鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)是(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)柱的(de)(de)基本組成部(bu)分，其主要(yao)作用是(shi)傳遞轉矩和輸送鉆(zhan)(zhan)(zhan)井液(ye)，鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在服役的(de)(de)過程(cheng)中(zhong)承受著拉、壓、扭、彎曲(qu)等(deng)各種(zhong)復雜(za)的(de)(de)交變(bian)應(ying)力載荷(he)，同時鉆(zhan)(zhan)(zhan)井液(ye)、鉆(zhan)(zhan)(zhan)井泥漿(jiang)中(zhong)溶解的(de)(de)O2、CO2和H2S等(deng)腐(fu)蝕介質及(ji)地(di)層的(de)(de)氧化物等(deng)介質會嚴重(zhong)腐(fu)蝕鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)，受應(ying)力載荷(he)以及(ji)化學腐(fu)蝕后的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)非常容易失(shi)(shi)效(xiao)，進而導致鉆(zhan)(zhan)(zhan)井事(shi)故發(fa)生。2004年9月，中(zhong)國(guo)(guo)石油(you)集團石油(you)管工程(cheng)技(ji)術研究院(yuan)主持召開了第二(er)屆全國(guo)(guo)油(you)井管會議，初步(bu)統計油(you)田鉆(zhan)(zhan)(zhan)具失(shi)(shi)效(xiao)數量是(shi)每年1000例左(zuo)右，而其中(zhong)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)失(shi)(shi)效(xiao)占據(ju)了鉆(zhan)(zhan)(zhan)具總失(shi)(shi)效(xiao)事(shi)故的(de)(de)50％～60％。現場調查表明(ming)，國(guo)(guo)外14％以上的(de)(de)油(you)氣井都(dou)發(fa)生過不(bu)同程(cheng)度(du)的(de)(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)柱井下斷裂事(shi)故。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)服(fu)役(yi)時處(chu)于井(jing)底，而井(jing)底工況復雜，一(yi)般鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)深度都在幾千米以上，使(shi)得鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在役(yi)檢測(ce)變得極(ji)其困(kun)難。而鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)的(de)檢測(ce)又(you)非常重要，尤其對于已經服(fu)役(yi)一(yi)定時間的(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)，其合理報廢對于鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱事(shi)故的(de)預防(fang)具有(you)極(ji)大(da)的(de)實際工程(cheng)意義。鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)無損(sun)檢測(ce)是鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)檢測(ce)實際有(you)效的(de)方法(fa)，及(ji)時對鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)缺陷(xian)進(jin)行檢測(ce)，不(bu)僅能(neng)夠減少鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)事(shi)故，還(huan)能(neng)延長鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)使(shi)用壽命。此外(wai)，加強我(wo)(wo)國油(you)田在役(yi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)無損(sun)檢測(ce)，還(huan)可以降低鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)風險(xian)，提高經濟效益，促進(jin)我(wo)(wo)國石(shi)油(you)戰略的(de)長遠(yuan)可持(chi)續(xu)發展。
鉆桿使用(yong)(yong)(yong)(yong)一段時(shi)間(jian)后(hou)，在(zai)桿體和(he)接頭處(chu)極可(ke)能(neng)出(chu)現腐(fu)蝕、裂紋和(he)穿孔等，這會導致嚴重的安全事故并造成巨大的經(jing)濟損失。因此(ci)，鉆桿在(zai)使用(yong)(yong)(yong)(yong)一段時(shi)間(jian)后(hou)必須(xu)進行質量(liang)檢(jian)測(ce)與修(xiu)復(fu)才能(neng)繼續投入使用(yong)(yong)(yong)(yong)。傳(chuan)統的鉆桿質量(liang)檢(jian)測(ce)和(he)分級工藝(yi)普遍(bian)是采用(yong)(yong)(yong)(yong)手工方式完(wan)成的。鉆桿從井場(chang)回收至檢(jian)測(ce)修(xiu)復(fu)中心，首(shou)先(xian)采用(yong)(yong)(yong)(yong)手動超聲儀(yi)對鉆桿桿體進行局部(bu)抽檢(jian)，然后(hou)利用(yong)(yong)(yong)(yong)千分尺和(he)游標(biao)卡尺對鉆桿接頭形位尺寸進行取(qu)點測(ce)量(liang)，最后(hou)根據(ju)檢(jian)測(ce)數據(ju)和(he)分級標(biao)準，利用(yong)(yong)(yong)(yong)抓(zhua)管機對
鉆桿(gan)(gan)逐根挑揀分級(ji)。手(shou)工檢測(ce)(ce)(ce)分級(ji)效率低，并且檢測(ce)(ce)(ce)結果易(yi)受人(ren)為因素影響，已不適應回收鉆桿(gan)(gan)的質量(liang)檢測(ce)(ce)(ce)要(yao)(yao)求。因此(ci)，建立自動化高效檢測(ce)(ce)(ce)分級(ji)生產(chan)線，對(dui)鉆桿(gan)(gan)的質量(liang)檢測(ce)(ce)(ce)和分級(ji)管理十分必要(yao)(yao)。
一(yi)、檢(jian)測分級工藝(yi)
根(gen)據鉆(zhan)桿質量(liang)檢(jian)測(ce)、分(fen)級(ji)(ji)(ji)管(guan)理與(yu)修復(fu)的相關標準和(he)現場要求，回(hui)收(shou)鉆(zhan)桿檢(jian)測(ce)分(fen)級(ji)(ji)(ji)工(gong)藝(yi)流程如(ru)圖7-1所示。舊鉆(zhan)桿從井(jing)場回(hui)收(shou)至管(guan)子站后(hou)(hou)，首先經過(guo)彎(wan)曲矯直、清洗等(deng)檢(jian)測(ce)預(yu)處理，然后(hou)(hou)依次經過(guo)材質分(fen)析、漏磁(ci)超聲桿體復(fu)合檢(jian)測(ce)、接頭形(xing)位尺寸自動化測(ce)量(liang)、內壁復(fu)檢(jian)和(he)加厚帶復(fu)檢(jian)等(deng)工(gong)藝(yi)過(guo)程，最后(hou)(hou)根(gen)據鉆(zhan)桿質量(liang)狀況(kuang)進(jin)行(xing)評價分(fen)級(ji)(ji)(ji)和(he)修復(fu)處理。
鉆桿不(bu)僅具有連接螺紋、密封臺面和加厚帶等復雜結構(gou)，而且尺寸較大（長(chang)度約10m），這為實現自動化(hua)檢測(ce)(ce)分級(ji)帶來了困難。以鉆桿的(de)結構(gou)特(te)點(dian)和檢測(ce)(ce)工藝(yi)要求為基(ji)礎(chu)，采用一種(zhong)基(ji)于鉆桿螺旋前進的(de)漏磁超(chao)聲復合桿體無(wu)損(sun)檢測(ce)(ce)方法和基(ji)于激光測(ce)(ce)量的(de)鉆桿接頭形(xing)位(wei)尺寸測(ce)(ce)量原理，來替代傳統(tong)的(de)手(shou)工方式。檢測(ce)(ce)分級(ji)系(xi)統(tong)布局(ju)如圖7-2所示(shi)。
整(zheng)個系統由漏磁桿體檢(jian)測設備(bei)(bei)、超聲桿體檢(jian)測設備(bei)(bei)、形位(wei)尺寸測量設備(bei)(bei)、翻(fan)料(liao)裝備(bei)(bei)、V形輪直行傳(chuan)輸(shu)輥道(dao)、V形輪螺旋傳(chuan)輸(shu)輥道(dao)、待檢(jian)料(liao)架、復檢(jian)料(liao)架、成品料(liao)架等部(bu)分組(zu)成，并(bing)布置有大量物料(liao)傳(chuan)感器。
漏磁(ci)與超(chao)聲復合檢測(ce)是(shi)目前應用(yong)最為廣泛(fan)的(de)復合檢測(ce)方法(fa)。漏磁(ci)檢測(ce)方法(fa)對(dui)(dui)鉆桿(gan)內(nei)表面缺(que)陷具有很好的(de)適應性(xing)，而超(chao)聲波對(dui)(dui)內(nei)部(bu)缺(que)陷具有更強的(de)探測(ce)能力。
鉆桿接(jie)頭(tou)(tou)承擔著鉆桿之間傳遞(di)轉矩與密封(feng)鉆井液的(de)作用，是(shi)鉆桿最(zui)為重(zhong)要(yao)的(de)部(bu)位。因(yin)此，鉆桿接(jie)頭(tou)(tou)形位尺寸檢測是(shi)回收(shou)鉆桿重(zhong)復(fu)利用必不可少的(de)工(gong)序(xu)。但由于鉆桿接(jie)頭(tou)(tou)結構復(fu)雜，目(mu)前鉆桿接(jie)頭(tou)(tou)基本都(dou)是(shi)采用人工(gong)采樣(yang)方式進(jin)行(xing)測量(liang)，其測量(liang)結果受人為因(yin)素影響大，并且生(sheng)產率(lv)低。基于激(ji)光測距測量(liang)原理(li)的(de)自動(dong)化形位尺寸全息測量(liang)系統，具(ju)有良好的(de)檢測精度、靈敏(min)度和重(zhong)復(fu)性，并且檢測過(guo)程自動(dong)化，極大地提高了(le)生(sheng)產率(lv)。
鉆(zhan)桿(gan)(gan)下(xia)井前必須進行(xing)鉆(zhan)桿(gan)(gan)質量(liang)評(ping)價和分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)(ji)管理，之后根據(ju)鉆(zhan)桿(gan)(gan)質量(liang)級(ji)(ji)(ji)(ji)別(bie)分(fen)(fen)送不同(tong)開采工(gong)(gong)況的(de)井區(qu)。目前，大部分(fen)(fen)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)(ji)工(gong)(gong)作都是(shi)通過抓管機逐根挑(tiao)揀完成的(de)。由于鉆(zhan)桿(gan)(gan)分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)(ji)類型復雜(za)，人工(gong)(gong)分(fen)(fen)揀效率低下(xia)，已不能適(shi)應(ying)鉆(zhan)桿(gan)(gan)檢測的(de)生(sheng)產速度。為此，緊接檢測工(gong)(gong)藝，布(bu)置一套鉆(zhan)桿(gan)(gan)在線分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)(ji)系統，實現鉆(zhan)桿(gan)(gan)的(de)自(zi)動化分(fen)(fen)級(ji)(ji)(ji)(ji)管理是(shi)十分(fen)(fen)必要的(de)。
二(er)、控制系統
檢測分(fen)級系統控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)軟(ruan)件結(jie)構如圖7-3所示(shi)，由用(yong)戶界面層(ceng)(ceng)、應用(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)層(ceng)(ceng)和運動(dong)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)構成。用(yong)戶界面層(ceng)(ceng)程(cheng)(cheng)序(xu)用(yong)于人機交(jiao)互、控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)檢測流程(cheng)(cheng)、調整檢測工藝(yi)以及監測設備運行情況；應用(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)層(ceng)(ceng)主要應用(yong)于檢測信號處理(li)(li)、鉆桿分(fen)級評價、數據儲(chu)存與管理(li)(li)以及信號傳輸；運動(dong)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)以可編程(cheng)(cheng)序(xu)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器為基礎，結(jie)合具(ju)有通信功能的現(xian)場設備實(shi)現(xian)整個系統內所有設備的自動(dong)化控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)。
檢(jian)(jian)測(ce)信號(hao)從(cong)采集卡傳送到檢(jian)(jian)測(ce)客戶(hu)機(ji)時(shi)，由對應客戶(hu)機(ji)上(shang)的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)軟件(jian)進(jin)行一系(xi)列信號(hao)處(chu)理(li)并(bing)(bing)存儲(chu)處(chu)理(li)結果，同時(shi)將(jiang)(jiang)信號(hao)根據分(fen)(fen)級(ji)要求(qiu)進(jin)行處(chu)理(li)并(bing)(bing)將(jiang)(jiang)結果通過局域網(wang)(wang)傳送至檢(jian)(jian)測(ce)服(fu)(fu)務器(qi)(qi)(qi)進(jin)行綜合處(chu)理(li)，檢(jian)(jian)測(ce)服(fu)(fu)務器(qi)(qi)(qi)為每根鉆桿建(jian)立質量監測(ce)數據庫。然后，分(fen)(fen)級(ji)信息被打包由以太網(wang)(wang)絡從(cong)檢(jian)(jian)測(ce)服(fu)(fu)務器(qi)(qi)(qi)傳送至分(fen)(fen)級(ji)服(fu)(fu)務器(qi)(qi)(qi)，而(er)后組態軟件(jian)將(jiang)(jiang)顯示(shi)分(fen)(fen)級(ji)信息并(bing)(bing)核查，最后，通過MPI網(wang)(wang)絡將(jiang)(jiang)分(fen)(fen)級(ji)信息傳送至可編(bian)程(cheng)序(xu)控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)，由其(qi)中的(de)(de)自動(dong)化程(cheng)序(xu)實(shi)現所(suo)有(you)(you)檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)(fen)級(ji)設(she)備(bei)的(de)(de)自動(dong)化控(kong)制(zhi)。整個分(fen)(fen)級(ji)檢(jian)(jian)測(ce)系(xi)統共有(you)(you)5個可編(bian)程(cheng)序(xu)控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)(qi)，形成主(zhu)從(cong)站(zhan)的(de)(de)Profibus-DP網(wang)(wang)絡模式，最終形成一個高(gao)效的(de)(de)自動(dong)化集散控(kong)制(zhi)系(xi)統。圖(tu)7-4所(suo)示(shi)為組態控(kong)制(zhi)界(jie)面，可實(shi)時(shi)監控(kong)設(she)備(bei)運行情(qing)況(kuang)并(bing)(bing)實(shi)現生產(chan)調度。
三、現場(chang)應(ying)用
回收(shou)鉆桿(gan)自(zi)(zi)動化(hua)(hua)在線檢測(ce)(ce)(ce)分(fen)級生產線，如(ru)圖7-5所(suo)示，它(ta)包(bao)含了鉆桿(gan)旋轉的自(zi)(zi)動化(hua)(hua)漏磁超聲復(fu)合(he)無損檢測(ce)(ce)(ce)系(xi)統、基于(yu)激光測(ce)(ce)(ce)距測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)原(yuan)理的形(xing)位尺寸自(zi)(zi)動化(hua)(hua)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)系(xi)統以及鉆桿(gan)自(zi)(zi)動化(hua)(hua)分(fen)級裝備(bei)。控(kong)制系(xi)統采用了基于(yu)局域網(wang)、以太網(wang)、MPI網(wang)絡(luo)和Profibus-DP現場(chang)總線的網(wang)絡(luo)化(hua)(hua)控(kong)制方(fang)法(fa)，集成檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)號和分(fen)級信(xin)息，實現了對生產線的自(zi)(zi)動化(hua)(hua)集散控(kong)制。整套回收(shou)鉆桿(gan)檢測(ce)(ce)(ce)分(fen)級生產線的設(she)備(bei)運行穩(wen)定，維護方(fang)便，每日檢測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)為600根，可以降低生產成本(ben)并保證鉆桿(gan)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)。
