鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿是(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱(zhu)的(de)(de)基本組成部分，其主(zhu)(zhu)要作用(yong)是(shi)傳遞(di)轉矩和(he)輸送鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)液，鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿在服役的(de)(de)過(guo)程中(zhong)承(cheng)受(shou)著拉、壓、扭、彎曲等(deng)各種復雜的(de)(de)交變應力載(zai)荷，同時鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)液、鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)泥(ni)漿中(zhong)溶(rong)解的(de)(de)O2、CO2和(he)H2S等(deng)腐(fu)(fu)蝕介(jie)(jie)質(zhi)及地(di)層的(de)(de)氧化物等(deng)介(jie)(jie)質(zhi)會(hui)嚴重腐(fu)(fu)蝕鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿，受(shou)應力載(zai)荷以及化學腐(fu)(fu)蝕后的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿非常容易失(shi)(shi)效(xiao)，進(jin)而(er)導致鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)事(shi)故(gu)發生。2004年(nian)9月，中(zhong)國(guo)石油(you)集團石油(you)管工程技術研究院(yuan)主(zhu)(zhu)持(chi)召開了(le)第二屆全國(guo)油(you)井(jing)(jing)管會(hui)議，初步統計油(you)田(tian)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具失(shi)(shi)效(xiao)數量(liang)是(shi)每年(nian)1000例左右(you)，而(er)其中(zhong)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿失(shi)(shi)效(xiao)占據(ju)了(le)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具總失(shi)(shi)效(xiao)事(shi)故(gu)的(de)(de)50％～60％。現場(chang)調查(cha)表明，國(guo)外14％以上的(de)(de)油(you)氣(qi)井(jing)(jing)都發生過(guo)不同程度的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱(zhu)井(jing)(jing)下斷裂事(shi)故(gu)。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)服(fu)役時(shi)處于井底(di)，而(er)井底(di)工況復雜(za)，一般鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井深(shen)度都在(zai)幾千米以(yi)上(shang)，使(shi)得鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)在(zai)役檢(jian)(jian)測(ce)(ce)變(bian)得極其(qi)困難。而(er)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)又非常(chang)重要(yao)，尤其(qi)對于已(yi)經(jing)服(fu)役一定時(shi)間的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)，其(qi)合理報(bao)廢對于鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱事故(gu)的(de)(de)預防具有(you)極大的(de)(de)實(shi)際工程意義。鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)無損檢(jian)(jian)測(ce)(ce)是鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)實(shi)際有(you)效的(de)(de)方法，及(ji)時(shi)對鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)缺陷進行檢(jian)(jian)測(ce)(ce)，不僅能(neng)夠減少鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井事故(gu)，還能(neng)延長鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)使(shi)用壽命。此外(wai)，加強我國油田在(zai)役鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)無損檢(jian)(jian)測(ce)(ce)，還可以(yi)降(jiang)低(di)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井風險，提高經(jing)濟效益，促(cu)進我國石油戰略(lve)的(de)(de)長遠可持續發展。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)使(shi)用(yong)一(yi)段(duan)時間(jian)后，在(zai)桿(gan)體和接頭(tou)處極(ji)可能出現腐蝕(shi)、裂(lie)紋和穿孔等(deng)，這會導(dao)致嚴重的安(an)全事故并造成(cheng)(cheng)巨大的經濟損失。因此，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)在(zai)使(shi)用(yong)一(yi)段(duan)時間(jian)后必(bi)須(xu)進(jin)行質量(liang)檢測(ce)(ce)與修復才能繼續(xu)投入使(shi)用(yong)。傳統(tong)的鉆(zhan)(zhan)桿(gan)質量(liang)檢測(ce)(ce)和分級工藝普遍是采(cai)用(yong)手(shou)工方(fang)式完成(cheng)(cheng)的。鉆(zhan)(zhan)桿(gan)從井(jing)場回收至(zhi)檢測(ce)(ce)修復中心(xin)，首先(xian)采(cai)用(yong)手(shou)動超聲儀(yi)對(dui)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)桿(gan)體進(jin)行局部抽檢，然后利用(yong)千(qian)分尺和游(you)標(biao)卡尺對(dui)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)接頭(tou)形(xing)位尺寸(cun)進(jin)行取點測(ce)(ce)量(liang)，最后根據檢測(ce)(ce)數據和分級標(biao)準(zhun)，利用(yong)抓管機對(dui)
鉆(zhan)桿逐根挑(tiao)揀分級。手工(gong)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)分級效率低，并且檢(jian)測(ce)(ce)(ce)結果易受人(ren)為因素影響，已(yi)不適應(ying)回收鉆(zhan)桿的質(zhi)量檢(jian)測(ce)(ce)(ce)要求。因此，建立自(zi)動化高(gao)效檢(jian)測(ce)(ce)(ce)分級生(sheng)產線，對鉆(zhan)桿的質(zhi)量檢(jian)測(ce)(ce)(ce)和分級管理十分必要。
一、檢測分(fen)級工藝
根據(ju)鉆桿(gan)質量(liang)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)、分級管理(li)與修(xiu)復(fu)的相關(guan)標準和現(xian)場要求，回收(shou)(shou)鉆桿(gan)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)分級工(gong)(gong)藝流程(cheng)(cheng)如圖7-1所示。舊(jiu)鉆桿(gan)從井場回收(shou)(shou)至(zhi)管子(zi)站后(hou)，首(shou)先(xian)經(jing)過彎曲矯直、清洗等(deng)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)預處(chu)理(li)，然后(hou)依次經(jing)過材質分析、漏磁超聲桿(gan)體復(fu)合檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)、接頭形位尺寸自動(dong)化測(ce)量(liang)、內壁復(fu)檢(jian)(jian)(jian)(jian)和加厚帶復(fu)檢(jian)(jian)(jian)(jian)等(deng)工(gong)(gong)藝過程(cheng)(cheng)，最(zui)后(hou)根據(ju)鉆桿(gan)質量(liang)狀況進行評價(jia)分級和修(xiu)復(fu)處(chu)理(li)。
鉆桿(gan)不僅具有連接(jie)螺(luo)(luo)紋、密封臺面和加(jia)厚帶等復(fu)雜(za)結構(gou)，而且尺寸(cun)較(jiao)大（長度(du)約(yue)10m），這為實現(xian)自(zi)動化檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分(fen)(fen)級帶來了困(kun)難。以鉆桿(gan)的(de)結構(gou)特點(dian)和檢(jian)(jian)測(ce)(ce)工(gong)藝(yi)要求為基(ji)(ji)礎，采用一種基(ji)(ji)于鉆桿(gan)螺(luo)(luo)旋(xuan)前進(jin)的(de)漏磁超(chao)聲(sheng)復(fu)合桿(gan)體無(wu)損檢(jian)(jian)測(ce)(ce)方(fang)(fang)法(fa)和基(ji)(ji)于激光測(ce)(ce)量的(de)鉆桿(gan)接(jie)頭形位尺寸(cun)測(ce)(ce)量原理，來替代傳統的(de)手工(gong)方(fang)(fang)式。檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分(fen)(fen)級系統布局如圖(tu)7-2所示。
整(zheng)個系(xi)統由(you)漏(lou)磁(ci)桿(gan)體檢(jian)(jian)測(ce)(ce)設(she)備、超聲桿(gan)體檢(jian)(jian)測(ce)(ce)設(she)備、形(xing)位(wei)尺(chi)寸測(ce)(ce)量設(she)備、翻料(liao)(liao)(liao)裝備、V形(xing)輪直(zhi)行(xing)傳(chuan)輸輥(gun)道、V形(xing)輪螺旋傳(chuan)輸輥(gun)道、待檢(jian)(jian)料(liao)(liao)(liao)架、復檢(jian)(jian)料(liao)(liao)(liao)架、成(cheng)品料(liao)(liao)(liao)架等(deng)部分組(zu)成(cheng)，并布(bu)置有(you)大(da)量物料(liao)(liao)(liao)傳(chuan)感器。
漏磁(ci)(ci)與超聲復合檢測是目前應用最(zui)為廣泛的(de)復合檢測方法。漏磁(ci)(ci)檢測方法對(dui)(dui)鉆桿內(nei)表面缺陷具(ju)有(you)很好(hao)的(de)適應性，而超聲波對(dui)(dui)內(nei)部(bu)缺陷具(ju)有(you)更強的(de)探(tan)測能(neng)力。
鉆桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)承擔著(zhu)鉆桿(gan)(gan)之間傳(chuan)遞轉矩與密封鉆井液(ye)的(de)作用，是鉆桿(gan)(gan)最為重(zhong)要(yao)的(de)部位(wei)。因(yin)此，鉆桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)形位(wei)尺寸檢測(ce)(ce)是回收(shou)鉆桿(gan)(gan)重(zhong)復(fu)利用必不可少的(de)工(gong)序。但由于鉆桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)結構復(fu)雜，目前鉆桿(gan)(gan)接(jie)頭(tou)基本都是采(cai)用人工(gong)采(cai)樣方式進行測(ce)(ce)量(liang)(liang)，其測(ce)(ce)量(liang)(liang)結果受人為因(yin)素影響(xiang)大，并(bing)且生產率低。基于激光測(ce)(ce)距測(ce)(ce)量(liang)(liang)原理的(de)自動化形位(wei)尺寸全息測(ce)(ce)量(liang)(liang)系(xi)統(tong)，具(ju)有良好的(de)檢測(ce)(ce)精度、靈敏度和(he)重(zhong)復(fu)性，并(bing)且檢測(ce)(ce)過程(cheng)自動化，極(ji)大地提高了生產率。
鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)下井前必須進行鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)質量評價和分(fen)級(ji)(ji)管理(li)，之后(hou)根據鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)質量級(ji)(ji)別(bie)分(fen)送不(bu)同開采工況的井區。目前，大(da)部分(fen)分(fen)級(ji)(ji)工作都(dou)是通過抓管機逐(zhu)根挑揀(jian)完成的。由于鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)分(fen)級(ji)(ji)類型復雜，人(ren)工分(fen)揀(jian)效率低下，已不(bu)能適應鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)檢測(ce)的生產(chan)速度。為此，緊接(jie)檢測(ce)工藝(yi)，布置一套(tao)鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)在線(xian)分(fen)級(ji)(ji)系統，實現鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)的自動化分(fen)級(ji)(ji)管理(li)是十分(fen)必要的。
二、控制系統
檢(jian)測(ce)分級系統控制軟件結(jie)構(gou)如(ru)圖(tu)7-3所(suo)(suo)示，由用戶(hu)界面(mian)層(ceng)(ceng)、應(ying)用程(cheng)(cheng)序(xu)層(ceng)(ceng)和運動(dong)控制層(ceng)(ceng)構(gou)成(cheng)。用戶(hu)界面(mian)層(ceng)(ceng)程(cheng)(cheng)序(xu)用于人(ren)機交互、控制檢(jian)測(ce)流程(cheng)(cheng)、調整(zheng)檢(jian)測(ce)工(gong)藝以(yi)及監測(ce)設(she)備運行(xing)情況；應(ying)用程(cheng)(cheng)序(xu)層(ceng)(ceng)主要應(ying)用于檢(jian)測(ce)信號處理、鉆桿分級評價、數據儲存與管理以(yi)及信號傳輸(shu)；運動(dong)控制層(ceng)(ceng)以(yi)可編程(cheng)(cheng)序(xu)控制器為(wei)基礎，結(jie)合具(ju)有通(tong)信功能的現(xian)場設(she)備實(shi)現(xian)整(zheng)個系統內所(suo)(suo)有設(she)備的自動(dong)化控制。
檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)號從(cong)采集卡(ka)傳送(song)到(dao)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)客戶機(ji)時，由(you)對(dui)應客戶機(ji)上(shang)的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)軟件(jian)進行(xing)一(yi)(yi)系列信(xin)號處理(li)并存(cun)儲處理(li)結果，同時將(jiang)信(xin)號根據分(fen)(fen)級要求(qiu)進行(xing)處理(li)并將(jiang)結果通過(guo)局(ju)域網(wang)傳送(song)至(zhi)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)服(fu)(fu)務器進行(xing)綜(zong)合(he)處理(li)，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)服(fu)(fu)務器為每根鉆(zhan)桿建(jian)立質量監(jian)測(ce)(ce)數據庫。然后(hou)，分(fen)(fen)級信(xin)息被打(da)包由(you)以(yi)太網(wang)絡從(cong)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)服(fu)(fu)務器傳送(song)至(zhi)分(fen)(fen)級服(fu)(fu)務器，而后(hou)組態(tai)軟件(jian)將(jiang)顯(xian)示分(fen)(fen)級信(xin)息并核查，最(zui)后(hou)，通過(guo)MPI網(wang)絡將(jiang)分(fen)(fen)級信(xin)息傳送(song)至(zhi)可編程(cheng)序(xu)(xu)控(kong)制器，由(you)其中的(de)(de)自(zi)(zi)(zi)動(dong)化程(cheng)序(xu)(xu)實現所(suo)有(you)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分(fen)(fen)級設(she)備的(de)(de)自(zi)(zi)(zi)動(dong)化控(kong)制。整個分(fen)(fen)級檢(jian)(jian)測(ce)(ce)系統共有(you)5個可編程(cheng)序(xu)(xu)控(kong)制器，形(xing)成主從(cong)站(zhan)的(de)(de)Profibus-DP網(wang)絡模式，最(zui)終形(xing)成一(yi)(yi)個高(gao)效的(de)(de)自(zi)(zi)(zi)動(dong)化集散控(kong)制系統。圖7-4所(suo)示為組態(tai)控(kong)制界面，可實時監(jian)控(kong)設(she)備運行(xing)情況并實現生產調度(du)。
三(san)、現場應(ying)用
回收鉆桿(gan)自動化(hua)在線檢(jian)測分級(ji)(ji)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)線，如圖7-5所示，它包(bao)含了鉆桿(gan)旋轉的(de)(de)自動化(hua)漏磁超聲復合無損檢(jian)測系統(tong)(tong)、基于激光(guang)測距測量(liang)(liang)原理(li)的(de)(de)形位尺寸自動化(hua)測量(liang)(liang)系統(tong)(tong)以(yi)及鉆桿(gan)自動化(hua)分級(ji)(ji)裝備。控(kong)制系統(tong)(tong)采用(yong)了基于局域網(wang)、以(yi)太網(wang)、MPI網(wang)絡和Profibus-DP現(xian)場總線的(de)(de)網(wang)絡化(hua)控(kong)制方(fang)法，集(ji)成檢(jian)測信(xin)號和分級(ji)(ji)信(xin)息，實現(xian)了對(dui)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)線的(de)(de)自動化(hua)集(ji)散控(kong)制。整(zheng)套回收鉆桿(gan)檢(jian)測分級(ji)(ji)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)線的(de)(de)設備運(yun)行(xing)穩定，維護方(fang)便，每日檢(jian)測量(liang)(liang)為600根(gen)，可以(yi)降低生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)成本并保證鉆桿(gan)質量(liang)(liang)。
