鉆桿(gan)是鉆柱(zhu)的(de)(de)基本組成部分(fen)，其主(zhu)要作用是傳遞轉矩和(he)輸送鉆井(jing)(jing)液，鉆桿(gan)在(zai)服役的(de)(de)過程中(zhong)(zhong)承受著(zhu)拉、壓、扭、彎曲等各種(zhong)復雜(za)的(de)(de)交(jiao)變應力載荷，同時鉆井(jing)(jing)液、鉆井(jing)(jing)泥(ni)漿中(zhong)(zhong)溶解的(de)(de)O2、CO2和(he)H2S等腐(fu)(fu)蝕(shi)介質(zhi)及(ji)地層(ceng)的(de)(de)氧化(hua)物等介質(zhi)會嚴重腐(fu)(fu)蝕(shi)鉆桿(gan)，受應力載荷以及(ji)化(hua)學腐(fu)(fu)蝕(shi)后(hou)的(de)(de)鉆桿(gan)非常容易(yi)失(shi)效，進而(er)導致鉆井(jing)(jing)事(shi)故發生。2004年9月，中(zhong)(zhong)國(guo)石油(you)集團(tuan)石油(you)管(guan)(guan)工程技(ji)術研(yan)究(jiu)院主(zhu)持召開了(le)第二屆全國(guo)油(you)井(jing)(jing)管(guan)(guan)會議(yi)，初(chu)步(bu)統計(ji)油(you)田鉆具失(shi)效數量是每年1000例(li)左右(you)，而(er)其中(zhong)(zhong)鉆桿(gan)失(shi)效占(zhan)據了(le)鉆具總失(shi)效事(shi)故的(de)(de)50％～60％。現場(chang)調查表明，國(guo)外14％以上(shang)的(de)(de)油(you)氣(qi)井(jing)(jing)都(dou)發生過不同程度的(de)(de)鉆柱(zhu)井(jing)(jing)下斷裂(lie)事(shi)故。
鉆(zhan)(zhan)桿服(fu)役(yi)時(shi)處于(yu)井(jing)(jing)底，而井(jing)(jing)底工(gong)況復雜(za)，一般鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)深度都(dou)在幾千米以(yi)上，使得鉆(zhan)(zhan)桿在役(yi)檢(jian)(jian)測變(bian)得極其(qi)困(kun)難。而鉆(zhan)(zhan)桿的(de)檢(jian)(jian)測又非常重(zhong)要，尤其(qi)對(dui)(dui)于(yu)已經服(fu)役(yi)一定(ding)時(shi)間的(de)鉆(zhan)(zhan)桿，其(qi)合理報廢對(dui)(dui)于(yu)鉆(zhan)(zhan)柱事故(gu)的(de)預防具有極大的(de)實際工(gong)程意義(yi)。鉆(zhan)(zhan)桿無損檢(jian)(jian)測是鉆(zhan)(zhan)桿檢(jian)(jian)測實際有效(xiao)的(de)方(fang)法，及(ji)時(shi)對(dui)(dui)鉆(zhan)(zhan)桿缺陷進行檢(jian)(jian)測，不僅能(neng)夠減少鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)事故(gu)，還能(neng)延(yan)長(chang)鉆(zhan)(zhan)桿使用(yong)壽命。此外，加強我國油田(tian)在役(yi)鉆(zhan)(zhan)桿無損檢(jian)(jian)測，還可以(yi)降低鉆(zhan)(zhan)井(jing)(jing)風險，提高(gao)經濟(ji)效(xiao)益，促進我國石(shi)油戰(zhan)略的(de)長(chang)遠(yuan)可持續(xu)發(fa)展。
鉆桿(gan)使(shi)用(yong)(yong)(yong)一段(duan)時間(jian)后，在桿(gan)體和(he)接頭處(chu)極可能出現(xian)腐蝕、裂紋和(he)穿(chuan)孔等(deng)，這(zhe)會導致嚴重(zhong)的(de)安(an)全(quan)事故并(bing)造成巨大的(de)經(jing)濟(ji)損失。因(yin)此，鉆桿(gan)在使(shi)用(yong)(yong)(yong)一段(duan)時間(jian)后必須進(jin)行(xing)質量(liang)(liang)檢(jian)(jian)測與(yu)修復才(cai)能繼續(xu)投(tou)入使(shi)用(yong)(yong)(yong)。傳(chuan)統的(de)鉆桿(gan)質量(liang)(liang)檢(jian)(jian)測和(he)分級工(gong)藝普遍是采用(yong)(yong)(yong)手工(gong)方式完成的(de)。鉆桿(gan)從井場回收至檢(jian)(jian)測修復中(zhong)心，首先采用(yong)(yong)(yong)手動(dong)超聲儀對鉆桿(gan)桿(gan)體進(jin)行(xing)局部抽(chou)檢(jian)(jian)，然后利(li)用(yong)(yong)(yong)千分尺和(he)游標(biao)(biao)卡尺對鉆桿(gan)接頭形(xing)位尺寸(cun)進(jin)行(xing)取點測量(liang)(liang)，最后根據(ju)(ju)檢(jian)(jian)測數(shu)據(ju)(ju)和(he)分級標(biao)(biao)準，利(li)用(yong)(yong)(yong)抓管機對
鉆桿(gan)逐根挑揀分級。手工檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分級效率低(di)，并且檢(jian)(jian)測(ce)(ce)結果易受人為(wei)因素(su)影響(xiang)，已不適應回收鉆桿(gan)的質(zhi)量(liang)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)要(yao)求。因此，建立自動(dong)化高(gao)效檢(jian)(jian)測(ce)(ce)分級生產線，對鉆桿(gan)的質(zhi)量(liang)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)和分級管理十分必要(yao)。
一、檢測分級工藝
根據(ju)鉆(zhan)桿質(zhi)量(liang)檢測(ce)(ce)、分(fen)級管(guan)理與修復(fu)的(de)相關(guan)標準和(he)現場要(yao)求，回收鉆(zhan)桿檢測(ce)(ce)分(fen)級工藝(yi)流程(cheng)如圖7-1所(suo)示(shi)。舊鉆(zhan)桿從(cong)井場回收至管(guan)子(zi)站后(hou)，首先經過彎曲矯直、清洗等(deng)檢測(ce)(ce)預處理，然后(hou)依(yi)次經過材質(zhi)分(fen)析、漏磁超聲桿體(ti)復(fu)合檢測(ce)(ce)、接(jie)頭(tou)形位尺寸自(zi)動化測(ce)(ce)量(liang)、內壁復(fu)檢和(he)加厚帶復(fu)檢等(deng)工藝(yi)過程(cheng)，最后(hou)根據(ju)鉆(zhan)桿質(zhi)量(liang)狀況進行評(ping)價(jia)分(fen)級和(he)修復(fu)處理。
鉆桿不僅(jin)具有連(lian)接(jie)螺紋、密封臺(tai)面和(he)(he)加厚帶等復雜結(jie)構(gou)，而且尺寸較大（長度約10m），這為實(shi)現自動(dong)化檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)級(ji)帶來(lai)了(le)困難。以鉆桿的結(jie)構(gou)特點和(he)(he)檢(jian)(jian)測(ce)工(gong)藝要求(qiu)為基礎，采用一種基于鉆桿螺旋前(qian)進的漏磁超(chao)聲(sheng)復合(he)桿體(ti)無損檢(jian)(jian)測(ce)方(fang)法和(he)(he)基于激光測(ce)量的鉆桿接(jie)頭形(xing)位(wei)尺寸測(ce)量原(yuan)理，來(lai)替代傳(chuan)統的手工(gong)方(fang)式。檢(jian)(jian)測(ce)分(fen)級(ji)系(xi)統布局如圖7-2所示。
整個系(xi)統(tong)由漏磁桿體檢測(ce)(ce)設備、超聲桿體檢測(ce)(ce)設備、形(xing)位尺(chi)寸測(ce)(ce)量設備、翻料(liao)(liao)裝(zhuang)備、V形(xing)輪直(zhi)行(xing)傳(chuan)輸輥(gun)(gun)道、V形(xing)輪螺旋傳(chuan)輸輥(gun)(gun)道、待檢料(liao)(liao)架(jia)、復檢料(liao)(liao)架(jia)、成(cheng)品料(liao)(liao)架(jia)等部分組(zu)成(cheng)，并布置有大量物料(liao)(liao)傳(chuan)感器。
漏磁與超聲復合檢(jian)測(ce)是目前應用最(zui)為(wei)廣泛的復合檢(jian)測(ce)方(fang)法。漏磁檢(jian)測(ce)方(fang)法對鉆桿內(nei)表面缺(que)陷(xian)(xian)具有很(hen)好的適應性(xing)，而超聲波對內(nei)部缺(que)陷(xian)(xian)具有更(geng)強(qiang)的探測(ce)能力。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭承擔著鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)之間傳(chuan)遞轉矩(ju)與密封鉆(zhan)(zhan)井(jing)液的作用，是(shi)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)最(zui)為(wei)重(zhong)要的部(bu)位。因此，鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭形位尺(chi)(chi)寸檢測(ce)是(shi)回收鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)重(zhong)復利用必不可少的工序。但由(you)于鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭結構復雜(za)，目前鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)頭基(ji)本都是(shi)采用人工采樣方式進行測(ce)量，其測(ce)量結果受人為(wei)因素影響大(da)，并(bing)且(qie)生產(chan)率低。基(ji)于激光測(ce)距測(ce)量原理的自動化形位尺(chi)(chi)寸全(quan)息測(ce)量系統，具有良好(hao)的檢測(ce)精度(du)、靈敏度(du)和重(zhong)復性，并(bing)且(qie)檢測(ce)過程自動化，極(ji)大(da)地提高了(le)生產(chan)率。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)下(xia)井前必須進行鉆(zhan)(zhan)桿(gan)質量(liang)評價和分(fen)級管(guan)(guan)理(li)，之后根(gen)據(ju)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)質量(liang)級別分(fen)送不(bu)同(tong)開采工(gong)(gong)(gong)況的(de)井區(qu)。目前，大部分(fen)分(fen)級工(gong)(gong)(gong)作(zuo)都(dou)是通過抓(zhua)管(guan)(guan)機逐根(gen)挑揀(jian)完成的(de)。由于(yu)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)分(fen)級類型復雜，人(ren)工(gong)(gong)(gong)分(fen)揀(jian)效(xiao)率低下(xia)，已不(bu)能適應鉆(zhan)(zhan)桿(gan)檢測(ce)的(de)生產(chan)速(su)度。為此，緊(jin)接檢測(ce)工(gong)(gong)(gong)藝，布置一套鉆(zhan)(zhan)桿(gan)在線分(fen)級系(xi)統，實現鉆(zhan)(zhan)桿(gan)的(de)自動化分(fen)級管(guan)(guan)理(li)是十分(fen)必要的(de)。
二、控制(zhi)系統(tong)
檢測分(fen)級(ji)系統(tong)控(kong)(kong)(kong)制軟件(jian)結(jie)構如圖7-3所示，由(you)用戶(hu)界面(mian)層(ceng)、應(ying)用程(cheng)(cheng)(cheng)序層(ceng)和運(yun)動控(kong)(kong)(kong)制層(ceng)構成。用戶(hu)界面(mian)層(ceng)程(cheng)(cheng)(cheng)序用于人機交互(hu)、控(kong)(kong)(kong)制檢測流程(cheng)(cheng)(cheng)、調(diao)整(zheng)檢測工藝(yi)以及(ji)監測設(she)備(bei)運(yun)行情況；應(ying)用程(cheng)(cheng)(cheng)序層(ceng)主要(yao)應(ying)用于檢測信(xin)號(hao)處理、鉆桿分(fen)級(ji)評價(jia)、數據(ju)儲存與管(guan)理以及(ji)信(xin)號(hao)傳輸(shu)；運(yun)動控(kong)(kong)(kong)制層(ceng)以可(ke)編程(cheng)(cheng)(cheng)序控(kong)(kong)(kong)制器為(wei)基礎，結(jie)合具有通信(xin)功(gong)能(neng)的現場(chang)設(she)備(bei)實現整(zheng)個系統(tong)內所有設(she)備(bei)的自動化控(kong)(kong)(kong)制。
檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)號從(cong)(cong)采集卡傳送到檢(jian)(jian)(jian)測(ce)客戶機(ji)時(shi)(shi)，由(you)對應客戶機(ji)上的(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)軟件進(jin)行一系(xi)列信(xin)號處理(li)(li)并存儲處理(li)(li)結(jie)果(guo)，同時(shi)(shi)將(jiang)信(xin)號根據(ju)分(fen)(fen)級(ji)要求進(jin)行處理(li)(li)并將(jiang)結(jie)果(guo)通過(guo)局域網(wang)(wang)傳送至(zhi)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)進(jin)行綜合(he)處理(li)(li)，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)為每根鉆(zhan)桿建立質量監測(ce)數(shu)據(ju)庫。然后(hou)，分(fen)(fen)級(ji)信(xin)息(xi)(xi)被打包由(you)以太(tai)網(wang)(wang)絡從(cong)(cong)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)傳送至(zhi)分(fen)(fen)級(ji)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)，而后(hou)組態軟件將(jiang)顯(xian)示(shi)分(fen)(fen)級(ji)信(xin)息(xi)(xi)并核(he)查，最后(hou)，通過(guo)MPI網(wang)(wang)絡將(jiang)分(fen)(fen)級(ji)信(xin)息(xi)(xi)傳送至(zhi)可(ke)編(bian)程序控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)，由(you)其中的(de)自(zi)(zi)動化(hua)(hua)程序實現(xian)所(suo)有(you)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)分(fen)(fen)級(ji)設(she)備的(de)自(zi)(zi)動化(hua)(hua)控(kong)制(zhi)(zhi)。整個分(fen)(fen)級(ji)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)系(xi)統共有(you)5個可(ke)編(bian)程序控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)，形成主從(cong)(cong)站(zhan)的(de)Profibus-DP網(wang)(wang)絡模式，最終形成一個高效的(de)自(zi)(zi)動化(hua)(hua)集散控(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)統。圖(tu)7-4所(suo)示(shi)為組態控(kong)制(zhi)(zhi)界面，可(ke)實時(shi)(shi)監控(kong)設(she)備運行情(qing)況并實現(xian)生產調度。
三(san)、現場(chang)應(ying)用
回收鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)在線檢(jian)測分(fen)(fen)級生(sheng)(sheng)產線，如圖7-5所示，它包含了(le)(le)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)旋轉的(de)自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)漏(lou)磁(ci)超(chao)聲(sheng)復合(he)無損(sun)檢(jian)測系統、基(ji)于(yu)激(ji)光測距(ju)測量(liang)原理的(de)形位尺寸自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)測量(liang)系統以(yi)(yi)(yi)及(ji)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)分(fen)(fen)級裝(zhuang)備。控制(zhi)系統采用了(le)(le)基(ji)于(yu)局域(yu)網(wang)、以(yi)(yi)(yi)太(tai)網(wang)、MPI網(wang)絡和Profibus-DP現場總(zong)線的(de)網(wang)絡化(hua)控制(zhi)方(fang)(fang)法，集成(cheng)檢(jian)測信號(hao)和分(fen)(fen)級信息，實現了(le)(le)對生(sheng)(sheng)產線的(de)自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)集散(san)控制(zhi)。整套(tao)回收鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)檢(jian)測分(fen)(fen)級生(sheng)(sheng)產線的(de)設備運(yun)行穩定，維護(hu)方(fang)(fang)便，每日(ri)檢(jian)測量(liang)為600根，可以(yi)(yi)(yi)降(jiang)低生(sheng)(sheng)產成(cheng)本并(bing)保證(zheng)鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)(gan)質(zhi)量(liang)。
