鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)是(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱的(de)(de)基本(ben)組成(cheng)部分(fen)，其主要作用是(shi)傳遞(di)轉矩(ju)和輸送鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井液(ye)，鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)在服役的(de)(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)承受(shou)著拉、壓、扭(niu)、彎曲等(deng)各種復(fu)雜的(de)(de)交變應力載荷，同時鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井液(ye)、鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井泥漿(jiang)中(zhong)溶解的(de)(de)O2、CO2和H2S等(deng)腐蝕介質(zhi)及(ji)地層的(de)(de)氧化物等(deng)介質(zhi)會嚴重腐蝕鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)，受(shou)應力載荷以及(ji)化學(xue)腐蝕后(hou)的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)非常容易失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)，進而導致鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井事故(gu)發(fa)生。2004年(nian)9月(yue)，中(zhong)國(guo)石油(you)集團石油(you)管(guan)工程(cheng)技(ji)術研究院主持召開了(le)(le)第二屆(jie)全國(guo)油(you)井管(guan)會議，初步統(tong)計油(you)田鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具(ju)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)數量是(shi)每年(nian)1000例左右，而其中(zhong)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)占據了(le)(le)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具(ju)總失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)事故(gu)的(de)(de)50％～60％。現場(chang)調查(cha)表明，國(guo)外14％以上的(de)(de)油(you)氣井都發(fa)生過(guo)不同程(cheng)度的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱井下斷裂(lie)事故(gu)。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)服(fu)役(yi)時(shi)處于井(jing)底，而(er)井(jing)底工況復雜，一(yi)(yi)般鉆(zhan)(zhan)井(jing)深(shen)度都在幾千米以上，使得鉆(zhan)(zhan)桿(gan)在役(yi)檢測變得極(ji)(ji)其困難(nan)。而(er)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)的(de)(de)檢測又(you)非常重要(yao)，尤其對(dui)于已(yi)經服(fu)役(yi)一(yi)(yi)定時(shi)間的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)，其合理報(bao)廢對(dui)于鉆(zhan)(zhan)柱事(shi)故的(de)(de)預(yu)防具(ju)有(you)極(ji)(ji)大的(de)(de)實際(ji)工程意義。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)無損檢測是鉆(zhan)(zhan)桿(gan)檢測實際(ji)有(you)效的(de)(de)方法(fa)，及時(shi)對(dui)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)缺陷進行檢測，不僅能夠減少(shao)鉆(zhan)(zhan)井(jing)事(shi)故，還能延長(chang)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)使用(yong)壽命。此外，加強我國油田在役(yi)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)無損檢測，還可(ke)以降(jiang)低鉆(zhan)(zhan)井(jing)風險，提高經濟(ji)效益，促進我國石油戰(zhan)略的(de)(de)長(chang)遠可(ke)持續發展。
鉆(zhan)桿(gan)使用(yong)一(yi)段時間后，在(zai)桿(gan)體和接頭(tou)處極(ji)可能(neng)(neng)出現腐蝕、裂紋和穿孔等，這會導致嚴重的(de)安全事故并(bing)造成巨大的(de)經濟損失。因此，鉆(zhan)桿(gan)在(zai)使用(yong)一(yi)段時間后必(bi)須進(jin)行質量(liang)檢(jian)測與修復才能(neng)(neng)繼續投入(ru)使用(yong)。傳統的(de)鉆(zhan)桿(gan)質量(liang)檢(jian)測和分級(ji)工藝普(pu)遍是(shi)采(cai)用(yong)手(shou)工方式完成的(de)。鉆(zhan)桿(gan)從(cong)井場回收至檢(jian)測修復中心，首先采(cai)用(yong)手(shou)動超聲儀對(dui)鉆(zhan)桿(gan)桿(gan)體進(jin)行局部抽檢(jian)，然(ran)后利(li)用(yong)千分尺(chi)(chi)和游標卡(ka)尺(chi)(chi)對(dui)鉆(zhan)桿(gan)接頭(tou)形位尺(chi)(chi)寸(cun)進(jin)行取點測量(liang)，最后根據檢(jian)測數據和分級(ji)標準，利(li)用(yong)抓管機(ji)對(dui)
鉆(zhan)桿(gan)(gan)逐根挑揀分級。手工檢(jian)(jian)測(ce)分級效率低(di)，并(bing)且檢(jian)(jian)測(ce)結(jie)果(guo)易(yi)受人為因素影響，已不適應回收鉆(zhan)桿(gan)(gan)的(de)(de)質量檢(jian)(jian)測(ce)要求(qiu)。因此，建立自動化高效檢(jian)(jian)測(ce)分級生產線，對鉆(zhan)桿(gan)(gan)的(de)(de)質量檢(jian)(jian)測(ce)和(he)分級管理十分必要。
一、檢測分級(ji)工藝
根據(ju)鉆桿(gan)質(zhi)(zhi)量(liang)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)、分(fen)(fen)(fen)級管(guan)理與修復(fu)的(de)相關(guan)標準(zhun)和(he)現場(chang)要求，回收(shou)鉆桿(gan)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分(fen)(fen)(fen)級工(gong)藝流程(cheng)如圖(tu)7-1所示。舊(jiu)鉆桿(gan)從井場(chang)回收(shou)至管(guan)子站后，首先經過(guo)彎曲矯(jiao)直、清洗等(deng)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)預(yu)處(chu)理，然(ran)后依次經過(guo)材質(zhi)(zhi)分(fen)(fen)(fen)析、漏(lou)磁(ci)超聲桿(gan)體復(fu)合(he)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)、接頭形位尺寸自動化測(ce)(ce)量(liang)、內(nei)壁復(fu)檢(jian)(jian)和(he)加厚(hou)帶(dai)復(fu)檢(jian)(jian)等(deng)工(gong)藝過(guo)程(cheng)，最(zui)后根據(ju)鉆桿(gan)質(zhi)(zhi)量(liang)狀況進行評價(jia)分(fen)(fen)(fen)級和(he)修復(fu)處(chu)理。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)不僅具有連接(jie)螺紋、密封臺(tai)面和(he)加厚(hou)帶等復雜結構(gou)，而且尺寸(cun)較(jiao)大(da)（長度(du)約10m），這為實現(xian)自動化檢(jian)測分級(ji)帶來了困難。以(yi)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)的(de)結構(gou)特點和(he)檢(jian)測工藝要求為基礎(chu)，采用一種(zhong)基于鉆(zhan)(zhan)桿(gan)螺旋前進的(de)漏磁超(chao)聲復合桿(gan)體無(wu)損檢(jian)測方法和(he)基于激光測量(liang)的(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)接(jie)頭形(xing)位尺寸(cun)測量(liang)原理，來替代傳統的(de)手工方式。檢(jian)測分級(ji)系統布局(ju)如圖7-2所示。
整個系統由漏磁桿體檢測(ce)設(she)備(bei)、超聲桿體檢測(ce)設(she)備(bei)、形(xing)位尺寸測(ce)量設(she)備(bei)、翻料(liao)裝(zhuang)備(bei)、V形(xing)輪直行傳輸(shu)輥道(dao)、V形(xing)輪螺旋傳輸(shu)輥道(dao)、待(dai)檢料(liao)架、復檢料(liao)架、成品料(liao)架等(deng)部分(fen)組成，并布(bu)置有大量物料(liao)傳感器。
漏(lou)(lou)磁與超聲復合(he)檢測(ce)是目前應用最為廣泛(fan)的(de)復合(he)檢測(ce)方(fang)法。漏(lou)(lou)磁檢測(ce)方(fang)法對鉆桿內表面缺(que)陷具有很好(hao)的(de)適應性，而超聲波對內部(bu)缺(que)陷具有更強的(de)探測(ce)能力(li)。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭承擔(dan)著鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)之間傳遞轉(zhuan)矩(ju)與密封鉆(zhan)(zhan)井液的作用(yong)(yong)，是鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)最為重要的部位。因此(ci)，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭形位尺寸檢測(ce)是回(hui)收鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)重復(fu)利用(yong)(yong)必不可少的工(gong)序。但由(you)于(yu)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭結(jie)構復(fu)雜，目前鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭基(ji)本(ben)都(dou)是采用(yong)(yong)人(ren)(ren)工(gong)采樣方(fang)式進行測(ce)量(liang)，其測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)受人(ren)(ren)為因素影響大(da)(da)，并且(qie)生(sheng)產率(lv)低。基(ji)于(yu)激光測(ce)距測(ce)量(liang)原理的自(zi)動(dong)化形位尺寸全息測(ce)量(liang)系統，具有良(liang)好的檢測(ce)精度(du)、靈(ling)敏度(du)和重復(fu)性，并且(qie)檢測(ce)過(guo)程自(zi)動(dong)化，極大(da)(da)地(di)提高了(le)生(sheng)產率(lv)。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)下(xia)(xia)井前必須進行鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質(zhi)量(liang)評(ping)價和(he)分(fen)級(ji)(ji)管理(li)，之后根(gen)據鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質(zhi)量(liang)級(ji)(ji)別分(fen)送不(bu)同開采(cai)工(gong)況的井區(qu)。目前，大部分(fen)分(fen)級(ji)(ji)工(gong)作都是(shi)(shi)通過(guo)抓管機逐根(gen)挑揀(jian)完成的。由于鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)分(fen)級(ji)(ji)類型復雜，人(ren)工(gong)分(fen)揀(jian)效率低下(xia)(xia)，已不(bu)能適應(ying)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)檢測(ce)的生產(chan)速度。為此，緊(jin)接(jie)檢測(ce)工(gong)藝，布置(zhi)一套(tao)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在線分(fen)級(ji)(ji)系統，實現鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)的自動化分(fen)級(ji)(ji)管理(li)是(shi)(shi)十分(fen)必要的。
二、控制系(xi)統
檢(jian)測(ce)分級(ji)系(xi)(xi)統控(kong)制(zhi)(zhi)軟件結構(gou)如圖7-3所示，由用(yong)(yong)戶界(jie)面層(ceng)(ceng)、應(ying)(ying)用(yong)(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)層(ceng)(ceng)和運(yun)(yun)動控(kong)制(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)構(gou)成。用(yong)(yong)戶界(jie)面層(ceng)(ceng)程(cheng)(cheng)序(xu)用(yong)(yong)于人機交互、控(kong)制(zhi)(zhi)檢(jian)測(ce)流(liu)程(cheng)(cheng)、調整檢(jian)測(ce)工藝以(yi)及監測(ce)設(she)備運(yun)(yun)行情況；應(ying)(ying)用(yong)(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)層(ceng)(ceng)主要應(ying)(ying)用(yong)(yong)于檢(jian)測(ce)信(xin)號處理、鉆桿分級(ji)評(ping)價、數據儲存與管理以(yi)及信(xin)號傳輸；運(yun)(yun)動控(kong)制(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)以(yi)可編程(cheng)(cheng)序(xu)控(kong)制(zhi)(zhi)器為基礎，結合具有通信(xin)功能的(de)現場設(she)備實現整個(ge)系(xi)(xi)統內所有設(she)備的(de)自動化控(kong)制(zhi)(zhi)。
檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)號從(cong)采集卡傳(chuan)送(song)到檢測(ce)(ce)(ce)客戶機時(shi)，由(you)對應(ying)客戶機上的(de)(de)檢測(ce)(ce)(ce)軟(ruan)件進行一系列信(xin)號處理(li)并存儲(chu)處理(li)結果(guo)，同時(shi)將(jiang)信(xin)號根(gen)據分(fen)級(ji)(ji)要求(qiu)進行處理(li)并將(jiang)結果(guo)通過局域(yu)網(wang)傳(chuan)送(song)至檢測(ce)(ce)(ce)服(fu)(fu)務(wu)器(qi)(qi)進行綜合處理(li)，檢測(ce)(ce)(ce)服(fu)(fu)務(wu)器(qi)(qi)為每根(gen)鉆(zhan)桿(gan)建立質(zhi)量監測(ce)(ce)(ce)數據庫。然后，分(fen)級(ji)(ji)信(xin)息(xi)(xi)被打(da)包由(you)以太(tai)網(wang)絡從(cong)檢測(ce)(ce)(ce)服(fu)(fu)務(wu)器(qi)(qi)傳(chuan)送(song)至分(fen)級(ji)(ji)服(fu)(fu)務(wu)器(qi)(qi)，而后組態軟(ruan)件將(jiang)顯(xian)示分(fen)級(ji)(ji)信(xin)息(xi)(xi)并核查(cha)，最后，通過MPI網(wang)絡將(jiang)分(fen)級(ji)(ji)信(xin)息(xi)(xi)傳(chuan)送(song)至可編(bian)程(cheng)(cheng)序(xu)控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)，由(you)其(qi)中的(de)(de)自(zi)動化(hua)(hua)程(cheng)(cheng)序(xu)實現所有檢測(ce)(ce)(ce)分(fen)級(ji)(ji)設(she)備(bei)的(de)(de)自(zi)動化(hua)(hua)控(kong)制(zhi)。整個(ge)分(fen)級(ji)(ji)檢測(ce)(ce)(ce)系統共有5個(ge)可編(bian)程(cheng)(cheng)序(xu)控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)，形成(cheng)主從(cong)站的(de)(de)Profibus-DP網(wang)絡模式，最終形成(cheng)一個(ge)高(gao)效的(de)(de)自(zi)動化(hua)(hua)集散控(kong)制(zhi)系統。圖7-4所示為組態控(kong)制(zhi)界面，可實時(shi)監控(kong)設(she)備(bei)運行情況并實現生產(chan)調度。
三、現場(chang)應(ying)用(yong)
回收鉆(zhan)桿自(zi)(zi)動(dong)化在線(xian)(xian)檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)級生(sheng)(sheng)產線(xian)(xian)，如圖7-5所示，它包含了鉆(zhan)桿旋轉的(de)(de)自(zi)(zi)動(dong)化漏(lou)磁超聲(sheng)復合無損檢(jian)(jian)測(ce)系統、基于激光測(ce)距測(ce)量(liang)(liang)原理(li)的(de)(de)形(xing)位尺寸自(zi)(zi)動(dong)化測(ce)量(liang)(liang)系統以及鉆(zhan)桿自(zi)(zi)動(dong)化分(fen)級裝備。控制(zhi)系統采用了基于局域網(wang)(wang)(wang)、以太網(wang)(wang)(wang)、MPI網(wang)(wang)(wang)絡和Profibus-DP現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)(xian)的(de)(de)網(wang)(wang)(wang)絡化控制(zhi)方法，集(ji)成檢(jian)(jian)測(ce)信號和分(fen)級信息，實現(xian)了對生(sheng)(sheng)產線(xian)(xian)的(de)(de)自(zi)(zi)動(dong)化集(ji)散(san)控制(zhi)。整套回收鉆(zhan)桿檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)級生(sheng)(sheng)產線(xian)(xian)的(de)(de)設備運(yun)行(xing)穩定，維護方便，每日檢(jian)(jian)測(ce)量(liang)(liang)為(wei)600根(gen)，可以降低生(sheng)(sheng)產成本并保(bao)證鉆(zhan)桿質量(liang)(liang)。
