鉆桿是鉆柱的基本組成部分，其主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩和輸送鉆井液，鉆桿在服役的過程中承受著拉、壓、扭、彎曲等各種復雜的交變應力載荷，同時鉆井液、鉆井泥漿中溶解的O2、CO2和H2S等腐蝕介質(zhì)及地層的氧化物等介質(zhì)會嚴重腐蝕鉆桿，受應力載荷以及化學腐蝕后的鉆桿非常容易失效，進而導致鉆井事故發(fā)生。2004年9月，中國石油集團石油管工程技術研究院主持召開了第二屆全國油井管會議，初步統(tǒng)計油田鉆具失效數(shù)量是每年1000例左右，而其中鉆桿失效占據(jù)了鉆具總失效事故的50％～60％?，F(xiàn)場調(diào)查表明，國外14％以上的油氣井都發(fā)生過不同程度的鉆柱井下斷裂事故。

  鉆桿服役時處于井底，而井底工況復雜，一般鉆井深度都在幾千米以上，使得鉆桿在役檢測變得極其困難。而鉆桿的檢測又非常重要，尤其對于已經(jīng)服役一定時間的鉆桿，其合理報廢對于鉆柱事故的預防具有極大的實際工程意義。鉆桿無損檢測是鉆桿檢測實際有效的方法，及時對鉆桿缺陷進行檢測，不僅能夠減少鉆井事故，還能延長鉆桿使用壽命。此外，加強我國油田在役鉆桿無損檢測，還可以降低鉆井風險，提高經(jīng)濟效益，促進我國石油戰(zhàn)略的長遠可持續(xù)發(fā)展。

  鉆桿使用一段時間后，在桿體和接頭處極可能出現(xiàn)腐蝕、裂紋和穿孔等，這會導致嚴重的安全事故并造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，鉆桿在使用一段時間后必須進行質(zhì)量檢測與修復才能繼續(xù)投入使用。傳統(tǒng)的鉆桿質(zhì)量檢測和分級工藝普遍是采用手工方式完成的。鉆桿從井場回收至檢測修復中心，首先采用手動超聲儀對鉆桿桿體進行局部抽檢，然后利用千分尺和游標卡尺對鉆桿接頭形位尺寸進行取點測量，最后根據(jù)檢測數(shù)據(jù)和分級標準，利用抓管機對

  鉆桿逐根挑揀分級。手工檢測分級效率低，并且檢測結(jié)果易受人為因素影響，已不適應回收鉆桿的質(zhì)量檢測要求。因此，建立自動化高效檢測分級生產(chǎn)線，對鉆桿的質(zhì)量檢測和分級管理十分必要。

一、檢測分級工藝

  根據(jù)鉆桿質(zhì)量檢測、分級管理與修復的相關標準和現(xiàn)場要求，回收鉆桿檢測分級工藝流程如圖7-1所示。舊鉆桿從井場回收至管子站后，首先經(jīng)過彎曲矯直、清洗等檢測預處理，然后依次經(jīng)過材質(zhì)分析、漏磁超聲桿體復合檢測、接頭形位尺寸自動化測量、內(nèi)壁復檢和加厚帶復檢等工藝過程，最后根據(jù)鉆桿質(zhì)量狀況進行評價分級和修復處理。

  鉆桿不僅具有連接螺紋、密封臺面和加厚帶等復雜結(jié)構(gòu)，而且尺寸較大（長度約10m），這為實現(xiàn)自動化檢測分級帶來了困難。以鉆桿的結(jié)構(gòu)特點和檢測工藝要求為基礎，采用一種基于鉆桿螺旋前進的漏磁超聲復合桿體無損檢測方法和基于激光測量的鉆桿接頭形位尺寸測量原理，來替代傳統(tǒng)的手工方式。檢測分級系統(tǒng)布局如圖7-2所示。

  整個系統(tǒng)由漏磁桿體檢測設備、超聲桿體檢測設備、形位尺寸測量設備、翻料裝備、V形輪直行傳輸輥道、V形輪螺旋傳輸輥道、待檢料架、復檢料架、成品料架等部分組成，并布置有大量物料傳感器。

  漏磁與超聲復合檢測是目前應用最為廣泛的復合檢測方法。漏磁檢測方法對鉆桿內(nèi)表面缺陷具有很好的適應性，而超聲波對內(nèi)部缺陷具有更強的探測能力。

  鉆桿接頭承擔著鉆桿之間傳遞轉(zhuǎn)矩與密封鉆井液的作用，是鉆桿最為重要的部位。因此，鉆桿接頭形位尺寸檢測是回收鉆桿重復利用必不可少的工序。但由于鉆桿接頭結(jié)構(gòu)復雜，目前鉆桿接頭基本都是采用人工采樣方式進行測量，其測量結(jié)果受人為因素影響大，并且生產(chǎn)率低。基于激光測距測量原理的自動化形位尺寸全息測量系統(tǒng)，具有良好的檢測精度、靈敏度和重復性，并且檢測過程自動化，極大地提高了生產(chǎn)率。

  鉆桿下井前必須進行鉆桿質(zhì)量評價和分級管理，之后根據(jù)鉆桿質(zhì)量級別分送不同開采工況的井區(qū)。目前，大部分分級工作都是通過抓管機逐根挑揀完成的。由于鉆桿分級類型復雜，人工分揀效率低下，已不能適應鉆桿檢測的生產(chǎn)速度。為此，緊接檢測工藝，布置一套鉆桿在線分級系統(tǒng)，實現(xiàn)鉆桿的自動化分級管理是十分必要的。

二、控制系統(tǒng)

  檢測分級系統(tǒng)控制軟件結(jié)構(gòu)如圖7-3所示，由用戶界面層、應用程序?qū)雍瓦\動控制層構(gòu)成。用戶界面層程序用于人機交互、控制檢測流程、調(diào)整檢測工藝以及監(jiān)測設備運行情況；應用程序?qū)又饕獞糜跈z測信號處理、鉆桿分級評價、數(shù)據(jù)儲存與管理以及信號傳輸；運動控制層以可編程序控制器為基礎，結(jié)合具有通信功能的現(xiàn)場設備實現(xiàn)整個系統(tǒng)內(nèi)所有設備的自動化控制。

  檢測信號從采集卡傳送到檢測客戶機時，由對應客戶機上的檢測軟件進行一系列信號處理并存儲處理結(jié)果，同時將信號根據(jù)分級要求進行處理并將結(jié)果通過局域網(wǎng)傳送至檢測服務器進行綜合處理，檢測服務器為每根鉆桿建立質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。然后，分級信息被打包由以太網(wǎng)絡從檢測服務器傳送至分級服務器，而后組態(tài)軟件將顯示分級信息并核查，最后，通過MPI網(wǎng)絡將分級信息傳送至可編程序控制器，由其中的自動化程序?qū)崿F(xiàn)所有檢測分級設備的自動化控制。整個分級檢測系統(tǒng)共有5個可編程序控制器，形成主從站的Profibus-DP網(wǎng)絡模式，最終形成一個高效的自動化集散控制系統(tǒng)。圖7-4所示為組態(tài)控制界面，可實時監(jiān)控設備運行情況并實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度。

三、現(xiàn)場應用

  回收鉆桿自動化在線檢測分級生產(chǎn)線，如圖7-5所示，它包含了鉆桿旋轉(zhuǎn)的自動化漏磁超聲復合無損檢測系統(tǒng)、基于激光測距測量原理的形位尺寸自動化測量系統(tǒng)以及鉆桿自動化分級裝備?？刂葡到y(tǒng)采用了基于局域網(wǎng)、以太網(wǎng)、MPI網(wǎng)絡和Profibus-DP現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡化控制方法，集成檢測信號和分級信息，實現(xiàn)了對生產(chǎn)線的自動化集散控制。整套回收鉆桿檢測分級生產(chǎn)線的設備運行穩(wěn)定，維護方便，每日檢測量為600根，可以降低生產(chǎn)成本并保證鉆桿質(zhì)量。