鉆(zhan)桿是(shi)鉆(zhan)柱的基(ji)本組成部分，其主(zhu)要作用是(shi)傳(chuan)遞轉(zhuan)矩和輸送鉆(zhan)井(jing)(jing)液，鉆(zhan)桿在服役(yi)的過程(cheng)(cheng)中(zhong)承受著拉、壓、扭、彎曲等各種復雜的交變(bian)應力(li)載(zai)荷，同時鉆(zhan)井(jing)(jing)液、鉆(zhan)井(jing)(jing)泥漿(jiang)中(zhong)溶解的O2、CO2和H2S等腐蝕介質及地層的氧(yang)化物(wu)等介質會嚴重(zhong)腐蝕鉆(zhan)桿，受應力(li)載(zai)荷以(yi)及化學(xue)腐蝕后的鉆(zhan)桿非常容易失效，進而(er)導致(zhi)鉆(zhan)井(jing)(jing)事(shi)故(gu)(gu)發生。2004年(nian)9月，中(zhong)國石油(you)集團石油(you)管(guan)(guan)工程(cheng)(cheng)技術研究院主(zhu)持召開了(le)第(di)二屆全國油(you)井(jing)(jing)管(guan)(guan)會議，初(chu)步統計油(you)田(tian)鉆(zhan)具失效數量是(shi)每年(nian)1000例左右，而(er)其中(zhong)鉆(zhan)桿失效占據了(le)鉆(zhan)具總失效事(shi)故(gu)(gu)的50％～60％。現場(chang)調查表(biao)明，國外14％以(yi)上的油(you)氣井(jing)(jing)都發生過不同程(cheng)(cheng)度的鉆(zhan)柱井(jing)(jing)下斷(duan)裂事(shi)故(gu)(gu)。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)服役(yi)時處于(yu)井(jing)底，而井(jing)底工(gong)況復雜，一般鉆(zhan)(zhan)井(jing)深度都(dou)在幾千米以(yi)上(shang)，使(shi)得鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)在役(yi)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)變得極其困難。而鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)的(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)又非常重要，尤其對于(yu)已(yi)經服役(yi)一定時間的(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)，其合理報廢對于(yu)鉆(zhan)(zhan)柱事故的(de)預防具有極大的(de)實際工(gong)程意義。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)無損(sun)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)是鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)實際有效(xiao)的(de)方法，及時對鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)缺陷進(jin)行檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)，不(bu)僅能(neng)夠(gou)減少鉆(zhan)(zhan)井(jing)事故，還(huan)能(neng)延長鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)使(shi)用壽命(ming)。此外，加強我國油(you)田在役(yi)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)無損(sun)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)，還(huan)可(ke)以(yi)降(jiang)低鉆(zhan)(zhan)井(jing)風險，提(ti)高經濟效(xiao)益，促進(jin)我國石油(you)戰略的(de)長遠可(ke)持續發展(zhan)。
鉆(zhan)(zhan)桿使用(yong)一段時間后，在(zai)桿體(ti)和接頭處極可(ke)能出現腐蝕、裂紋和穿孔等，這會導致嚴重的(de)安全事(shi)故并造成巨大的(de)經(jing)濟(ji)損失。因(yin)此，鉆(zhan)(zhan)桿在(zai)使用(yong)一段時間后必須(xu)進行(xing)質量檢測(ce)與修復才(cai)能繼續投入(ru)使用(yong)。傳統的(de)鉆(zhan)(zhan)桿質量檢測(ce)和分(fen)級工藝普遍(bian)是(shi)采(cai)用(yong)手(shou)工方式完成的(de)。鉆(zhan)(zhan)桿從井場回收至檢測(ce)修復中(zhong)心，首先采(cai)用(yong)手(shou)動超聲儀對鉆(zhan)(zhan)桿桿體(ti)進行(xing)局(ju)部抽檢，然后利用(yong)千分(fen)尺和游標卡尺對鉆(zhan)(zhan)桿接頭形位尺寸進行(xing)取點測(ce)量，最后根據檢測(ce)數據和分(fen)級標準，利用(yong)抓管機(ji)對
鉆桿(gan)逐(zhu)根挑揀分級(ji)(ji)。手(shou)工檢測分級(ji)(ji)效(xiao)(xiao)率(lv)低，并(bing)且檢測結果易受人為因(yin)素影響，已(yi)不適應回收鉆桿(gan)的(de)質(zhi)量檢測要求。因(yin)此，建立自動化高效(xiao)(xiao)檢測分級(ji)(ji)生(sheng)產線，對(dui)鉆桿(gan)的(de)質(zhi)量檢測和分級(ji)(ji)管理十分必要。
一、檢測(ce)分級工(gong)藝
根據鉆(zhan)桿(gan)質量檢測、分(fen)級(ji)管理(li)與修(xiu)復(fu)(fu)(fu)的(de)相關標準和(he)(he)現場(chang)(chang)要求，回收鉆(zhan)桿(gan)檢測分(fen)級(ji)工(gong)藝流程(cheng)如圖7-1所示(shi)。舊鉆(zhan)桿(gan)從井場(chang)(chang)回收至管子站后，首先經(jing)過彎曲矯直、清洗等(deng)檢測預(yu)處理(li)，然(ran)后依次經(jing)過材質分(fen)析、漏磁(ci)超聲桿(gan)體復(fu)(fu)(fu)合檢測、接頭形位(wei)尺寸自動化測量、內壁(bi)復(fu)(fu)(fu)檢和(he)(he)加厚帶復(fu)(fu)(fu)檢等(deng)工(gong)藝過程(cheng)，最后根據鉆(zhan)桿(gan)質量狀(zhuang)況進行評(ping)價分(fen)級(ji)和(he)(he)修(xiu)復(fu)(fu)(fu)處理(li)。
鉆桿(gan)(gan)不(bu)僅具(ju)有連接螺紋、密封(feng)臺面和加厚帶等復雜結構(gou)，而且(qie)尺(chi)寸較大（長度約10m），這(zhe)為(wei)實現自動化檢(jian)測分級帶來了困難。以鉆桿(gan)(gan)的(de)結構(gou)特點和檢(jian)測工藝要求為(wei)基(ji)礎，采(cai)用(yong)一種基(ji)于(yu)鉆桿(gan)(gan)螺旋前進的(de)漏磁超聲復合桿(gan)(gan)體無損檢(jian)測方(fang)法和基(ji)于(yu)激(ji)光測量的(de)鉆桿(gan)(gan)接頭(tou)形位尺(chi)寸測量原理，來替代傳統(tong)的(de)手工方(fang)式。檢(jian)測分級系統(tong)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)、形位(wei)尺寸測(ce)量(liang)設(she)備(bei)、翻料(liao)(liao)裝備(bei)、V形輪直行傳輸(shu)輥道(dao)、V形輪螺旋傳輸(shu)輥道(dao)、待檢料(liao)(liao)架、復檢料(liao)(liao)架、成品料(liao)(liao)架等(deng)部分(fen)組成，并布置有大(da)量(liang)物料(liao)(liao)傳感器。
漏磁與(yu)超聲(sheng)復合檢測是(shi)目前應用最為廣泛的復合檢測方法(fa)。漏磁檢測方法(fa)對(dui)鉆桿內表面缺陷(xian)具(ju)有(you)很好的適應性(xing)，而超聲(sheng)波對(dui)內部缺陷(xian)具(ju)有(you)更(geng)強的探(tan)測能力。
鉆(zhan)桿接(jie)頭(tou)承擔(dan)著(zhu)鉆(zhan)桿之(zhi)間傳遞轉(zhuan)矩與密封鉆(zhan)井液的(de)作用(yong)，是(shi)鉆(zhan)桿最(zui)為重要的(de)部(bu)位。因(yin)此，鉆(zhan)桿接(jie)頭(tou)形(xing)位尺寸檢測(ce)是(shi)回(hui)收鉆(zhan)桿重復(fu)利用(yong)必不(bu)可少(shao)的(de)工序。但(dan)由于鉆(zhan)桿接(jie)頭(tou)結構(gou)復(fu)雜，目前鉆(zhan)桿接(jie)頭(tou)基本都是(shi)采用(yong)人工采樣方(fang)式進行測(ce)量(liang)，其測(ce)量(liang)結果受人為因(yin)素(su)影響大，并(bing)且生(sheng)產率低。基于激光測(ce)距測(ce)量(liang)原理的(de)自動(dong)化(hua)形(xing)位尺寸全息測(ce)量(liang)系(xi)統(tong)，具有良好的(de)檢測(ce)精度(du)、靈敏(min)度(du)和重復(fu)性，并(bing)且檢測(ce)過程自動(dong)化(hua)，極(ji)大地提高(gao)了生(sheng)產率。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)下井(jing)前(qian)必(bi)須(xu)進行鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質量評價和分(fen)(fen)(fen)(fen)級(ji)管理，之后(hou)根(gen)據鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質量級(ji)別分(fen)(fen)(fen)(fen)送(song)不同開采工況的(de)井(jing)區。目(mu)前(qian)，大(da)部分(fen)(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)(fen)級(ji)工作都是(shi)通過抓管機逐根(gen)挑揀(jian)完成的(de)。由于(yu)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)分(fen)(fen)(fen)(fen)級(ji)類型復雜，人工分(fen)(fen)(fen)(fen)揀(jian)效(xiao)率(lv)低下，已不能適(shi)應鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)檢測(ce)的(de)生產速度。為此，緊接檢測(ce)工藝，布置一套(tao)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在線分(fen)(fen)(fen)(fen)級(ji)系統，實現鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)的(de)自動化分(fen)(fen)(fen)(fen)級(ji)管理是(shi)十分(fen)(fen)(fen)(fen)必(bi)要(yao)的(de)。
二、控制系統(tong)
檢測分級系統控(kong)(kong)(kong)制(zhi)軟件結構如圖7-3所(suo)示，由(you)用(yong)(yong)(yong)戶界(jie)面(mian)層、應用(yong)(yong)(yong)程序(xu)層和運(yun)動(dong)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)層構成。用(yong)(yong)(yong)戶界(jie)面(mian)層程序(xu)用(yong)(yong)(yong)于人機(ji)交互、控(kong)(kong)(kong)制(zhi)檢測流程、調整檢測工藝以(yi)及監(jian)測設備(bei)(bei)運(yun)行情(qing)況(kuang)；應用(yong)(yong)(yong)程序(xu)層主要應用(yong)(yong)(yong)于檢測信號處理、鉆桿分級評價、數據儲存(cun)與管(guan)理以(yi)及信號傳輸；運(yun)動(dong)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)層以(yi)可編(bian)程序(xu)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)器為基(ji)礎，結合具有(you)通(tong)信功能的(de)現(xian)場設備(bei)(bei)實現(xian)整個系統內(nei)所(suo)有(you)設備(bei)(bei)的(de)自(zi)動(dong)化控(kong)(kong)(kong)制(zhi)。
檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)從(cong)采集卡傳送到檢(jian)測(ce)客戶機(ji)時(shi)，由對(dui)應客戶機(ji)上的(de)檢(jian)測(ce)軟件進(jin)行(xing)(xing)一系列信(xin)號(hao)處(chu)(chu)理并(bing)存(cun)儲處(chu)(chu)理結果，同時(shi)將(jiang)信(xin)號(hao)根(gen)(gen)據分級(ji)(ji)要求進(jin)行(xing)(xing)處(chu)(chu)理并(bing)將(jiang)結果通過局域(yu)網(wang)傳送至檢(jian)測(ce)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)進(jin)行(xing)(xing)綜合處(chu)(chu)理，檢(jian)測(ce)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)為每根(gen)(gen)鉆(zhan)桿建立(li)質量監(jian)測(ce)數(shu)據庫。然后，分級(ji)(ji)信(xin)息(xi)被打包由以太網(wang)絡從(cong)檢(jian)測(ce)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)傳送至分級(ji)(ji)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)，而(er)后組(zu)態軟件將(jiang)顯示分級(ji)(ji)信(xin)息(xi)并(bing)核(he)查，最后，通過MPI網(wang)絡將(jiang)分級(ji)(ji)信(xin)息(xi)傳送至可編(bian)程序控(kong)(kong)(kong)制器(qi)，由其(qi)中的(de)自(zi)動化(hua)程序實現所(suo)(suo)有檢(jian)測(ce)分級(ji)(ji)設(she)備(bei)的(de)自(zi)動化(hua)控(kong)(kong)(kong)制。整(zheng)個分級(ji)(ji)檢(jian)測(ce)系統共(gong)有5個可編(bian)程序控(kong)(kong)(kong)制器(qi)，形(xing)成主從(cong)站的(de)Profibus-DP網(wang)絡模式(shi)，最終(zhong)形(xing)成一個高(gao)效的(de)自(zi)動化(hua)集散控(kong)(kong)(kong)制系統。圖7-4所(suo)(suo)示為組(zu)態控(kong)(kong)(kong)制界面，可實時(shi)監(jian)控(kong)(kong)(kong)設(she)備(bei)運行(xing)(xing)情況(kuang)并(bing)實現生產調度。
三、現場(chang)應用
回(hui)(hui)收鉆桿(gan)自動(dong)化(hua)(hua)在線檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)分(fen)級(ji)(ji)生產線，如(ru)圖7-5所(suo)示(shi)，它包含了(le)鉆桿(gan)旋轉(zhuan)的自動(dong)化(hua)(hua)漏磁超聲(sheng)復合無損(sun)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)系統、基(ji)于激光測(ce)(ce)(ce)(ce)距(ju)測(ce)(ce)(ce)(ce)量原(yuan)理的形位尺寸自動(dong)化(hua)(hua)測(ce)(ce)(ce)(ce)量系統以及鉆桿(gan)自動(dong)化(hua)(hua)分(fen)級(ji)(ji)裝備。控制系統采用了(le)基(ji)于局域網、以太網、MPI網絡(luo)和(he)Profibus-DP現(xian)(xian)場(chang)總線的網絡(luo)化(hua)(hua)控制方法，集(ji)成檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信號和(he)分(fen)級(ji)(ji)信息，實現(xian)(xian)了(le)對生產線的自動(dong)化(hua)(hua)集(ji)散控制。整(zheng)套回(hui)(hui)收鉆桿(gan)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)分(fen)級(ji)(ji)生產線的設備運行穩定，維護方便(bian)，每日檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)量為600根(gen)，可以降低生產成本(ben)并(bing)保(bao)證鉆桿(gan)質量。
