鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)是(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)柱的(de)基本組成部分，其主要作用(yong)是(shi)傳遞(di)轉矩(ju)和輸(shu)送鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)液，鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)在服役(yi)的(de)過程(cheng)中承受著拉、壓、扭、彎曲等各種復(fu)雜的(de)交變應力(li)載荷(he)，同(tong)時鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)液、鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)泥(ni)漿中溶解的(de)O2、CO2和H2S等腐(fu)蝕(shi)介質(zhi)及(ji)地層(ceng)的(de)氧化物(wu)等介質(zhi)會(hui)(hui)嚴(yan)重腐(fu)蝕(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)，受應力(li)載荷(he)以(yi)及(ji)化學(xue)腐(fu)蝕(shi)后(hou)的(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)非(fei)常(chang)容(rong)易失(shi)效(xiao)，進而(er)導(dao)致(zhi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)事故(gu)發(fa)生。2004年(nian)(nian)9月，中國(guo)石油(you)集(ji)團石油(you)管工程(cheng)技(ji)術研究院主持召(zhao)開(kai)了第(di)二屆全(quan)國(guo)油(you)井(jing)(jing)(jing)管會(hui)(hui)議，初步(bu)統計油(you)田鉆(zhan)(zhan)(zhan)具失(shi)效(xiao)數(shu)量(liang)是(shi)每年(nian)(nian)1000例左右(you)，而(er)其中鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)失(shi)效(xiao)占據了鉆(zhan)(zhan)(zhan)具總失(shi)效(xiao)事故(gu)的(de)50％～60％。現場調查表明(ming)，國(guo)外14％以(yi)上(shang)的(de)油(you)氣(qi)井(jing)(jing)(jing)都發(fa)生過不同(tong)程(cheng)度(du)的(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)柱井(jing)(jing)(jing)下(xia)斷(duan)裂事故(gu)。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)服(fu)役(yi)時(shi)處(chu)于井(jing)(jing)底(di)，而井(jing)(jing)底(di)工況(kuang)復雜，一般鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)深度都(dou)在(zai)幾千米以(yi)上(shang)，使得鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)在(zai)役(yi)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)變得極(ji)(ji)其(qi)(qi)困難(nan)。而鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)的(de)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)又非常重要，尤其(qi)(qi)對于已經服(fu)役(yi)一定時(shi)間的(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)，其(qi)(qi)合理(li)報廢對于鉆(zhan)(zhan)(zhan)柱事故的(de)預防具有極(ji)(ji)大(da)的(de)實(shi)際(ji)工程意義。鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)無(wu)損檢(jian)測(ce)(ce)(ce)是鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)實(shi)際(ji)有效的(de)方法(fa)，及(ji)時(shi)對鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)缺陷進行檢(jian)測(ce)(ce)(ce)，不(bu)僅能夠(gou)減(jian)少鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)事故，還能延(yan)長鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)使用壽命。此外，加強我國(guo)油田在(zai)役(yi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)無(wu)損檢(jian)測(ce)(ce)(ce)，還可(ke)以(yi)降低鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)風險，提高(gao)經濟效益(yi)，促(cu)進我國(guo)石(shi)油戰略的(de)長遠可(ke)持續發展。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)使(shi)用(yong)(yong)(yong)一段(duan)時間后(hou)(hou)，在(zai)桿(gan)(gan)(gan)體(ti)和接頭(tou)處極可(ke)能出現腐蝕、裂紋和穿(chuan)孔等(deng)，這會導致(zhi)嚴重的(de)安全事故并造成巨大(da)的(de)經濟損失。因此，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)在(zai)使(shi)用(yong)(yong)(yong)一段(duan)時間后(hou)(hou)必須進(jin)行質(zhi)量(liang)檢(jian)測(ce)與(yu)修復才能繼(ji)續投入使(shi)用(yong)(yong)(yong)。傳(chuan)統的(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)質(zhi)量(liang)檢(jian)測(ce)和分(fen)級工藝普遍是(shi)采(cai)用(yong)(yong)(yong)手(shou)工方式(shi)完成的(de)。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)從井(jing)場回收(shou)至檢(jian)測(ce)修復中心，首先采(cai)用(yong)(yong)(yong)手(shou)動超聲儀(yi)對鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)桿(gan)(gan)(gan)體(ti)進(jin)行局部抽檢(jian)，然(ran)后(hou)(hou)利(li)用(yong)(yong)(yong)千分(fen)尺和游標卡尺對鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)接頭(tou)形(xing)位尺寸(cun)進(jin)行取點測(ce)量(liang)，最后(hou)(hou)根據檢(jian)測(ce)數(shu)據和分(fen)級標準，利(li)用(yong)(yong)(yong)抓(zhua)管機對
鉆桿(gan)逐根挑揀分(fen)(fen)級(ji)。手工檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)(fen)級(ji)效率低，并且檢(jian)(jian)測(ce)結果易受人為因素影響，已不適(shi)應回(hui)收鉆桿(gan)的質量(liang)檢(jian)(jian)測(ce)要求(qiu)。因此(ci)，建立(li)自動化高效檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)(fen)級(ji)生產線，對鉆桿(gan)的質量(liang)檢(jian)(jian)測(ce)和分(fen)(fen)級(ji)管理十分(fen)(fen)必要。
一、檢測分級(ji)工藝(yi)
根據(ju)鉆(zhan)桿(gan)質量(liang)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)、分級管理(li)與修復的相關標準和(he)現(xian)場要求(qiu)，回(hui)收鉆(zhan)桿(gan)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)分級工(gong)藝流程如圖7-1所(suo)示(shi)。舊鉆(zhan)桿(gan)從(cong)井場回(hui)收至管子站后，首先經過(guo)彎曲矯直、清洗等檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)預處理(li)，然后依次經過(guo)材質分析、漏磁超(chao)聲桿(gan)體復合檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)、接頭形位尺(chi)寸自(zi)動化測(ce)(ce)(ce)量(liang)、內壁復檢(jian)(jian)(jian)和(he)加厚(hou)帶(dai)復檢(jian)(jian)(jian)等工(gong)藝過(guo)程，最后根據(ju)鉆(zhan)桿(gan)質量(liang)狀況(kuang)進(jin)行評價(jia)分級和(he)修復處理(li)。
鉆桿不僅具有連接螺紋(wen)、密封臺面(mian)和(he)加厚帶(dai)(dai)等復雜結構，而且尺(chi)寸較大（長度約10m），這為實現自動化檢測分級帶(dai)(dai)來了困難。以鉆桿的結構特點(dian)和(he)檢測工(gong)藝要求(qiu)為基(ji)礎，采(cai)用一種基(ji)于鉆桿螺旋(xuan)前進的漏磁超(chao)聲復合(he)桿體無損檢測方法和(he)基(ji)于激光(guang)測量的鉆桿接頭(tou)形位尺(chi)寸測量原理，來替代傳統的手工(gong)方式。檢測分級系統布(bu)局如圖7-2所示。
整個系統(tong)由漏磁桿體檢(jian)測設備(bei)、超聲桿體檢(jian)測設備(bei)、形(xing)位尺寸測量(liang)設備(bei)、翻料(liao)裝備(bei)、V形(xing)輪直行(xing)傳輸輥(gun)道、V形(xing)輪螺旋傳輸輥(gun)道、待檢(jian)料(liao)架(jia)、復檢(jian)料(liao)架(jia)、成品料(liao)架(jia)等部分組成，并布置(zhi)有大量(liang)物料(liao)傳感器(qi)。
漏磁與超聲(sheng)復合檢(jian)測是目前應用最為(wei)廣泛的復合檢(jian)測方法。漏磁檢(jian)測方法對鉆桿內(nei)表面缺陷具(ju)有很好的適應性，而(er)超聲(sheng)波對內(nei)部缺陷具(ju)有更強(qiang)的探測能力(li)。
鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)(jie)頭(tou)承(cheng)擔著鉆(zhan)桿(gan)(gan)之間傳遞轉矩與密封(feng)鉆(zhan)井(jing)液的(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)，是鉆(zhan)桿(gan)(gan)最為重要(yao)的(de)(de)(de)(de)部位(wei)。因此，鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)(jie)頭(tou)形(xing)(xing)位(wei)尺寸檢(jian)(jian)測(ce)是回(hui)收鉆(zhan)桿(gan)(gan)重復(fu)利用(yong)(yong)必不可少的(de)(de)(de)(de)工序。但由于鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)(jie)頭(tou)結(jie)構復(fu)雜，目前鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)(jie)頭(tou)基本都是采用(yong)(yong)人工采樣方式(shi)進(jin)行(xing)測(ce)量，其測(ce)量結(jie)果受人為因素影響大，并且生產率(lv)低。基于激光測(ce)距測(ce)量原理的(de)(de)(de)(de)自動化形(xing)(xing)位(wei)尺寸全息測(ce)量系統，具有良好的(de)(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)精度、靈敏度和重復(fu)性，并且檢(jian)(jian)測(ce)過程(cheng)自動化，極大地(di)提高了(le)生產率(lv)。
鉆桿下井前(qian)必(bi)須進行鉆桿質(zhi)量(liang)(liang)評價(jia)和分(fen)級(ji)管(guan)理，之后根據(ju)鉆桿質(zhi)量(liang)(liang)級(ji)別分(fen)送(song)不同開采工(gong)(gong)況的(de)(de)井區。目(mu)前(qian)，大(da)部(bu)分(fen)分(fen)級(ji)工(gong)(gong)作(zuo)都是(shi)通過抓管(guan)機(ji)逐(zhu)根挑揀完成的(de)(de)。由于(yu)鉆桿分(fen)級(ji)類型復雜(za)，人工(gong)(gong)分(fen)揀效率低下，已不能(neng)適應鉆桿檢測的(de)(de)生產速度。為(wei)此，緊接(jie)檢測工(gong)(gong)藝，布置一(yi)套鉆桿在線分(fen)級(ji)系統(tong)，實現鉆桿的(de)(de)自動(dong)化分(fen)級(ji)管(guan)理是(shi)十分(fen)必(bi)要(yao)的(de)(de)。
二、控制系(xi)統(tong)
檢測(ce)(ce)分(fen)級系統(tong)控(kong)(kong)(kong)制軟件(jian)結(jie)構如圖7-3所示，由用(yong)(yong)戶界面(mian)層、應(ying)用(yong)(yong)程(cheng)(cheng)(cheng)序層和運動控(kong)(kong)(kong)制層構成。用(yong)(yong)戶界面(mian)層程(cheng)(cheng)(cheng)序用(yong)(yong)于人機交互(hu)、控(kong)(kong)(kong)制檢測(ce)(ce)流程(cheng)(cheng)(cheng)、調整檢測(ce)(ce)工藝以及監測(ce)(ce)設(she)備運行情況；應(ying)用(yong)(yong)程(cheng)(cheng)(cheng)序層主要應(ying)用(yong)(yong)于檢測(ce)(ce)信號處理(li)、鉆桿分(fen)級評價、數據儲(chu)存(cun)與管理(li)以及信號傳(chuan)輸；運動控(kong)(kong)(kong)制層以可編程(cheng)(cheng)(cheng)序控(kong)(kong)(kong)制器為基礎，結(jie)合具有通信功能的現(xian)場設(she)備實現(xian)整個系統(tong)內(nei)所有設(she)備的自動化(hua)控(kong)(kong)(kong)制。
檢(jian)測信(xin)(xin)號(hao)從(cong)采(cai)集(ji)卡傳(chuan)送(song)到檢(jian)測客戶機時(shi)，由(you)對應客戶機上的(de)(de)檢(jian)測軟件進(jin)行一(yi)系(xi)(xi)列(lie)信(xin)(xin)號(hao)處(chu)理(li)并(bing)(bing)存(cun)儲(chu)處(chu)理(li)結(jie)果，同時(shi)將(jiang)信(xin)(xin)號(hao)根據分級(ji)(ji)要求進(jin)行處(chu)理(li)并(bing)(bing)將(jiang)結(jie)果通(tong)過(guo)局域網(wang)(wang)傳(chuan)送(song)至(zhi)(zhi)檢(jian)測服務器(qi)(qi)進(jin)行綜合處(chu)理(li)，檢(jian)測服務器(qi)(qi)為(wei)每(mei)根鉆桿建立(li)質量監測數據庫。然后(hou)(hou)，分級(ji)(ji)信(xin)(xin)息被打(da)包(bao)由(you)以太網(wang)(wang)絡從(cong)檢(jian)測服務器(qi)(qi)傳(chuan)送(song)至(zhi)(zhi)分級(ji)(ji)服務器(qi)(qi)，而后(hou)(hou)組(zu)態(tai)(tai)軟件將(jiang)顯示分級(ji)(ji)信(xin)(xin)息并(bing)(bing)核查，最(zui)后(hou)(hou)，通(tong)過(guo)MPI網(wang)(wang)絡將(jiang)分級(ji)(ji)信(xin)(xin)息傳(chuan)送(song)至(zhi)(zhi)可編(bian)(bian)程(cheng)序控(kong)(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)，由(you)其中的(de)(de)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)序實現(xian)所(suo)有檢(jian)測分級(ji)(ji)設備的(de)(de)自(zi)動(dong)化(hua)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)。整個分級(ji)(ji)檢(jian)測系(xi)(xi)統共有5個可編(bian)(bian)程(cheng)序控(kong)(kong)(kong)制(zhi)器(qi)(qi)，形成主從(cong)站的(de)(de)Profibus-DP網(wang)(wang)絡模式，最(zui)終形成一(yi)個高效的(de)(de)自(zi)動(dong)化(hua)集(ji)散控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系(xi)(xi)統。圖(tu)7-4所(suo)示為(wei)組(zu)態(tai)(tai)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)界面，可實時(shi)監控(kong)(kong)(kong)設備運行情況并(bing)(bing)實現(xian)生產調度。
三、現場應用
回收鉆桿自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)在線(xian)(xian)檢(jian)測(ce)分(fen)(fen)級生產線(xian)(xian)，如圖7-5所示，它包含了鉆桿旋轉(zhuan)的自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)漏磁(ci)超聲(sheng)復(fu)合無損檢(jian)測(ce)系統、基(ji)于(yu)激光測(ce)距(ju)測(ce)量(liang)原(yuan)理的形位尺(chi)寸(cun)自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)測(ce)量(liang)系統以(yi)(yi)及鉆桿自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)分(fen)(fen)級裝備。控制(zhi)(zhi)系統采(cai)用了基(ji)于(yu)局域網(wang)(wang)、以(yi)(yi)太(tai)網(wang)(wang)、MPI網(wang)(wang)絡和Profibus-DP現場總線(xian)(xian)的網(wang)(wang)絡化(hua)控制(zhi)(zhi)方(fang)法，集成檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)和分(fen)(fen)級信(xin)息，實現了對生產線(xian)(xian)的自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)集散控制(zhi)(zhi)。整套回收鉆桿檢(jian)測(ce)分(fen)(fen)級生產線(xian)(xian)的設備運行穩定，維(wei)護方(fang)便，每日(ri)檢(jian)測(ce)量(liang)為600根，可(ke)以(yi)(yi)降低生產成本并保證鉆桿質量(liang)。
