鉆(zhan)(zhan)桿(gan)是(shi)鉆(zhan)(zhan)柱的基(ji)本組成部分(fen)，其(qi)主要作(zuo)用(yong)是(shi)傳遞轉矩和輸送(song)鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)液(ye)，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)在(zai)服(fu)役的過程中承(cheng)受著拉、壓、扭、彎曲(qu)等各種復雜的交變應力載(zai)荷，同(tong)時(shi)鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)液(ye)、鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)泥漿(jiang)中溶解的O2、CO2和H2S等腐蝕介質及地層的氧化物等介質會(hui)嚴重腐蝕鉆(zhan)(zhan)桿(gan)，受應力載(zai)荷以及化學(xue)腐蝕后(hou)的鉆(zhan)(zhan)桿(gan)非常(chang)容易(yi)失(shi)(shi)效(xiao)，進(jin)而導致鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)事(shi)故(gu)(gu)發(fa)生。2004年9月(yue)，中國(guo)石(shi)油(you)集(ji)團石(shi)油(you)管工程技術研(yan)究(jiu)院主持召開了(le)第(di)二屆(jie)全國(guo)油(you)井(jing)(jing)(jing)管會(hui)議，初步統(tong)計油(you)田(tian)鉆(zhan)(zhan)具(ju)失(shi)(shi)效(xiao)數量是(shi)每年1000例左右，而其(qi)中鉆(zhan)(zhan)桿(gan)失(shi)(shi)效(xiao)占(zhan)據了(le)鉆(zhan)(zhan)具(ju)總失(shi)(shi)效(xiao)事(shi)故(gu)(gu)的50％～60％。現場調查表明，國(guo)外14％以上的油(you)氣井(jing)(jing)(jing)都發(fa)生過不同(tong)程度的鉆(zhan)(zhan)柱井(jing)(jing)(jing)下斷(duan)裂(lie)事(shi)故(gu)(gu)。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)服役(yi)時(shi)處于(yu)井(jing)(jing)底，而井(jing)(jing)底工況復雜(za)，一般鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)深度都在(zai)(zai)幾千米(mi)以(yi)上，使得鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)在(zai)(zai)役(yi)檢測(ce)變(bian)得極其困難。而鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)的(de)檢測(ce)又非常重要，尤其對于(yu)已經(jing)服役(yi)一定時(shi)間(jian)的(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)，其合理報廢(fei)對于(yu)鉆(zhan)(zhan)(zhan)柱(zhu)事(shi)故的(de)預防具(ju)有極大的(de)實際(ji)(ji)工程意義。鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)無損檢測(ce)是鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)檢測(ce)實際(ji)(ji)有效的(de)方法，及時(shi)對鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)缺陷進行檢測(ce)，不僅能(neng)夠減(jian)少鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)事(shi)故，還能(neng)延長鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)使用壽命。此外，加強我(wo)國油田在(zai)(zai)役(yi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)無損檢測(ce)，還可以(yi)降低(di)鉆(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)(jing)風(feng)險，提(ti)高經(jing)濟效益，促進我(wo)國石油戰略的(de)長遠可持續發展。
鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)使(shi)用(yong)(yong)(yong)一(yi)段時間(jian)后(hou)(hou)，在(zai)桿(gan)(gan)(gan)(gan)體(ti)和接(jie)頭處(chu)極可能出現腐蝕、裂紋和穿孔等，這會導致(zhi)嚴重的(de)(de)安全事故并造成巨大的(de)(de)經濟損失。因此(ci)，鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)在(zai)使(shi)用(yong)(yong)(yong)一(yi)段時間(jian)后(hou)(hou)必(bi)須進行(xing)(xing)質(zhi)量檢(jian)(jian)測與修(xiu)復才能繼續投入使(shi)用(yong)(yong)(yong)。傳統的(de)(de)鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)質(zhi)量檢(jian)(jian)測和分(fen)級工藝普遍是(shi)采用(yong)(yong)(yong)手(shou)(shou)工方式完成的(de)(de)。鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)從井場回收至檢(jian)(jian)測修(xiu)復中心，首(shou)先采用(yong)(yong)(yong)手(shou)(shou)動(dong)超(chao)聲(sheng)儀對鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)桿(gan)(gan)(gan)(gan)體(ti)進行(xing)(xing)局部抽(chou)檢(jian)(jian)，然后(hou)(hou)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)千分(fen)尺和游標卡尺對鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)接(jie)頭形位(wei)尺寸進行(xing)(xing)取點測量，最后(hou)(hou)根據(ju)檢(jian)(jian)測數據(ju)和分(fen)級標準，利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)抓管機對
鉆桿逐根挑揀(jian)分級。手(shou)工檢(jian)(jian)(jian)測(ce)分級效(xiao)率(lv)低，并且(qie)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)結(jie)果易受人為(wei)因素影響，已不適應回收鉆桿的(de)質量檢(jian)(jian)(jian)測(ce)要求。因此，建立(li)自動化高效(xiao)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)分級生產線，對鉆桿的(de)質量檢(jian)(jian)(jian)測(ce)和(he)分級管理十分必要。
一、檢(jian)測(ce)分級工(gong)藝
根據鉆(zhan)桿質(zhi)量檢測、分(fen)(fen)級(ji)管(guan)理(li)與修復(fu)的相關標準和(he)(he)現場(chang)要求，回(hui)收鉆(zhan)桿檢測分(fen)(fen)級(ji)工藝流程(cheng)如圖7-1所示。舊鉆(zhan)桿從井場(chang)回(hui)收至(zhi)管(guan)子站后，首先經(jing)過彎曲矯直(zhi)、清洗等檢測預處理(li)，然后依次(ci)經(jing)過材質(zhi)分(fen)(fen)析、漏磁超聲桿體復(fu)合檢測、接頭(tou)形位(wei)尺寸自(zi)動化(hua)測量、內壁復(fu)檢和(he)(he)加(jia)厚帶復(fu)檢等工藝過程(cheng)，最后根據鉆(zhan)桿質(zhi)量狀況進行評價分(fen)(fen)級(ji)和(he)(he)修復(fu)處理(li)。
鉆桿(gan)(gan)不(bu)僅具有連接螺紋、密封臺面和加厚帶等復雜結構(gou)，而且尺(chi)寸較大(da)（長度約(yue)10m），這(zhe)為實現自動化檢測(ce)分(fen)級帶來了困難。以(yi)鉆桿(gan)(gan)的(de)結構(gou)特點和檢測(ce)工(gong)藝(yi)要求為基(ji)礎，采用一(yi)種基(ji)于(yu)鉆桿(gan)(gan)螺旋前進的(de)漏磁超(chao)聲復合桿(gan)(gan)體無(wu)損檢測(ce)方法和基(ji)于(yu)激光測(ce)量(liang)的(de)鉆桿(gan)(gan)接頭形位尺(chi)寸測(ce)量(liang)原理(li)，來替代(dai)傳統的(de)手工(gong)方式。檢測(ce)分(fen)級系統布局(ju)如圖7-2所示。
整個(ge)系統(tong)由(you)漏磁桿體檢(jian)(jian)測設備(bei)、超(chao)聲桿體檢(jian)(jian)測設備(bei)、形(xing)位尺寸測量設備(bei)、翻料(liao)裝(zhuang)備(bei)、V形(xing)輪直行傳輸(shu)輥道、V形(xing)輪螺旋傳輸(shu)輥道、待檢(jian)(jian)料(liao)架、復檢(jian)(jian)料(liao)架、成品料(liao)架等部分組成，并(bing)布置有大(da)量物(wu)料(liao)傳感器。
漏(lou)磁與超聲(sheng)復合(he)檢(jian)測(ce)是目前應用(yong)最為廣(guang)泛的(de)復合(he)檢(jian)測(ce)方法。漏(lou)磁檢(jian)測(ce)方法對鉆桿內表面缺陷(xian)具有很好的(de)適應性，而超聲(sheng)波(bo)對內部缺陷(xian)具有更(geng)強的(de)探測(ce)能力。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭承擔著鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)之(zhi)間傳(chuan)遞轉矩與(yu)密封鉆(zhan)(zhan)(zhan)井液的(de)作用(yong)，是鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)最為重要(yao)的(de)部位。因(yin)此，鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭形位尺寸檢(jian)測(ce)(ce)是回收鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)重復利用(yong)必不可少的(de)工序(xu)。但由(you)于(yu)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭結(jie)構(gou)復雜，目(mu)前鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接頭基(ji)本都是采用(yong)人工采樣方式進行(xing)測(ce)(ce)量(liang)，其測(ce)(ce)量(liang)結(jie)果受人為因(yin)素影響(xiang)大，并且(qie)生(sheng)產(chan)率低。基(ji)于(yu)激(ji)光測(ce)(ce)距測(ce)(ce)量(liang)原理的(de)自動化(hua)形位尺寸全息測(ce)(ce)量(liang)系(xi)統，具有良好的(de)檢(jian)測(ce)(ce)精度、靈敏(min)度和重復性，并且(qie)檢(jian)測(ce)(ce)過(guo)程自動化(hua)，極大地提(ti)高了生(sheng)產(chan)率。
鉆(zhan)(zhan)桿下(xia)井前必(bi)須進行鉆(zhan)(zhan)桿質量評價和分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)管(guan)理，之后(hou)根據鉆(zhan)(zhan)桿質量級(ji)(ji)別分(fen)(fen)(fen)送(song)不(bu)同開(kai)采工況的(de)井區。目前，大部分(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)工作都是(shi)通(tong)過(guo)抓管(guan)機逐根挑揀(jian)完成(cheng)的(de)。由于鉆(zhan)(zhan)桿分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)類型復雜，人工分(fen)(fen)(fen)揀(jian)效率低(di)下(xia)，已不(bu)能適應(ying)鉆(zhan)(zhan)桿檢(jian)測(ce)的(de)生(sheng)產速度。為此(ci)，緊接(jie)檢(jian)測(ce)工藝，布置(zhi)一套鉆(zhan)(zhan)桿在線(xian)分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)系統，實現(xian)鉆(zhan)(zhan)桿的(de)自動(dong)化分(fen)(fen)(fen)級(ji)(ji)管(guan)理是(shi)十(shi)分(fen)(fen)(fen)必(bi)要的(de)。
二、控(kong)制(zhi)系統(tong)
檢(jian)測分(fen)級系統控(kong)(kong)制(zhi)軟件結構如圖7-3所示，由用(yong)(yong)戶界面層(ceng)、應(ying)(ying)用(yong)(yong)程(cheng)序(xu)層(ceng)和運動控(kong)(kong)制(zhi)層(ceng)構成。用(yong)(yong)戶界面層(ceng)程(cheng)序(xu)用(yong)(yong)于人(ren)機交(jiao)互、控(kong)(kong)制(zhi)檢(jian)測流程(cheng)、調整(zheng)檢(jian)測工藝(yi)以及(ji)監測設(she)(she)備(bei)運行情況；應(ying)(ying)用(yong)(yong)程(cheng)序(xu)層(ceng)主要應(ying)(ying)用(yong)(yong)于檢(jian)測信(xin)號(hao)處理(li)、鉆桿分(fen)級評價(jia)、數據儲存與(yu)管理(li)以及(ji)信(xin)號(hao)傳輸；運動控(kong)(kong)制(zhi)層(ceng)以可編程(cheng)序(xu)控(kong)(kong)制(zhi)器為基礎，結合具有(you)通信(xin)功(gong)能的現場設(she)(she)備(bei)實現整(zheng)個系統內(nei)所有(you)設(she)(she)備(bei)的自動化控(kong)(kong)制(zhi)。
檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)從采集卡傳(chuan)(chuan)送(song)到(dao)檢(jian)測(ce)客戶(hu)機時，由(you)對(dui)應客戶(hu)機上的(de)(de)檢(jian)測(ce)軟件(jian)進行一系列信(xin)號(hao)處(chu)理(li)并(bing)存儲處(chu)理(li)結果，同(tong)時將(jiang)信(xin)號(hao)根(gen)據分(fen)級(ji)要求進行處(chu)理(li)并(bing)將(jiang)結果通過局域(yu)網(wang)(wang)傳(chuan)(chuan)送(song)至(zhi)檢(jian)測(ce)服(fu)務器(qi)(qi)進行綜合處(chu)理(li)，檢(jian)測(ce)服(fu)務器(qi)(qi)為(wei)每根(gen)鉆桿建立質量監(jian)測(ce)數據庫。然后，分(fen)級(ji)信(xin)息(xi)(xi)被打包由(you)以太網(wang)(wang)絡從檢(jian)測(ce)服(fu)務器(qi)(qi)傳(chuan)(chuan)送(song)至(zhi)分(fen)級(ji)服(fu)務器(qi)(qi)，而后組(zu)態(tai)軟件(jian)將(jiang)顯(xian)示(shi)分(fen)級(ji)信(xin)息(xi)(xi)并(bing)核查，最后，通過MPI網(wang)(wang)絡將(jiang)分(fen)級(ji)信(xin)息(xi)(xi)傳(chuan)(chuan)送(song)至(zhi)可編程序控制器(qi)(qi)，由(you)其中的(de)(de)自(zi)動化程序實(shi)現所(suo)有(you)檢(jian)測(ce)分(fen)級(ji)設備(bei)的(de)(de)自(zi)動化控制。整個分(fen)級(ji)檢(jian)測(ce)系統(tong)共(gong)有(you)5個可編程序控制器(qi)(qi)，形成主從站(zhan)的(de)(de)Profibus-DP網(wang)(wang)絡模式，最終(zhong)形成一個高效的(de)(de)自(zi)動化集散控制系統(tong)。圖7-4所(suo)示(shi)為(wei)組(zu)態(tai)控制界面，可實(shi)時監(jian)控設備(bei)運(yun)行情況并(bing)實(shi)現生產調度。
三、現場應用
回(hui)收(shou)鉆(zhan)桿自(zi)(zi)動化(hua)(hua)(hua)在線(xian)檢(jian)測(ce)分(fen)級生產(chan)線(xian)，如(ru)圖7-5所示，它包含了鉆(zhan)桿旋轉的(de)自(zi)(zi)動化(hua)(hua)(hua)漏磁超聲復合無損(sun)檢(jian)測(ce)系(xi)統、基于激光(guang)測(ce)距(ju)測(ce)量原理(li)的(de)形位(wei)尺(chi)寸自(zi)(zi)動化(hua)(hua)(hua)測(ce)量系(xi)統以及鉆(zhan)桿自(zi)(zi)動化(hua)(hua)(hua)分(fen)級裝備。控制(zhi)系(xi)統采用了基于局域網(wang)(wang)、以太網(wang)(wang)、MPI網(wang)(wang)絡(luo)和Profibus-DP現場(chang)總線(xian)的(de)網(wang)(wang)絡(luo)化(hua)(hua)(hua)控制(zhi)方法(fa)，集(ji)成(cheng)檢(jian)測(ce)信號和分(fen)級信息，實現了對(dui)生產(chan)線(xian)的(de)自(zi)(zi)動化(hua)(hua)(hua)集(ji)散控制(zhi)。整套回(hui)收(shou)鉆(zhan)桿檢(jian)測(ce)分(fen)級生產(chan)線(xian)的(de)設備運(yun)行穩定，維護方便，每日檢(jian)測(ce)量為600根(gen)，可以降低生產(chan)成(cheng)本并保(bao)證(zheng)鉆(zhan)桿質量。
