鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)是鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱的(de)基本組(zu)成部(bu)分，其主(zhu)要(yao)作用是傳遞(di)轉矩和(he)(he)輸送鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)液，鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)在服役的(de)過程中(zhong)承受(shou)著拉(la)、壓、扭、彎(wan)曲(qu)等(deng)各(ge)種復雜的(de)交變應力載荷，同時鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)液、鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)泥漿(jiang)中(zhong)溶(rong)解的(de)O2、CO2和(he)(he)H2S等(deng)腐(fu)蝕(shi)(shi)介質(zhi)及地(di)層的(de)氧化物等(deng)介質(zhi)會嚴(yan)重腐(fu)蝕(shi)(shi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)，受(shou)應力載荷以(yi)及化學腐(fu)蝕(shi)(shi)后的(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)非常容易(yi)失效，進而(er)導致鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井(jing)事(shi)故(gu)發生。2004年9月，中(zhong)國(guo)石(shi)油(you)(you)集團石(shi)油(you)(you)管(guan)工程技術研(yan)究院(yuan)主(zhu)持召開了第二屆全國(guo)油(you)(you)井(jing)管(guan)會議，初步統計油(you)(you)田鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具(ju)失效數量是每年1000例左(zuo)右(you)，而(er)其中(zhong)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)失效占據了鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)具(ju)總失效事(shi)故(gu)的(de)50％～60％。現場調查表明，國(guo)外14％以(yi)上的(de)油(you)(you)氣井(jing)都(dou)發生過不同程度(du)的(de)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱井(jing)下(xia)斷裂事(shi)故(gu)。
鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)服(fu)役(yi)時處(chu)于(yu)(yu)井底，而(er)(er)井底工(gong)況復(fu)雜，一般鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井深度都在幾千(qian)米以(yi)上，使得鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在役(yi)檢(jian)測變得極其困難。而(er)(er)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)的檢(jian)測又非常重(zhong)要，尤其對于(yu)(yu)已經服(fu)役(yi)一定時間(jian)的鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)，其合(he)理報(bao)廢對于(yu)(yu)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)柱事故的預防具有極大(da)的實際工(gong)程意義。鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)無(wu)(wu)損檢(jian)測是鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)檢(jian)測實際有效的方法，及時對鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)缺陷(xian)進行檢(jian)測，不僅能夠減少鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井事故，還(huan)能延長(chang)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)使用壽命。此(ci)外，加強我國(guo)油(you)田在役(yi)鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)無(wu)(wu)損檢(jian)測，還(huan)可(ke)(ke)以(yi)降低鉆(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)井風險，提(ti)高經濟效益(yi)，促進我國(guo)石油(you)戰略的長(chang)遠可(ke)(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展。
鉆(zhan)(zhan)桿使用(yong)(yong)(yong)一段時(shi)間(jian)后，在桿體和(he)接(jie)頭處極可能(neng)出現腐蝕、裂紋和(he)穿孔等(deng)，這會(hui)導致嚴重的安全事故并造成(cheng)巨大的經(jing)濟(ji)損失。因此，鉆(zhan)(zhan)桿在使用(yong)(yong)(yong)一段時(shi)間(jian)后必須進(jin)行(xing)質量檢測與(yu)修復才能(neng)繼(ji)續投入使用(yong)(yong)(yong)。傳統的鉆(zhan)(zhan)桿質量檢測和(he)分級(ji)工藝普(pu)遍是采用(yong)(yong)(yong)手工方式完成(cheng)的。鉆(zhan)(zhan)桿從井(jing)場(chang)回收至檢測修復中心，首(shou)先采用(yong)(yong)(yong)手動超聲儀對鉆(zhan)(zhan)桿桿體進(jin)行(xing)局部抽(chou)檢，然后利(li)用(yong)(yong)(yong)千(qian)分尺(chi)和(he)游(you)標(biao)卡(ka)尺(chi)對鉆(zhan)(zhan)桿接(jie)頭形位尺(chi)寸進(jin)行(xing)取點測量，最后根據檢測數(shu)據和(he)分級(ji)標(biao)準(zhun)，利(li)用(yong)(yong)(yong)抓管機(ji)對
鉆(zhan)桿(gan)逐根(gen)挑揀分(fen)級。手工(gong)檢測(ce)分(fen)級效(xiao)率低(di)，并且檢測(ce)結(jie)果易受人(ren)為因素影響，已不適應回收鉆(zhan)桿(gan)的質量(liang)檢測(ce)要求。因此，建立(li)自(zi)動(dong)化高(gao)效(xiao)檢測(ce)分(fen)級生產線，對鉆(zhan)桿(gan)的質量(liang)檢測(ce)和分(fen)級管理(li)十分(fen)必要。
一、檢測分級工藝
根(gen)據(ju)鉆桿(gan)(gan)質(zhi)量檢(jian)測(ce)(ce)、分(fen)(fen)級(ji)管(guan)理與修(xiu)復(fu)的(de)相關標準和(he)現場(chang)要求，回收鉆桿(gan)(gan)檢(jian)測(ce)(ce)分(fen)(fen)級(ji)工(gong)(gong)藝流(liu)程如圖(tu)7-1所示。舊鉆桿(gan)(gan)從井場(chang)回收至管(guan)子(zi)站后，首先經(jing)過彎曲矯直、清(qing)洗等檢(jian)測(ce)(ce)預處理，然后依(yi)次經(jing)過材質(zhi)分(fen)(fen)析、漏磁(ci)超聲(sheng)桿(gan)(gan)體(ti)復(fu)合檢(jian)測(ce)(ce)、接頭(tou)形位尺寸自動(dong)化測(ce)(ce)量、內壁復(fu)檢(jian)和(he)加厚帶復(fu)檢(jian)等工(gong)(gong)藝過程，最后根(gen)據(ju)鉆桿(gan)(gan)質(zhi)量狀況進行評價分(fen)(fen)級(ji)和(he)修(xiu)復(fu)處理。
鉆(zhan)桿不僅(jin)具有連接(jie)螺紋(wen)、密封臺面和(he)加(jia)厚帶(dai)等復雜結構(gou)，而且尺寸較大(da)（長度約10m），這為(wei)實現自動化檢(jian)(jian)測(ce)分級帶(dai)來(lai)了困難。以鉆(zhan)桿的結構(gou)特點和(he)檢(jian)(jian)測(ce)工藝要求為(wei)基(ji)礎，采用一種基(ji)于(yu)鉆(zhan)桿螺旋前進的漏磁超(chao)聲(sheng)復合桿體無(wu)損檢(jian)(jian)測(ce)方(fang)法和(he)基(ji)于(yu)激(ji)光測(ce)量的鉆(zhan)桿接(jie)頭形位尺寸測(ce)量原理，來(lai)替代傳統的手(shou)工方(fang)式。檢(jian)(jian)測(ce)分級系統布局如圖7-2所示。
整個系(xi)統由(you)漏(lou)磁(ci)桿體檢測(ce)(ce)設(she)(she)備(bei)(bei)、超聲桿體檢測(ce)(ce)設(she)(she)備(bei)(bei)、形(xing)位尺(chi)寸(cun)測(ce)(ce)量(liang)設(she)(she)備(bei)(bei)、翻(fan)料(liao)裝備(bei)(bei)、V形(xing)輪(lun)直行傳輸(shu)輥(gun)道、V形(xing)輪(lun)螺旋傳輸(shu)輥(gun)道、待檢料(liao)架、復檢料(liao)架、成(cheng)品料(liao)架等(deng)部分(fen)組成(cheng)，并(bing)布置有大量(liang)物料(liao)傳感(gan)器(qi)。
漏磁(ci)(ci)與超(chao)聲(sheng)(sheng)復(fu)合檢測是(shi)目前應(ying)用(yong)最(zui)為廣(guang)泛(fan)的(de)復(fu)合檢測方法(fa)。漏磁(ci)(ci)檢測方法(fa)對鉆桿內表面缺(que)陷具有很好的(de)適應(ying)性(xing)，而超(chao)聲(sheng)(sheng)波對內部缺(que)陷具有更強的(de)探(tan)測能(neng)力(li)。
鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)(jie)頭承(cheng)擔著鉆(zhan)桿(gan)(gan)之間傳遞(di)轉矩(ju)與密封鉆(zhan)井液的(de)(de)作用(yong)，是(shi)鉆(zhan)桿(gan)(gan)最為重要的(de)(de)部位。因此，鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)(jie)頭形位尺(chi)寸(cun)檢測(ce)是(shi)回收鉆(zhan)桿(gan)(gan)重復利(li)用(yong)必不可少(shao)的(de)(de)工(gong)序。但由于(yu)鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)(jie)頭結(jie)構復雜，目前(qian)鉆(zhan)桿(gan)(gan)接(jie)(jie)頭基本都(dou)是(shi)采用(yong)人(ren)工(gong)采樣方式(shi)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)，其測(ce)量(liang)結(jie)果受人(ren)為因素影(ying)響大(da)，并(bing)且(qie)生產率低。基于(yu)激光(guang)測(ce)距測(ce)量(liang)原理的(de)(de)自動化形位尺(chi)寸(cun)全息(xi)測(ce)量(liang)系統，具(ju)有(you)良好的(de)(de)檢測(ce)精度(du)、靈敏度(du)和(he)重復性，并(bing)且(qie)檢測(ce)過程(cheng)自動化，極大(da)地提高了生產率。
鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)下井前必(bi)須(xu)進行鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質(zhi)量評價(jia)和分(fen)(fen)(fen)級(ji)管理，之后(hou)根據鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)質(zhi)量級(ji)別分(fen)(fen)(fen)送不同開采(cai)工(gong)況的(de)(de)井區(qu)。目前，大部分(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)級(ji)工(gong)作都是通過(guo)抓(zhua)管機逐根挑揀完成的(de)(de)。由于鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)分(fen)(fen)(fen)級(ji)類(lei)型復(fu)雜，人工(gong)分(fen)(fen)(fen)揀效率低下，已(yi)不能適應鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)檢測的(de)(de)生產速度。為此，緊接檢測工(gong)藝，布置一套鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)在線分(fen)(fen)(fen)級(ji)系統，實(shi)現鉆(zhan)(zhan)桿(gan)(gan)的(de)(de)自動化(hua)分(fen)(fen)(fen)級(ji)管理是十分(fen)(fen)(fen)必(bi)要的(de)(de)。
二、控制系統
檢(jian)測分級系(xi)統(tong)控(kong)(kong)制(zhi)軟件結構如圖7-3所示，由用戶(hu)界面層(ceng)、應用程(cheng)(cheng)(cheng)序層(ceng)和運(yun)動(dong)控(kong)(kong)制(zhi)層(ceng)構成。用戶(hu)界面層(ceng)程(cheng)(cheng)(cheng)序用于人機交互、控(kong)(kong)制(zhi)檢(jian)測流程(cheng)(cheng)(cheng)、調(diao)整檢(jian)測工藝(yi)以及監測設(she)備運(yun)行情(qing)況(kuang)；應用程(cheng)(cheng)(cheng)序層(ceng)主要應用于檢(jian)測信號處理、鉆桿(gan)分級評(ping)價、數據儲(chu)存與管理以及信號傳(chuan)輸(shu)；運(yun)動(dong)控(kong)(kong)制(zhi)層(ceng)以可(ke)編程(cheng)(cheng)(cheng)序控(kong)(kong)制(zhi)器為基礎，結合具有通信功能的現場設(she)備實現整個系(xi)統(tong)內(nei)所有設(she)備的自動(dong)化控(kong)(kong)制(zhi)。
檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信號(hao)(hao)從采(cai)集卡(ka)傳(chuan)送(song)(song)(song)到檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)客戶機時，由(you)對應客戶機上的(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)軟件(jian)進(jin)行(xing)(xing)一系列信號(hao)(hao)處理(li)并(bing)存(cun)儲處理(li)結(jie)(jie)果(guo)，同時將信號(hao)(hao)根(gen)據分(fen)級(ji)(ji)要求(qiu)進(jin)行(xing)(xing)處理(li)并(bing)將結(jie)(jie)果(guo)通過局域網(wang)傳(chuan)送(song)(song)(song)至(zhi)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)服(fu)務(wu)器(qi)進(jin)行(xing)(xing)綜合處理(li)，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)服(fu)務(wu)器(qi)為每根(gen)鉆桿建立質(zhi)量監測(ce)(ce)(ce)數據庫。然后，分(fen)級(ji)(ji)信息(xi)被打(da)包由(you)以太(tai)網(wang)絡(luo)從檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)服(fu)務(wu)器(qi)傳(chuan)送(song)(song)(song)至(zhi)分(fen)級(ji)(ji)服(fu)務(wu)器(qi)，而(er)后組態(tai)軟件(jian)將顯(xian)示分(fen)級(ji)(ji)信息(xi)并(bing)核查，最后，通過MPI網(wang)絡(luo)將分(fen)級(ji)(ji)信息(xi)傳(chuan)送(song)(song)(song)至(zhi)可編程序(xu)控(kong)制器(qi)，由(you)其中的(de)自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)程序(xu)實(shi)現所有檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)分(fen)級(ji)(ji)設(she)備的(de)自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)控(kong)制。整(zheng)個(ge)分(fen)級(ji)(ji)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)系統(tong)共有5個(ge)可編程序(xu)控(kong)制器(qi)，形成主從站的(de)Profibus-DP網(wang)絡(luo)模式，最終形成一個(ge)高效的(de)自(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)集散控(kong)制系統(tong)。圖7-4所示為組態(tai)控(kong)制界面，可實(shi)時監控(kong)設(she)備運行(xing)(xing)情況(kuang)并(bing)實(shi)現生(sheng)產調度(du)。
三、現場(chang)應(ying)用
回收鉆桿自(zi)動(dong)化在線檢(jian)測(ce)分級(ji)(ji)生(sheng)(sheng)產(chan)線，如圖7-5所示，它(ta)包(bao)含了(le)鉆桿旋轉的自(zi)動(dong)化漏磁超聲復合(he)無(wu)損檢(jian)測(ce)系(xi)統(tong)、基(ji)于激光測(ce)距測(ce)量(liang)(liang)原理的形位尺寸自(zi)動(dong)化測(ce)量(liang)(liang)系(xi)統(tong)以(yi)及鉆桿自(zi)動(dong)化分級(ji)(ji)裝備。控制(zhi)系(xi)統(tong)采用(yong)了(le)基(ji)于局域(yu)網(wang)、以(yi)太網(wang)、MPI網(wang)絡(luo)和Profibus-DP現(xian)場(chang)總線的網(wang)絡(luo)化控制(zhi)方法，集(ji)成檢(jian)測(ce)信號和分級(ji)(ji)信息，實現(xian)了(le)對生(sheng)(sheng)產(chan)線的自(zi)動(dong)化集(ji)散控制(zhi)。整(zheng)套回收鉆桿檢(jian)測(ce)分級(ji)(ji)生(sheng)(sheng)產(chan)線的設(she)備運行(xing)穩定(ding)，維護方便，每日(ri)檢(jian)測(ce)量(liang)(liang)為600根(gen)，可以(yi)降低生(sheng)(sheng)產(chan)成本并保證鉆桿質量(liang)(liang)。
