鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)是(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)基本組成部分，其主(zhu)要作(zuo)用是(shi)傳遞轉矩和輸送鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)液，鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)在服役的(de)(de)(de)過程中(zhong)承(cheng)受著拉、壓、扭、彎曲等各種復雜的(de)(de)(de)交變應(ying)力(li)(li)載(zai)荷，同時鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)液、鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)泥漿中(zhong)溶解的(de)(de)(de)O2、CO2和H2S等腐(fu)蝕(shi)介質及地層的(de)(de)(de)氧化物等介質會(hui)嚴(yan)重腐(fu)蝕(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)，受應(ying)力(li)(li)載(zai)荷以及化學腐(fu)蝕(shi)后的(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)非(fei)常容易(yi)失(shi)效(xiao)，進而(er)導(dao)致(zhi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)事(shi)故發生。2004年(nian)9月，中(zhong)國石油(you)集團石油(you)管(guan)工程技術研究院(yuan)主(zhu)持召(zhao)開(kai)了(le)第二(er)屆(jie)全國油(you)井(jing)(jing)管(guan)會(hui)議，初步統計(ji)油(you)田鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具(ju)失(shi)效(xiao)數量是(shi)每年(nian)1000例左右，而(er)其中(zhong)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)失(shi)效(xiao)占(zhan)據了(le)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具(ju)總(zong)失(shi)效(xiao)事(shi)故的(de)(de)(de)50％～60％。現場(chang)調查表(biao)明，國外14％以上的(de)(de)(de)油(you)氣井(jing)(jing)都(dou)發生過不同程度的(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱(zhu)(zhu)井(jing)(jing)下斷裂事(shi)故。
鉆桿(gan)服役(yi)(yi)時處于井底，而井底工況復雜，一(yi)般(ban)鉆井深度都(dou)在幾千米(mi)以上，使得鉆桿(gan)在役(yi)(yi)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)變得極其(qi)困(kun)難(nan)。而鉆桿(gan)的(de)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)又非常重(zhong)要，尤其(qi)對于已(yi)經服役(yi)(yi)一(yi)定時間的(de)鉆桿(gan)，其(qi)合理(li)報廢對于鉆柱事故的(de)預防具有(you)極大的(de)實際工程意義。鉆桿(gan)無損檢(jian)測(ce)(ce)(ce)是鉆桿(gan)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)實際有(you)效的(de)方(fang)法，及時對鉆桿(gan)缺陷進行檢(jian)測(ce)(ce)(ce)，不僅能夠減少(shao)鉆井事故，還能延長鉆桿(gan)使用壽命。此外，加強我國油田在役(yi)(yi)鉆桿(gan)無損檢(jian)測(ce)(ce)(ce)，還可(ke)以降(jiang)低鉆井風險(xian)，提高經濟效益，促進我國石(shi)油戰略的(de)長遠可(ke)持續發展。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿使(shi)(shi)用一段時間(jian)后，在桿體和(he)(he)接(jie)(jie)頭(tou)處極可能出現腐(fu)蝕、裂紋(wen)和(he)(he)穿孔等(deng)，這會導致(zhi)嚴重的(de)安全(quan)事故并造成(cheng)巨大(da)的(de)經濟損失(shi)。因此(ci)，鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿在使(shi)(shi)用一段時間(jian)后必須進行質(zhi)量(liang)檢測(ce)(ce)與修復(fu)才能繼續(xu)投入(ru)使(shi)(shi)用。傳統的(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿質(zhi)量(liang)檢測(ce)(ce)和(he)(he)分(fen)級工(gong)(gong)藝(yi)普(pu)遍是采用手工(gong)(gong)方(fang)式完成(cheng)的(de)。鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿從井場回收至檢測(ce)(ce)修復(fu)中心，首先采用手動(dong)超聲儀對鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿桿體進行局部抽檢，然后利用千分(fen)尺和(he)(he)游標(biao)卡尺對鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿接(jie)(jie)頭(tou)形位尺寸(cun)進行取點測(ce)(ce)量(liang)，最后根(gen)據檢測(ce)(ce)數據和(he)(he)分(fen)級標(biao)準，利用抓管機對
鉆桿逐(zhu)根挑揀(jian)分(fen)級(ji)。手工檢(jian)測(ce)分(fen)級(ji)效率低，并且(qie)檢(jian)測(ce)結(jie)果易受人為因(yin)素影響，已不適應(ying)回收鉆桿的質量(liang)檢(jian)測(ce)要求。因(yin)此，建立(li)自(zi)動化高效檢(jian)測(ce)分(fen)級(ji)生(sheng)產線(xian)，對鉆桿的質量(liang)檢(jian)測(ce)和分(fen)級(ji)管理(li)十(shi)分(fen)必要。
一、檢測分級工藝
根據(ju)鉆桿質量(liang)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)、分級管理與修復(fu)的相關(guan)標準和現(xian)場(chang)要求，回收鉆桿檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分級工藝(yi)(yi)流程(cheng)如圖(tu)7-1所示。舊(jiu)鉆桿從井場(chang)回收至(zhi)管子站后，首先經過(guo)彎曲(qu)矯直(zhi)、清洗等檢(jian)(jian)測(ce)(ce)預(yu)處理，然(ran)后依次經過(guo)材質分析、漏(lou)磁超聲(sheng)桿體復(fu)合(he)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)、接頭形位(wei)尺寸(cun)自(zi)動(dong)化測(ce)(ce)量(liang)、內壁復(fu)檢(jian)(jian)和加厚帶復(fu)檢(jian)(jian)等工藝(yi)(yi)過(guo)程(cheng)，最后根據(ju)鉆桿質量(liang)狀(zhuang)況進行評價分級和修復(fu)處理。
鉆(zhan)桿(gan)不(bu)僅(jin)具有連接螺紋、密封(feng)臺面和加厚帶等復雜結構(gou)(gou)，而且尺寸較大（長度約10m），這為實現自動(dong)化檢測(ce)(ce)分(fen)級帶來了困難(nan)。以(yi)鉆(zhan)桿(gan)的(de)結構(gou)(gou)特點和檢測(ce)(ce)工(gong)藝要求為基礎(chu)，采用(yong)一種基于鉆(zhan)桿(gan)螺旋前(qian)進的(de)漏(lou)磁超聲復合桿(gan)體(ti)無損(sun)檢測(ce)(ce)方法和基于激(ji)光測(ce)(ce)量的(de)鉆(zhan)桿(gan)接頭形位(wei)尺寸測(ce)(ce)量原(yuan)理，來替代傳統(tong)的(de)手工(gong)方式(shi)。檢測(ce)(ce)分(fen)級系統(tong)布局如圖7-2所示。
整個系(xi)統(tong)由漏磁桿體檢(jian)測設(she)備、超(chao)聲桿體檢(jian)測設(she)備、形位尺(chi)寸(cun)測量設(she)備、翻料(liao)裝備、V形輪(lun)直(zhi)行傳(chuan)輸(shu)(shu)輥(gun)道、V形輪(lun)螺旋傳(chuan)輸(shu)(shu)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(bu)分(fen)組(zu)成，并布(bu)置有大(da)量物料(liao)傳(chuan)感器。
漏(lou)磁(ci)與超聲復合(he)檢(jian)(jian)測(ce)是目前應用最為(wei)廣泛的(de)復合(he)檢(jian)(jian)測(ce)方法。漏(lou)磁(ci)檢(jian)(jian)測(ce)方法對鉆桿內表(biao)面缺陷具有很好(hao)的(de)適應性，而超聲波對內部(bu)缺陷具有更強的(de)探測(ce)能力。
鉆(zhan)桿(gan)(gan)接頭承(cheng)擔著鉆(zhan)桿(gan)(gan)之間傳遞(di)轉(zhuan)矩與密封鉆(zhan)井液的(de)作用(yong)，是鉆(zhan)桿(gan)(gan)最為重(zhong)要的(de)部位(wei)(wei)。因此，鉆(zhan)桿(gan)(gan)接頭形(xing)位(wei)(wei)尺寸檢(jian)(jian)測(ce)是回收(shou)鉆(zhan)桿(gan)(gan)重(zhong)復(fu)利用(yong)必不可(ke)少的(de)工序(xu)。但由于鉆(zhan)桿(gan)(gan)接頭結構(gou)復(fu)雜，目前鉆(zhan)桿(gan)(gan)接頭基本都是采用(yong)人(ren)工采樣方(fang)式進行測(ce)量，其測(ce)量結果(guo)受人(ren)為因素影響大，并且生(sheng)產(chan)率低。基于激(ji)光測(ce)距測(ce)量原理的(de)自(zi)動化形(xing)位(wei)(wei)尺寸全息測(ce)量系統，具有良好(hao)的(de)檢(jian)(jian)測(ce)精度(du)、靈(ling)敏(min)度(du)和重(zhong)復(fu)性，并且檢(jian)(jian)測(ce)過程(cheng)自(zi)動化，極大地(di)提(ti)高了生(sheng)產(chan)率。
鉆桿(gan)(gan)下(xia)井前必(bi)須(xu)進行鉆桿(gan)(gan)質量(liang)評價和分(fen)(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)管(guan)理，之后根(gen)據鉆桿(gan)(gan)質量(liang)級(ji)(ji)別分(fen)(fen)(fen)(fen)送(song)不(bu)同(tong)開采工(gong)況的(de)(de)(de)井區。目前，大部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)工(gong)作都是(shi)通過抓管(guan)機(ji)逐根(gen)挑揀完(wan)成(cheng)的(de)(de)(de)。由于鉆桿(gan)(gan)分(fen)(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)類(lei)型復雜，人(ren)工(gong)分(fen)(fen)(fen)(fen)揀效率低下(xia)，已不(bu)能適應鉆桿(gan)(gan)檢(jian)測的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)速度。為此，緊(jin)接檢(jian)測工(gong)藝，布置(zhi)一套鉆桿(gan)(gan)在線分(fen)(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)系(xi)統，實現鉆桿(gan)(gan)的(de)(de)(de)自動(dong)化分(fen)(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)管(guan)理是(shi)十分(fen)(fen)(fen)(fen)必(bi)要的(de)(de)(de)。
二、控(kong)制系統
檢測(ce)分級(ji)系統(tong)控(kong)制軟件結(jie)構(gou)(gou)如圖7-3所(suo)示，由用(yong)戶界面層、應(ying)用(yong)程序層和運動(dong)(dong)控(kong)制層構(gou)(gou)成。用(yong)戶界面層程序用(yong)于(yu)人機交(jiao)互、控(kong)制檢測(ce)流(liu)程、調整檢測(ce)工藝以及監測(ce)設備運行情況；應(ying)用(yong)程序層主要(yao)應(ying)用(yong)于(yu)檢測(ce)信(xin)號處理、鉆桿分級(ji)評(ping)價、數據儲存(cun)與(yu)管理以及信(xin)號傳輸；運動(dong)(dong)控(kong)制層以可(ke)編程序控(kong)制器為基礎，結(jie)合(he)具有通信(xin)功能的(de)現場設備實現整個系統(tong)內所(suo)有設備的(de)自(zi)動(dong)(dong)化控(kong)制。
檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)號從采集卡傳(chuan)(chuan)送(song)到檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)客戶機時(shi)，由對應客戶機上(shang)的檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)軟(ruan)件(jian)進(jin)行(xing)一系列信(xin)號處理(li)并(bing)存(cun)儲處理(li)結果(guo)，同(tong)時(shi)將(jiang)(jiang)信(xin)號根(gen)據分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)要求進(jin)行(xing)處理(li)并(bing)將(jiang)(jiang)結果(guo)通(tong)過局域網(wang)傳(chuan)(chuan)送(song)至檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)進(jin)行(xing)綜合處理(li)，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)為(wei)每(mei)根(gen)鉆桿建(jian)立質量(liang)監測(ce)(ce)(ce)數(shu)據庫。然(ran)后，分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)信(xin)息被(bei)打包由以太網(wang)絡(luo)從檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)傳(chuan)(chuan)送(song)至分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)，而后組(zu)態(tai)軟(ruan)件(jian)將(jiang)(jiang)顯示分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)信(xin)息并(bing)核(he)查，最后，通(tong)過MPI網(wang)絡(luo)將(jiang)(jiang)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)信(xin)息傳(chuan)(chuan)送(song)至可(ke)編(bian)程序(xu)(xu)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)，由其中(zhong)的自(zi)動(dong)(dong)化(hua)程序(xu)(xu)實(shi)現所有(you)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)設備的自(zi)動(dong)(dong)化(hua)控(kong)制(zhi)(zhi)。整(zheng)個(ge)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)系統(tong)共有(you)5個(ge)可(ke)編(bian)程序(xu)(xu)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)，形成(cheng)(cheng)主從站的Profibus-DP網(wang)絡(luo)模式，最終形成(cheng)(cheng)一個(ge)高效的自(zi)動(dong)(dong)化(hua)集散控(kong)制(zhi)(zhi)系統(tong)。圖7-4所示為(wei)組(zu)態(tai)控(kong)制(zhi)(zhi)界面，可(ke)實(shi)時(shi)監控(kong)設備運行(xing)情(qing)況并(bing)實(shi)現生產(chan)調度(du)。
三、現場應用(yong)
回(hui)(hui)收鉆(zhan)桿(gan)(gan)自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)在線(xian)(xian)檢測分級生(sheng)產線(xian)(xian)，如圖7-5所示，它包含了鉆(zhan)桿(gan)(gan)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)漏磁超聲(sheng)復(fu)合(he)無損檢測系(xi)統、基于激光測距測量(liang)原理(li)的(de)形位尺寸自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)測量(liang)系(xi)統以(yi)及(ji)鉆(zhan)桿(gan)(gan)自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)分級裝備。控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統采用了基于局域網(wang)、以(yi)太網(wang)、MPI網(wang)絡和Profibus-DP現(xian)場總線(xian)(xian)的(de)網(wang)絡化(hua)(hua)控(kong)(kong)制(zhi)方(fang)法，集(ji)成檢測信號和分級信息，實現(xian)了對生(sheng)產線(xian)(xian)的(de)自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)集(ji)散控(kong)(kong)制(zhi)。整套回(hui)(hui)收鉆(zhan)桿(gan)(gan)檢測分級生(sheng)產線(xian)(xian)的(de)設備運行穩(wen)定(ding)，維(wei)護(hu)方(fang)便，每日(ri)檢測量(liang)為(wei)600根，可以(yi)降低(di)生(sheng)產成本并保證(zheng)鉆(zhan)桿(gan)(gan)質(zhi)量(liang)。
