鉆(zhan)(zhan)桿是鉆(zhan)(zhan)柱(zhu)的(de)基(ji)本組成部分，其主要作用是傳(chuan)遞(di)轉矩和(he)輸送鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)液(ye)，鉆(zhan)(zhan)桿在服役的(de)過程(cheng)中(zhong)(zhong)承受著拉、壓、扭、彎曲(qu)等(deng)各種復(fu)雜的(de)交變應力載(zai)荷(he)(he)，同時鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)液(ye)、鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)泥(ni)漿中(zhong)(zhong)溶(rong)解的(de)O2、CO2和(he)H2S等(deng)腐(fu)蝕介質(zhi)及地層的(de)氧化(hua)物等(deng)介質(zhi)會嚴重腐(fu)蝕鉆(zhan)(zhan)桿，受應力載(zai)荷(he)(he)以及化(hua)學腐(fu)蝕后的(de)鉆(zhan)(zhan)桿非(fei)常(chang)容易失(shi)(shi)(shi)效(xiao)，進而(er)導致鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)事故(gu)發(fa)生(sheng)。2004年(nian)9月，中(zhong)(zhong)國石油集團石油管工程(cheng)技(ji)術研究院(yuan)主持召開(kai)了第二屆全國油井(jing)(jing)(jing)管會議(yi)，初(chu)步統計(ji)油田鉆(zhan)(zhan)具失(shi)(shi)(shi)效(xiao)數量(liang)是每年(nian)1000例左右，而(er)其中(zhong)(zhong)鉆(zhan)(zhan)桿失(shi)(shi)(shi)效(xiao)占據(ju)了鉆(zhan)(zhan)具總(zong)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)事故(gu)的(de)50％～60％。現場調查(cha)表(biao)明，國外(wai)14％以上的(de)油氣井(jing)(jing)(jing)都發(fa)生(sheng)過不同程(cheng)度的(de)鉆(zhan)(zhan)柱(zhu)井(jing)(jing)(jing)下斷裂事故(gu)。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)服役(yi)時處于(yu)井底(di)，而井底(di)工況復雜，一般鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井深(shen)度都(dou)在幾(ji)千(qian)米以上，使得鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)在役(yi)檢(jian)測變(bian)得極其困(kun)難。而鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)的(de)檢(jian)測又(you)非常重(zhong)要，尤其對(dui)(dui)于(yu)已經服役(yi)一定時間(jian)的(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)，其合理報(bao)廢對(dui)(dui)于(yu)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱事故的(de)預防具(ju)有極大的(de)實際工程意義(yi)。鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)無損(sun)檢(jian)測是鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)檢(jian)測實際有效的(de)方法，及(ji)時對(dui)(dui)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)缺陷進(jin)行(xing)檢(jian)測，不僅能夠減少鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井事故，還能延(yan)長鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)使用壽命。此外(wai)，加強我國(guo)油(you)田在役(yi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)無損(sun)檢(jian)測，還可以降低鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井風險，提高經濟效益，促進(jin)我國(guo)石油(you)戰略(lve)的(de)長遠可持續(xu)發展(zhan)。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)使(shi)用(yong)一段(duan)時間(jian)后(hou)，在(zai)桿(gan)(gan)體(ti)和接頭(tou)處(chu)極可能出(chu)現腐蝕(shi)、裂(lie)紋和穿孔(kong)等(deng)，這會導致嚴重的(de)(de)安全事故并造成(cheng)巨大的(de)(de)經濟(ji)損失(shi)。因(yin)此，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在(zai)使(shi)用(yong)一段(duan)時間(jian)后(hou)必須進(jin)行質量(liang)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)與修復才能繼(ji)續投入使(shi)用(yong)。傳統的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質量(liang)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)和分級(ji)工藝普遍是采用(yong)手工方式完成(cheng)的(de)(de)。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)從井場(chang)回收至檢(jian)測(ce)(ce)(ce)修復中心，首先采用(yong)手動超聲儀對(dui)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)桿(gan)(gan)體(ti)進(jin)行局部抽檢(jian)，然后(hou)利用(yong)千分尺(chi)和游標卡尺(chi)對(dui)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭(tou)形(xing)位尺(chi)寸進(jin)行取點(dian)測(ce)(ce)(ce)量(liang)，最后(hou)根據檢(jian)測(ce)(ce)(ce)數據和分級(ji)標準(zhun)，利用(yong)抓管(guan)機對(dui)
鉆桿逐根挑揀分級(ji)。手工檢(jian)(jian)測(ce)分級(ji)效率低，并且檢(jian)(jian)測(ce)結果易受人為因素(su)影(ying)響(xiang)，已(yi)不適應回收鉆桿的(de)質(zhi)量檢(jian)(jian)測(ce)要求。因此(ci)，建(jian)立自動(dong)化(hua)高效檢(jian)(jian)測(ce)分級(ji)生產線(xian)，對鉆桿的(de)質(zhi)量檢(jian)(jian)測(ce)和分級(ji)管理十(shi)分必要。
一、檢測(ce)分(fen)級工藝
根(gen)(gen)據鉆(zhan)桿質(zhi)量(liang)檢(jian)(jian)測(ce)、分級管(guan)理(li)與修復(fu)的相關標(biao)準和現場要求(qiu)，回(hui)收(shou)鉆(zhan)桿檢(jian)(jian)測(ce)分級工(gong)藝(yi)(yi)流程如圖7-1所示(shi)。舊(jiu)鉆(zhan)桿從(cong)井場回(hui)收(shou)至(zhi)管(guan)子站后，首先經過彎曲(qu)矯直、清(qing)洗等檢(jian)(jian)測(ce)預處理(li)，然后依(yi)次經過材質(zhi)分析、漏磁超聲桿體復(fu)合檢(jian)(jian)測(ce)、接頭形位尺寸(cun)自(zi)動(dong)化(hua)測(ce)量(liang)、內壁(bi)復(fu)檢(jian)(jian)和加厚帶復(fu)檢(jian)(jian)等工(gong)藝(yi)(yi)過程，最(zui)后根(gen)(gen)據鉆(zhan)桿質(zhi)量(liang)狀(zhuang)況進行評價分級和修復(fu)處理(li)。
鉆桿(gan)不(bu)僅具有連接螺紋、密封臺(tai)面(mian)和加(jia)厚帶等復雜結構，而且尺寸(cun)較大(da)（長度約(yue)10m），這(zhe)為實現自動化(hua)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分級帶來了困難。以鉆桿(gan)的結構特點和檢(jian)(jian)測(ce)(ce)工(gong)藝要求為基礎，采用一種基于鉆桿(gan)螺旋前(qian)進的漏磁超聲復合桿(gan)體無損檢(jian)(jian)測(ce)(ce)方法和基于激光測(ce)(ce)量的鉆桿(gan)接頭(tou)形位尺寸(cun)測(ce)(ce)量原理(li)，來替代(dai)傳統(tong)的手工(gong)方式。檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分級系統(tong)布局(ju)如圖7-2所示。
整(zheng)個系(xi)統由漏磁桿體檢測設備(bei)、超聲桿體檢測設備(bei)、形(xing)(xing)位尺寸測量(liang)設備(bei)、翻料裝備(bei)、V形(xing)(xing)輪(lun)(lun)直行傳輸輥道、V形(xing)(xing)輪(lun)(lun)螺旋傳輸輥道、待檢料架、復(fu)檢料架、成品(pin)料架等部分組(zu)成，并布置有(you)大(da)量(liang)物料傳感器。
漏磁(ci)與超(chao)聲復(fu)合檢測(ce)是目前應(ying)用最為廣泛的復(fu)合檢測(ce)方(fang)(fang)法。漏磁(ci)檢測(ce)方(fang)(fang)法對鉆(zhan)桿(gan)內表(biao)面缺陷具有很好的適應(ying)性，而超(chao)聲波對內部缺陷具有更強的探測(ce)能力。
鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)承擔著(zhu)鉆(zhan)桿(gan)(gan)之間傳遞轉矩(ju)與密封鉆(zhan)井液的作用(yong)，是(shi)鉆(zhan)桿(gan)(gan)最為重要的部位(wei)。因此(ci)，鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)形(xing)位(wei)尺(chi)寸檢測(ce)是(shi)回(hui)收鉆(zhan)桿(gan)(gan)重復(fu)利用(yong)必(bi)不可少的工(gong)序。但由(you)于鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)結構復(fu)雜，目前鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)基本都是(shi)采(cai)用(yong)人(ren)工(gong)采(cai)樣方式進行(xing)測(ce)量，其測(ce)量結果受人(ren)為因素影響大，并(bing)且生(sheng)(sheng)產率低。基于激光測(ce)距測(ce)量原理的自動(dong)化(hua)形(xing)位(wei)尺(chi)寸全息測(ce)量系統，具有(you)良(liang)好的檢測(ce)精度、靈敏度和重復(fu)性，并(bing)且檢測(ce)過程(cheng)自動(dong)化(hua)，極(ji)大地提(ti)高了生(sheng)(sheng)產率。
鉆(zhan)桿(gan)下井(jing)前(qian)必須進行鉆(zhan)桿(gan)質量評價和(he)分(fen)級(ji)(ji)管(guan)理，之后(hou)根據鉆(zhan)桿(gan)質量級(ji)(ji)別(bie)分(fen)送不(bu)同開采工況(kuang)的(de)(de)井(jing)區。目前(qian)，大部分(fen)分(fen)級(ji)(ji)工作(zuo)都是(shi)通(tong)過抓(zhua)管(guan)機逐(zhu)根挑揀完成(cheng)的(de)(de)。由于鉆(zhan)桿(gan)分(fen)級(ji)(ji)類型復(fu)雜，人工分(fen)揀效率低下，已不(bu)能適應鉆(zhan)桿(gan)檢測(ce)的(de)(de)生產速度。為此，緊接檢測(ce)工藝，布(bu)置一(yi)套(tao)鉆(zhan)桿(gan)在線(xian)分(fen)級(ji)(ji)系統，實現(xian)鉆(zhan)桿(gan)的(de)(de)自動化分(fen)級(ji)(ji)管(guan)理是(shi)十分(fen)必要的(de)(de)。
二、控制系統
檢(jian)(jian)測(ce)分級系統控(kong)制(zhi)(zhi)軟件結構(gou)(gou)如圖(tu)7-3所示(shi)，由用(yong)(yong)戶界(jie)面(mian)層(ceng)、應用(yong)(yong)程序(xu)層(ceng)和運動控(kong)制(zhi)(zhi)層(ceng)構(gou)(gou)成。用(yong)(yong)戶界(jie)面(mian)層(ceng)程序(xu)用(yong)(yong)于人機交互、控(kong)制(zhi)(zhi)檢(jian)(jian)測(ce)流程、調整檢(jian)(jian)測(ce)工(gong)藝以及監測(ce)設(she)(she)備運行情況；應用(yong)(yong)程序(xu)層(ceng)主要應用(yong)(yong)于檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)處(chu)理、鉆桿分級評價、數據儲存與管理以及信(xin)(xin)號(hao)傳(chuan)輸；運動控(kong)制(zhi)(zhi)層(ceng)以可編程序(xu)控(kong)制(zhi)(zhi)器為基礎，結合具有(you)通信(xin)(xin)功能的現場設(she)(she)備實現整個(ge)系統內所有(you)設(she)(she)備的自動化(hua)控(kong)制(zhi)(zhi)。
檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)從采集卡傳(chuan)送(song)(song)到檢(jian)測(ce)(ce)客(ke)戶(hu)機時(shi)(shi)，由(you)對應(ying)客(ke)戶(hu)機上的檢(jian)測(ce)(ce)軟件(jian)進行(xing)一(yi)系(xi)列信(xin)(xin)號(hao)(hao)處理并(bing)存儲處理結果，同時(shi)(shi)將(jiang)信(xin)(xin)號(hao)(hao)根據分(fen)(fen)級要求進行(xing)處理并(bing)將(jiang)結果通過局(ju)域(yu)網傳(chuan)送(song)(song)至檢(jian)測(ce)(ce)服(fu)(fu)務器進行(xing)綜合處理，檢(jian)測(ce)(ce)服(fu)(fu)務器為(wei)每根鉆桿建立質量監測(ce)(ce)數(shu)據庫。然后，分(fen)(fen)級信(xin)(xin)息被打(da)包(bao)由(you)以太網絡從檢(jian)測(ce)(ce)服(fu)(fu)務器傳(chuan)送(song)(song)至分(fen)(fen)級服(fu)(fu)務器，而后組態軟件(jian)將(jiang)顯示分(fen)(fen)級信(xin)(xin)息并(bing)核查，最(zui)后，通過MPI網絡將(jiang)分(fen)(fen)級信(xin)(xin)息傳(chuan)送(song)(song)至可編程序控(kong)(kong)制器，由(you)其中的自(zi)動(dong)(dong)化(hua)程序實現所有檢(jian)測(ce)(ce)分(fen)(fen)級設備的自(zi)動(dong)(dong)化(hua)控(kong)(kong)制。整個(ge)分(fen)(fen)級檢(jian)測(ce)(ce)系(xi)統(tong)共有5個(ge)可編程序控(kong)(kong)制器，形成主從站的Profibus-DP網絡模式，最(zui)終形成一(yi)個(ge)高效的自(zi)動(dong)(dong)化(hua)集散控(kong)(kong)制系(xi)統(tong)。圖(tu)7-4所示為(wei)組態控(kong)(kong)制界面(mian)，可實時(shi)(shi)監控(kong)(kong)設備運行(xing)情(qing)況并(bing)實現生產調度。
三(san)、現(xian)場應用
回收鉆(zhan)(zhan)桿自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)在線(xian)檢(jian)(jian)測分級生(sheng)產線(xian)，如(ru)圖7-5所示，它包含了(le)鉆(zhan)(zhan)桿旋(xuan)轉的(de)自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)漏磁超聲復合(he)無損(sun)檢(jian)(jian)測系統(tong)、基(ji)于激(ji)光測距測量原理的(de)形位尺寸自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)測量系統(tong)以(yi)及(ji)鉆(zhan)(zhan)桿自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)分級裝備。控制(zhi)系統(tong)采用了(le)基(ji)于局域網(wang)、以(yi)太網(wang)、MPI網(wang)絡(luo)和(he)Profibus-DP現場總線(xian)的(de)網(wang)絡(luo)化(hua)(hua)控制(zhi)方(fang)法，集成檢(jian)(jian)測信(xin)號和(he)分級信(xin)息，實現了(le)對生(sheng)產線(xian)的(de)自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)集散控制(zhi)。整(zheng)套回收鉆(zhan)(zhan)桿檢(jian)(jian)測分級生(sheng)產線(xian)的(de)設備運行穩(wen)定，維護方(fang)便，每日(ri)檢(jian)(jian)測量為600根，可以(yi)降低生(sheng)產成本并保證鉆(zhan)(zhan)桿質量。
