鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)是鉆(zhan)(zhan)柱的(de)基本組成部(bu)分，其主(zhu)要(yao)作用是傳遞轉(zhuan)矩(ju)和輸(shu)送(song)鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)液(ye)，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在服役的(de)過(guo)程(cheng)中承受著拉、壓(ya)、扭(niu)、彎曲等(deng)(deng)各種復(fu)雜的(de)交變應力(li)載荷(he)，同(tong)時鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)液(ye)、鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)泥(ni)漿中溶解的(de)O2、CO2和H2S等(deng)(deng)腐(fu)蝕介質(zhi)(zhi)及(ji)(ji)地層的(de)氧化物(wu)等(deng)(deng)介質(zhi)(zhi)會(hui)(hui)嚴重腐(fu)蝕鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)，受應力(li)載荷(he)以(yi)及(ji)(ji)化學腐(fu)蝕后(hou)的(de)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)非(fei)常(chang)容易失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)，進而導致鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)(jing)事(shi)故(gu)發生(sheng)。2004年9月，中國石油(you)集(ji)團石油(you)管(guan)工程(cheng)技(ji)術研究院主(zhu)持(chi)召開了(le)第二屆全國油(you)井(jing)(jing)(jing)管(guan)會(hui)(hui)議(yi)，初步統計油(you)田鉆(zhan)(zhan)具失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)數量是每年1000例左(zuo)右，而其中鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)占(zhan)據了(le)鉆(zhan)(zhan)具總失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)事(shi)故(gu)的(de)50％～60％。現(xian)場調查(cha)表明，國外(wai)14％以(yi)上的(de)油(you)氣井(jing)(jing)(jing)都發生(sheng)過(guo)不同(tong)程(cheng)度的(de)鉆(zhan)(zhan)柱井(jing)(jing)(jing)下(xia)斷(duan)裂事(shi)故(gu)。
鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)服役(yi)時處于井(jing)底，而井(jing)底工況(kuang)復雜(za)，一般鉆(zhan)井(jing)深度都在幾(ji)千米以上，使(shi)得鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)在役(yi)檢(jian)(jian)測(ce)變得極其困難(nan)。而鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)的(de)檢(jian)(jian)測(ce)又非常重要(yao)，尤其對于已經(jing)服役(yi)一定時間的(de)鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)，其合理報廢(fei)對于鉆(zhan)柱事故的(de)預防具有(you)極大的(de)實際工程意義。鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)無(wu)損(sun)檢(jian)(jian)測(ce)是鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)檢(jian)(jian)測(ce)實際有(you)效的(de)方法，及時對鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)缺(que)陷(xian)進行(xing)檢(jian)(jian)測(ce)，不僅(jin)能夠減(jian)少鉆(zhan)井(jing)事故，還能延(yan)長(chang)鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)使(shi)用壽命(ming)。此外(wai)，加強我國油(you)(you)田(tian)在役(yi)鉆(zhan)桿(gan)(gan)(gan)無(wu)損(sun)檢(jian)(jian)測(ce)，還可以降低(di)鉆(zhan)井(jing)風險(xian)，提(ti)高經(jing)濟(ji)效益，促進我國石油(you)(you)戰(zhan)略(lve)的(de)長(chang)遠可持(chi)續發展。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)使用一段時間(jian)(jian)后(hou)，在桿(gan)體(ti)(ti)和接(jie)(jie)頭處(chu)極(ji)可能(neng)出現腐蝕、裂紋和穿孔等，這會(hui)導致嚴重的安全事故(gu)并造成巨大的經濟損失。因此，鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)在使用一段時間(jian)(jian)后(hou)必須進行質量(liang)檢(jian)測(ce)(ce)與修復(fu)才(cai)能(neng)繼(ji)續投入使用。傳(chuan)統(tong)的鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)質量(liang)檢(jian)測(ce)(ce)和分級工藝普(pu)遍是采(cai)用手工方式(shi)完成的。鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)從井(jing)場回收至檢(jian)測(ce)(ce)修復(fu)中心，首(shou)先(xian)采(cai)用手動超聲(sheng)儀對鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)桿(gan)體(ti)(ti)進行局(ju)部抽檢(jian)，然后(hou)利用千分尺和游標卡尺對鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)接(jie)(jie)頭形位尺寸進行取點測(ce)(ce)量(liang)，最后(hou)根據檢(jian)測(ce)(ce)數據和分級標準，利用抓管機對
鉆桿逐根挑揀分級。手(shou)工(gong)檢測分級效率低，并且(qie)檢測結果易(yi)受人為因素影響(xiang)，已不適應回收鉆桿的質(zhi)量檢測要求。因此，建立自(zi)動化(hua)高效檢測分級生產線，對鉆桿的質(zhi)量檢測和分級管理十分必要。
一(yi)、檢測分級(ji)工藝
根據鉆(zhan)(zhan)桿(gan)質(zhi)量檢(jian)測、分級管(guan)理(li)與修復(fu)的(de)相關標準和(he)(he)現場要求，回(hui)收(shou)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)檢(jian)測分級工藝(yi)流程如圖7-1所示(shi)。舊(jiu)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)從井場回(hui)收(shou)至管(guan)子站后(hou)，首先經過彎曲(qu)矯直、清洗等檢(jian)測預處(chu)理(li)，然后(hou)依次經過材質(zhi)分析、漏磁(ci)超聲桿(gan)體(ti)復(fu)合檢(jian)測、接頭形位尺寸自動化測量、內壁復(fu)檢(jian)和(he)(he)加厚帶復(fu)檢(jian)等工藝(yi)過程，最后(hou)根據鉆(zhan)(zhan)桿(gan)質(zhi)量狀況進(jin)行(xing)評(ping)價分級和(he)(he)修復(fu)處(chu)理(li)。
鉆桿不僅(jin)具(ju)有(you)連(lian)接(jie)螺(luo)紋、密封臺面和(he)加厚帶(dai)等(deng)復(fu)雜結構，而且尺(chi)寸(cun)較大（長(chang)度約10m），這(zhe)為實(shi)現(xian)自(zi)動化檢測(ce)(ce)分級帶(dai)來(lai)了(le)困難。以鉆桿的結構特點和(he)檢測(ce)(ce)工藝(yi)要求為基礎(chu)，采用一種(zhong)基于鉆桿螺(luo)旋(xuan)前進的漏磁(ci)超聲復(fu)合桿體無(wu)損(sun)檢測(ce)(ce)方法和(he)基于激(ji)光測(ce)(ce)量的鉆桿接(jie)頭形(xing)位尺(chi)寸(cun)測(ce)(ce)量原理，來(lai)替代傳(chuan)統(tong)的手工方式。檢測(ce)(ce)分級系統(tong)布局如圖7-2所示。
整(zheng)個系統由漏(lou)磁(ci)桿(gan)體檢(jian)測(ce)設(she)備(bei)、超聲桿(gan)體檢(jian)測(ce)設(she)備(bei)、形位尺寸測(ce)量設(she)備(bei)、翻料裝備(bei)、V形輪直行(xing)傳(chuan)輸輥道(dao)、V形輪螺旋傳(chuan)輸輥道(dao)、待(dai)檢(jian)料架(jia)(jia)、復檢(jian)料架(jia)(jia)、成(cheng)(cheng)品料架(jia)(jia)等部分組成(cheng)(cheng)，并布置有大量物(wu)料傳(chuan)感(gan)器(qi)。
漏(lou)磁與超聲復合(he)檢測是目前應用最(zui)為廣泛的復合(he)檢測方法。漏(lou)磁檢測方法對(dui)鉆桿內表面缺陷具有很好的適應性，而超聲波(bo)對(dui)內部缺陷具有更(geng)強的探測能力(li)。
鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)接頭(tou)承擔著鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)之間傳(chuan)遞轉矩(ju)與密封鉆井液的(de)作用(yong)(yong)，是鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)最為(wei)重(zhong)要(yao)的(de)部位(wei)。因此(ci)，鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)接頭(tou)形位(wei)尺寸檢測(ce)(ce)是回收鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)重(zhong)復(fu)利用(yong)(yong)必(bi)不可少的(de)工序。但由(you)于鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)接頭(tou)結構(gou)復(fu)雜，目前鉆桿(gan)(gan)(gan)(gan)接頭(tou)基本都是采用(yong)(yong)人工采樣方式進行測(ce)(ce)量(liang)，其測(ce)(ce)量(liang)結果受人為(wei)因素(su)影響大，并且(qie)生(sheng)產(chan)率低(di)。基于激光測(ce)(ce)距測(ce)(ce)量(liang)原理的(de)自(zi)動化(hua)形位(wei)尺寸全息(xi)測(ce)(ce)量(liang)系(xi)統，具有良好的(de)檢測(ce)(ce)精度、靈敏度和重(zhong)復(fu)性(xing)，并且(qie)檢測(ce)(ce)過程自(zi)動化(hua)，極大地提高了生(sheng)產(chan)率。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)下(xia)井(jing)前必須進(jin)行鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)質(zhi)量(liang)評價和(he)分(fen)級(ji)(ji)管(guan)理，之后根(gen)(gen)據鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)質(zhi)量(liang)級(ji)(ji)別(bie)分(fen)送(song)不同開采(cai)工況的(de)井(jing)區。目前，大部(bu)分(fen)分(fen)級(ji)(ji)工作都是通過抓管(guan)機逐根(gen)(gen)挑(tiao)揀完(wan)成(cheng)的(de)。由于鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)分(fen)級(ji)(ji)類型復雜，人工分(fen)揀效率低下(xia)，已不能(neng)適應鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)檢(jian)測的(de)生產速度(du)。為(wei)此，緊接檢(jian)測工藝，布(bu)置一套(tao)鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)在線分(fen)級(ji)(ji)系統，實現鉆(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)的(de)自動化分(fen)級(ji)(ji)管(guan)理是十分(fen)必要的(de)。
二、控制(zhi)系統
檢(jian)測分級(ji)系統控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)軟件結構(gou)如圖7-3所示，由(you)用(yong)戶界面(mian)層、應用(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)層和運(yun)動(dong)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)層構(gou)成。用(yong)戶界面(mian)層程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)用(yong)于人機交(jiao)互(hu)、控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)檢(jian)測流程(cheng)(cheng)、調整檢(jian)測工藝以及(ji)監測設備(bei)(bei)運(yun)行情況；應用(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)層主要應用(yong)于檢(jian)測信號處理、鉆桿分級(ji)評(ping)價、數(shu)據儲存(cun)與管(guan)理以及(ji)信號傳輸；運(yun)動(dong)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)層以可編程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器為基礎，結合具有通信功能的(de)現場設備(bei)(bei)實現整個系統內所有設備(bei)(bei)的(de)自動(dong)化(hua)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)。
檢(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)從(cong)采集卡傳(chuan)送到檢(jian)測(ce)(ce)(ce)客戶機時，由(you)對應客戶機上的(de)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)軟件(jian)進行一系列信(xin)號(hao)處(chu)(chu)理(li)并(bing)存儲處(chu)(chu)理(li)結(jie)果，同時將信(xin)號(hao)根(gen)據(ju)分(fen)(fen)級要求(qiu)進行處(chu)(chu)理(li)并(bing)將結(jie)果通(tong)過局域網(wang)傳(chuan)送至(zhi)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)服(fu)(fu)務器(qi)(qi)進行綜合處(chu)(chu)理(li)，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)服(fu)(fu)務器(qi)(qi)為每(mei)根(gen)鉆桿建立質量(liang)監測(ce)(ce)(ce)數據(ju)庫。然后(hou)，分(fen)(fen)級信(xin)息(xi)(xi)被打包由(you)以(yi)太網(wang)絡(luo)從(cong)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)服(fu)(fu)務器(qi)(qi)傳(chuan)送至(zhi)分(fen)(fen)級服(fu)(fu)務器(qi)(qi)，而后(hou)組態(tai)軟件(jian)將顯示(shi)分(fen)(fen)級信(xin)息(xi)(xi)并(bing)核查(cha)，最(zui)后(hou)，通(tong)過MPI網(wang)絡(luo)將分(fen)(fen)級信(xin)息(xi)(xi)傳(chuan)送至(zhi)可編(bian)程(cheng)序(xu)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)，由(you)其(qi)中的(de)自動化程(cheng)序(xu)實(shi)現(xian)所(suo)有(you)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)分(fen)(fen)級設(she)備的(de)自動化控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)。整個分(fen)(fen)級檢(jian)測(ce)(ce)(ce)系統共有(you)5個可編(bian)程(cheng)序(xu)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)，形成主從(cong)站的(de)Profibus-DP網(wang)絡(luo)模式，最(zui)終形成一個高效(xiao)的(de)自動化集散控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系統。圖(tu)7-4所(suo)示(shi)為組態(tai)控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)界(jie)面，可實(shi)時監控(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)設(she)備運(yun)行情況并(bing)實(shi)現(xian)生產調度。
三、現(xian)場應用
回收(shou)鉆桿(gan)(gan)自動(dong)化(hua)在(zai)線(xian)檢測(ce)(ce)分級(ji)生(sheng)產(chan)線(xian)，如圖7-5所(suo)示(shi)，它包含了(le)鉆桿(gan)(gan)旋轉的(de)(de)(de)自動(dong)化(hua)漏(lou)磁超聲復合(he)無損檢測(ce)(ce)系(xi)統、基于激光測(ce)(ce)距測(ce)(ce)量原理(li)的(de)(de)(de)形位(wei)尺寸自動(dong)化(hua)測(ce)(ce)量系(xi)統以及鉆桿(gan)(gan)自動(dong)化(hua)分級(ji)裝備。控制(zhi)系(xi)統采(cai)用了(le)基于局域網(wang)、以太網(wang)、MPI網(wang)絡(luo)和Profibus-DP現(xian)場總線(xian)的(de)(de)(de)網(wang)絡(luo)化(hua)控制(zhi)方(fang)法，集成檢測(ce)(ce)信(xin)號和分級(ji)信(xin)息，實現(xian)了(le)對生(sheng)產(chan)線(xian)的(de)(de)(de)自動(dong)化(hua)集散(san)控制(zhi)。整套回收(shou)鉆桿(gan)(gan)檢測(ce)(ce)分級(ji)生(sheng)產(chan)線(xian)的(de)(de)(de)設備運行穩定，維(wei)護方(fang)便，每日(ri)檢測(ce)(ce)量為(wei)600根，可(ke)以降低生(sheng)產(chan)成本并保證鉆桿(gan)(gan)質量。
