biao)面缺陷具(ju)有很(hen)好的(de)適應性，而超(chao)聲(sheng)波對(dui)內(nei)(nei)部缺陷具(ju)有更強的(de)探測(ce)能力(li)。
鉆桿(gan)接(jie)頭(tou)承擔著鉆桿(gan)之間傳遞轉矩與密封鉆井液的(de)作用(yong)，是(shi)鉆桿(gan)最為重要的(de)部位。因此，鉆桿(gan)接(jie)頭(tou)形位尺(chi)寸檢測(ce)(ce)(ce)是(shi)回收鉆桿(gan)重復(fu)利用(yong)必(bi)不(bu)可(ke)少的(de)工序。但由于(yu)鉆桿(gan)接(jie)頭(tou)結構復(fu)雜，目前(qian)鉆桿(gan)接(jie)頭(tou)基(ji)本都是(shi)采用(yong)人(ren)(ren)工采樣方式進(jin)行(xing)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(da)，并且(qie)生產(chan)率低。基(ji)于(yu)激(ji)光(guang)測(ce)(ce)(ce)距(ju)測(ce)(ce)(ce)量(liang)原理的(de)自動(dong)化(hua)形位尺(chi)寸全(quan)息(xi)測(ce)(ce)(ce)量(liang)系統，具有良好(hao)的(de)檢測(ce)(ce)(ce)精度、靈敏(min)度和重復(fu)性(xing)，并且(qie)檢測(ce)(ce)(ce)過程自動(dong)化(hua)，極大(da)地提高了生產(chan)率。
鉆(zhan)桿(gan)下(xia)井前(qian)(qian)必須(xu)進行鉆(zhan)桿(gan)質(zhi)量(liang)評價和(he)分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)管理，之后根據鉆(zhan)桿(gan)質(zhi)量(liang)級(ji)(ji)別分(fen)(fen)(fen)送不同開采工況的(de)(de)井區。目前(qian)(qian)，大部(bu)分(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)工作都是通(tong)過抓(zhua)管機逐根挑揀(jian)完成的(de)(de)。由于鉆(zhan)桿(gan)分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)類型復雜，人工分(fen)(fen)(fen)揀(jian)效率低下(xia)，已不能適應鉆(zhan)桿(gan)檢(jian)測(ce)的(de)(de)生(sheng)產速度。為此，緊接檢(jian)測(ce)工藝(yi)，布置一(yi)套鉆(zhan)桿(gan)在線分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)系(xi)統，實現鉆(zhan)桿(gan)的(de)(de)自動化分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)管理是十分(fen)(fen)(fen)必要的(de)(de)。
二、控(kong)制系統(tong)
檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)級系(xi)統控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)軟件結構如圖7-3所(suo)示，由用(yong)(yong)戶界面(mian)層(ceng)、應用(yong)(yong)程序(xu)層(ceng)和運動控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)層(ceng)構成。用(yong)(yong)戶界面(mian)層(ceng)程序(xu)用(yong)(yong)于(yu)人機(ji)交(jiao)互(hu)、控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)檢(jian)(jian)測(ce)流程、調(diao)整(zheng)檢(jian)(jian)測(ce)工藝以及監測(ce)設備(bei)運行情(qing)況；應用(yong)(yong)程序(xu)層(ceng)主(zhu)要應用(yong)(yong)于(yu)檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)處理、鉆(zhan)桿分(fen)級評價、數(shu)據儲存與管理以及信(xin)號(hao)傳輸；運動控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)層(ceng)以可編程序(xu)控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)器為基礎(chu)，結合具有通信(xin)功能(neng)的(de)現(xian)場設備(bei)實現(xian)整(zheng)個系(xi)統內所(suo)有設備(bei)的(de)自(zi)動化控(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)。
檢測(ce)(ce)(ce)信號(hao)(hao)從(cong)采(cai)集(ji)卡傳送(song)到檢測(ce)(ce)(ce)客戶(hu)機(ji)時(shi)，由對應(ying)客戶(hu)機(ji)上的檢測(ce)(ce)(ce)軟(ruan)(ruan)件(jian)進(jin)(jin)行(xing)一系列信號(hao)(hao)處理(li)并(bing)(bing)存儲處理(li)結(jie)果，同(tong)時(shi)將信號(hao)(hao)根(gen)據分級要求進(jin)(jin)行(xing)處理(li)并(bing)(bing)將結(jie)果通(tong)過局域網(wang)(wang)傳送(song)至檢測(ce)(ce)(ce)服務(wu)器(qi)進(jin)(jin)行(xing)綜合(he)處理(li)，檢測(ce)(ce)(ce)服務(wu)器(qi)為每根(gen)鉆桿建立質量監測(ce)(ce)(ce)數(shu)據庫。然后(hou)(hou)，分級信息(xi)被打包由以太網(wang)(wang)絡(luo)從(cong)檢測(ce)(ce)(ce)服務(wu)器(qi)傳送(song)至分級服務(wu)器(qi)，而后(hou)(hou)組(zu)態(tai)軟(ruan)(ruan)件(jian)將顯(xian)示分級信息(xi)并(bing)(bing)核查，最(zui)后(hou)(hou)，通(tong)過MPI網(wang)(wang)絡(luo)將分級信息(xi)傳送(song)至可(ke)編程序控制(zhi)器(qi)，由其中的自動(dong)化程序實(shi)現所有檢測(ce)(ce)(ce)分級設(she)備的自動(dong)化控制(zhi)。整個(ge)分級檢測(ce)(ce)(ce)系統共有5個(ge)可(ke)編程序控制(zhi)器(qi)，形(xing)(xing)成(cheng)主從(cong)站的Profibus-DP網(wang)(wang)絡(luo)模式(shi)，最(zui)終形(xing)(xing)成(cheng)一個(ge)高效(xiao)的自動(dong)化集(ji)散控制(zhi)系統。圖7-4所示為組(zu)態(tai)控制(zhi)界(jie)面(mian)，可(ke)實(shi)時(shi)監控設(she)備運行(xing)情況(kuang)并(bing)(bing)實(shi)現生產調度。
三、現場(chang)應用(yong)
回收(shou)鉆桿(gan)自(zi)(zi)動(dong)化(hua)(hua)在線(xian)檢測(ce)分級生產線(xian)，如圖7-5所示，它包含了鉆桿(gan)旋轉的(de)(de)自(zi)(zi)動(dong)化(hua)(hua)漏磁超聲復合無(wu)損檢測(ce)系統(tong)、基(ji)于激光測(ce)距測(ce)量(liang)原理(li)的(de)(de)形位(wei)尺寸自(zi)(zi)動(dong)化(hua)(hua)測(ce)量(liang)系統(tong)以及鉆桿(gan)自(zi)(zi)動(dong)化(hua)(hua)分級裝(zhuang)備。控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系統(tong)采用了基(ji)于局域網、以太網、MPI網絡(luo)和Profibus-DP現場總線(xian)的(de)(de)網絡(luo)化(hua)(hua)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)方(fang)法，集(ji)成檢測(ce)信(xin)號和分級信(xin)息，實現了對生產線(xian)的(de)(de)自(zi)(zi)動(dong)化(hua)(hua)集(ji)散(san)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)。整套回收(shou)鉆桿(gan)檢測(ce)分級生產線(xian)的(de)(de)設備運行穩(wen)定(ding)，維護(hu)方(fang)便(bian)，每(mei)日檢測(ce)量(liang)為600根，可以降低生產成本并保證鉆桿(gan)質量(liang)。
