鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)是(shi)(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)柱(zhu)的(de)(de)(de)(de)基本組成(cheng)部分，其主要作用是(shi)(shi)傳(chuan)遞轉矩和(he)輸送鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)液(ye)，鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在服(fu)役的(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中(zhong)承受著拉、壓、扭、彎(wan)曲等(deng)各種復雜的(de)(de)(de)(de)交變應力載荷，同時鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)液(ye)、鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)泥漿中(zhong)溶解的(de)(de)(de)(de)O2、CO2和(he)H2S等(deng)腐蝕介質(zhi)及(ji)地層的(de)(de)(de)(de)氧化物等(deng)介質(zhi)會嚴重腐蝕鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)，受應力載荷以及(ji)化學腐蝕后的(de)(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)非常容易失效，進而導致鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)事故發生。2004年(nian)9月(yue)，中(zhong)國石油(you)集團石油(you)管(guan)工程(cheng)技術研究(jiu)院主持召(zhao)開了第二屆(jie)全國油(you)井(jing)(jing)管(guan)會議，初步統計(ji)油(you)田鉆(zhan)(zhan)(zhan)具失效數量是(shi)(shi)每年(nian)1000例(li)左(zuo)右，而其中(zhong)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)失效占據(ju)了鉆(zhan)(zhan)(zhan)具總失效事故的(de)(de)(de)(de)50％～60％。現場調查表(biao)明，國外14％以上的(de)(de)(de)(de)油(you)氣井(jing)(jing)都發生過不同程(cheng)度的(de)(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)柱(zhu)井(jing)(jing)下斷裂事故。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)服(fu)(fu)役時(shi)處于井(jing)(jing)底(di)，而井(jing)(jing)底(di)工(gong)況復雜，一般鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)深度(du)都在幾千米以上，使得鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在役檢(jian)(jian)測變得極(ji)其(qi)困難。而鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)的(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測又非(fei)常重要，尤其(qi)對于已經服(fu)(fu)役一定時(shi)間的(de)(de)(de)(de)(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)，其(qi)合理(li)報(bao)廢(fei)對于鉆(zhan)(zhan)柱事(shi)故的(de)(de)(de)(de)(de)預(yu)防具(ju)有極(ji)大的(de)(de)(de)(de)(de)實際工(gong)程意義。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)無損(sun)檢(jian)(jian)測是鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)檢(jian)(jian)測實際有效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)方法，及時(shi)對鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)缺陷進(jin)行檢(jian)(jian)測，不僅能(neng)夠減少鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)事(shi)故，還能(neng)延長(chang)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)使用壽(shou)命。此外，加強我國油(you)(you)田在役鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)無損(sun)檢(jian)(jian)測，還可以降低鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)風險，提高經濟效(xiao)益，促進(jin)我國石油(you)(you)戰略的(de)(de)(de)(de)(de)長(chang)遠可持續發展。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)使(shi)用(yong)一(yi)段時間后，在(zai)桿(gan)(gan)(gan)體和接頭處(chu)極可能出現(xian)腐蝕(shi)、裂紋和穿孔等，這會(hui)導致嚴重(zhong)的(de)(de)安全事故并造(zao)成巨(ju)大的(de)(de)經濟損失(shi)。因此，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)在(zai)使(shi)用(yong)一(yi)段時間后必(bi)須(xu)進(jin)(jin)行(xing)質(zhi)量(liang)(liang)檢(jian)測與修(xiu)復才能繼(ji)續投入使(shi)用(yong)。傳(chuan)統(tong)的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)質(zhi)量(liang)(liang)檢(jian)測和分(fen)級工(gong)藝普遍是采(cai)用(yong)手工(gong)方式完成的(de)(de)。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)從井(jing)場回收至檢(jian)測修(xiu)復中(zhong)心，首(shou)先采(cai)用(yong)手動超聲儀對(dui)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)桿(gan)(gan)(gan)體進(jin)(jin)行(xing)局部抽檢(jian)，然后利用(yong)千分(fen)尺和游標(biao)(biao)卡(ka)尺對(dui)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)接頭形位尺寸進(jin)(jin)行(xing)取點測量(liang)(liang)，最后根據檢(jian)測數(shu)據和分(fen)級標(biao)(biao)準，利用(yong)抓管機(ji)對(dui)
鉆桿(gan)逐根挑(tiao)揀分級(ji)。手工檢(jian)測分級(ji)效(xiao)(xiao)率低(di)，并且(qie)檢(jian)測結果易(yi)受人為因素影響，已不適應回收鉆桿(gan)的(de)質(zhi)量(liang)檢(jian)測要求。因此(ci)，建立自動化高(gao)效(xiao)(xiao)檢(jian)測分級(ji)生產線，對鉆桿(gan)的(de)質(zhi)量(liang)檢(jian)測和(he)分級(ji)管理(li)十分必要。
一、檢測分(fen)級工(gong)藝
根據鉆桿質量(liang)檢(jian)測(ce)、分級管理(li)與修復的相關標準(zhun)和(he)現場(chang)要(yao)求(qiu)，回收鉆桿檢(jian)測(ce)分級工藝流程如圖7-1所示(shi)。舊鉆桿從井(jing)場(chang)回收至管子(zi)站(zhan)后(hou)，首先經過(guo)彎曲矯直、清洗(xi)等檢(jian)測(ce)預處(chu)理(li)，然后(hou)依次(ci)經過(guo)材(cai)質分析(xi)、漏(lou)磁超聲桿體復合檢(jian)測(ce)、接頭形位尺寸自動化測(ce)量(liang)、內壁復檢(jian)和(he)加厚帶(dai)復檢(jian)等工藝過(guo)程，最后(hou)根據鉆桿質量(liang)狀況進行(xing)評價(jia)分級和(he)修復處(chu)理(li)。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)不(bu)僅具有連接(jie)螺紋(wen)、密封(feng)臺面(mian)和(he)(he)加厚帶等復雜結(jie)構，而且尺(chi)寸較大（長度約(yue)10m），這為實現自動化檢測(ce)(ce)分(fen)級(ji)帶來了(le)困難(nan)。以鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)的(de)(de)結(jie)構特點和(he)(he)檢測(ce)(ce)工藝要求為基(ji)礎，采用一種基(ji)于鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)螺旋前進的(de)(de)漏磁超聲復合(he)桿(gan)(gan)體無損檢測(ce)(ce)方(fang)法和(he)(he)基(ji)于激光測(ce)(ce)量的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)形位尺(chi)寸測(ce)(ce)量原理，來替(ti)代傳統的(de)(de)手工方(fang)式。檢測(ce)(ce)分(fen)級(ji)系統布局如(ru)圖7-2所示(shi)。
整(zheng)個系統由漏(lou)磁桿體檢(jian)(jian)測(ce)設備(bei)、超聲(sheng)桿體檢(jian)(jian)測(ce)設備(bei)、形位尺(chi)寸測(ce)量(liang)設備(bei)、翻料裝(zhuang)備(bei)、V形輪直(zhi)行(xing)傳(chuan)輸(shu)輥道(dao)、V形輪螺旋(xuan)傳(chuan)輸(shu)輥道(dao)、待檢(jian)(jian)料架(jia)、復檢(jian)(jian)料架(jia)、成品料架(jia)等(deng)部分(fen)組(zu)成，并布置有(you)大量(liang)物(wu)料傳(chuan)感器(qi)。
漏磁(ci)(ci)與超聲復合(he)(he)檢(jian)測(ce)是目(mu)前應用最為廣(guang)泛(fan)的復合(he)(he)檢(jian)測(ce)方法。漏磁(ci)(ci)檢(jian)測(ce)方法對鉆(zhan)桿內表面缺(que)陷(xian)具有很(hen)好(hao)的適應性，而超聲波(bo)對內部缺(que)陷(xian)具有更強的探測(ce)能力(li)。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)承擔著鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)之間(jian)傳遞轉矩與密封鉆(zhan)(zhan)井液的(de)作用，是(shi)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)最(zui)為(wei)重(zhong)(zhong)要的(de)部位(wei)。因(yin)此，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)形位(wei)尺(chi)寸檢(jian)測(ce)是(shi)回(hui)收(shou)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)重(zhong)(zhong)復(fu)利用必不(bu)可少(shao)的(de)工(gong)序。但由(you)于鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)結構復(fu)雜，目前鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)基(ji)本都是(shi)采用人(ren)(ren)工(gong)采樣方式進行測(ce)量(liang)(liang)，其測(ce)量(liang)(liang)結果受人(ren)(ren)為(wei)因(yin)素影響大，并(bing)且(qie)生產(chan)(chan)率低。基(ji)于激光測(ce)距測(ce)量(liang)(liang)原(yuan)理的(de)自動化形位(wei)尺(chi)寸全息(xi)測(ce)量(liang)(liang)系(xi)統(tong)，具有良(liang)好的(de)檢(jian)測(ce)精(jing)度(du)、靈(ling)敏度(du)和重(zhong)(zhong)復(fu)性，并(bing)且(qie)檢(jian)測(ce)過程自動化，極大地提高了生產(chan)(chan)率。
鉆(zhan)桿(gan)(gan)下井前(qian)必(bi)須進行鉆(zhan)桿(gan)(gan)質量評價和分(fen)級管(guan)理，之后根(gen)據鉆(zhan)桿(gan)(gan)質量級別分(fen)送不(bu)同開采(cai)工(gong)況(kuang)的井區。目前(qian)，大部分(fen)分(fen)級工(gong)作都是通過抓管(guan)機逐根(gen)挑揀(jian)(jian)完成的。由于鉆(zhan)桿(gan)(gan)分(fen)級類型復雜，人(ren)工(gong)分(fen)揀(jian)(jian)效率低下，已不(bu)能(neng)適應鉆(zhan)桿(gan)(gan)檢測的生產速度。為此，緊接檢測工(gong)藝，布(bu)置一(yi)套鉆(zhan)桿(gan)(gan)在線分(fen)級系統，實現鉆(zhan)桿(gan)(gan)的自動化分(fen)級管(guan)理是十分(fen)必(bi)要的。
二、控制(zhi)系統
檢測分級系統控(kong)(kong)(kong)(kong)制軟(ruan)件結(jie)(jie)構如圖7-3所示，由用(yong)戶界面層(ceng)、應用(yong)程(cheng)序層(ceng)和(he)運(yun)動(dong)控(kong)(kong)(kong)(kong)制層(ceng)構成。用(yong)戶界面層(ceng)程(cheng)序用(yong)于人(ren)機(ji)交互(hu)、控(kong)(kong)(kong)(kong)制檢測流程(cheng)、調整(zheng)檢測工藝以及(ji)監測設(she)備(bei)運(yun)行(xing)情(qing)況；應用(yong)程(cheng)序層(ceng)主要(yao)應用(yong)于檢測信(xin)(xin)號(hao)處理、鉆桿分級評價、數據儲存(cun)與管理以及(ji)信(xin)(xin)號(hao)傳輸；運(yun)動(dong)控(kong)(kong)(kong)(kong)制層(ceng)以可編程(cheng)序控(kong)(kong)(kong)(kong)制器(qi)為基礎(chu)，結(jie)(jie)合具有(you)(you)通信(xin)(xin)功能(neng)的(de)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)實(shi)現(xian)整(zheng)個系統內所有(you)(you)設(she)備(bei)的(de)自動(dong)化控(kong)(kong)(kong)(kong)制。
檢(jian)(jian)測信(xin)號(hao)從(cong)采集卡傳(chuan)送(song)(song)到檢(jian)(jian)測客戶機時(shi)，由(you)對(dui)應客戶機上的(de)(de)檢(jian)(jian)測軟件(jian)進行一系列信(xin)號(hao)處(chu)(chu)理(li)并(bing)(bing)(bing)存儲(chu)處(chu)(chu)理(li)結果，同時(shi)將信(xin)號(hao)根據(ju)分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)要求(qiu)進行處(chu)(chu)理(li)并(bing)(bing)(bing)將結果通(tong)(tong)過局(ju)域網傳(chuan)送(song)(song)至檢(jian)(jian)測服務(wu)器進行綜合處(chu)(chu)理(li)，檢(jian)(jian)測服務(wu)器為每根鉆(zhan)桿建立質量監(jian)測數據(ju)庫。然(ran)后(hou)(hou)，分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)信(xin)息(xi)被打包(bao)由(you)以太(tai)網絡從(cong)檢(jian)(jian)測服務(wu)器傳(chuan)送(song)(song)至分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)服務(wu)器，而后(hou)(hou)組態(tai)軟件(jian)將顯示(shi)分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)信(xin)息(xi)并(bing)(bing)(bing)核查(cha)，最(zui)后(hou)(hou)，通(tong)(tong)過MPI網絡將分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)信(xin)息(xi)傳(chuan)送(song)(song)至可編程序控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器，由(you)其中的(de)(de)自動化程序實(shi)現所有檢(jian)(jian)測分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)設(she)備的(de)(de)自動化控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)。整個(ge)分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)檢(jian)(jian)測系統(tong)共有5個(ge)可編程序控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器，形成主從(cong)站(zhan)的(de)(de)Profibus-DP網絡模式，最(zui)終形成一個(ge)高效的(de)(de)自動化集散控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系統(tong)。圖7-4所示(shi)為組態(tai)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)界面(mian)，可實(shi)時(shi)監(jian)控(kong)(kong)設(she)備運(yun)行情況并(bing)(bing)(bing)實(shi)現生產(chan)調度(du)。
三(san)、現場(chang)應用
回收鉆(zhan)桿自(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)在(zai)線(xian)檢測(ce)(ce)分級(ji)生產線(xian)，如圖(tu)7-5所示，它包含了鉆(zhan)桿旋轉的(de)自(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)漏磁超聲復合(he)無損檢測(ce)(ce)系(xi)統(tong)、基(ji)于激光測(ce)(ce)距(ju)測(ce)(ce)量原理的(de)形位尺寸自(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)測(ce)(ce)量系(xi)統(tong)以(yi)及鉆(zhan)桿自(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)分級(ji)裝備。控制系(xi)統(tong)采用了基(ji)于局域(yu)網(wang)、以(yi)太(tai)網(wang)、MPI網(wang)絡和(he)Profibus-DP現場總線(xian)的(de)網(wang)絡化(hua)控制方法(fa)，集成檢測(ce)(ce)信(xin)號和(he)分級(ji)信(xin)息(xi)，實現了對生產線(xian)的(de)自(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)集散(san)控制。整套回收鉆(zhan)桿檢測(ce)(ce)分級(ji)生產線(xian)的(de)設備運行穩定，維護方便，每日檢測(ce)(ce)量為(wei)600根(gen)，可以(yi)降低生產成本并保證(zheng)鉆(zhan)桿質量。
