薛江平

摘 要 鉆桿是石油勘探開發(fā)常用的鉆井工具，但在鉆井生產(chǎn)使用過程中，常常由于少部分鉆桿的刺漏、斷裂缺陷而造成井下事故，不僅耽誤了正常的鉆井生產(chǎn)，也造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。研究發(fā)現(xiàn)，鉆桿的過渡帶部位總是先于接頭和管體失效，是鉆桿發(fā)生問題的主要所在，因此有必要設(shè)計(jì)一種鉆桿過渡帶檢測(cè)設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆桿過渡帶的自動(dòng)化檢測(cè)。本文介紹了一種鉆桿過渡帶檢測(cè)設(shè)備，該系統(tǒng)采用漏磁檢測(cè)原理設(shè)計(jì)，可編程控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)過程的控制，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、分析、處理和存儲(chǔ)等功能，提高了鉆桿過渡帶的檢測(cè)質(zhì)量和效率，改善了職工的工作環(huán)境，減輕了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞 鉆桿 過渡帶 漏磁檢測(cè) 可編程控制器 自動(dòng)化檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TE921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

鉆桿是鉆井工程中使用數(shù)量最大的井下鉆具，但常常由于少部分鉆桿的刺漏、斷裂缺陷而造成井下事故，輕則引起泥漿循環(huán)短路而被迫起鉆，嚴(yán)重者甚至?xí)l(fā)生整套鉆具掉井，由此導(dǎo)致的損失高則可達(dá)數(shù)百萬元。渤海鉆井每年鉆井達(dá)千口以上，鉆桿的質(zhì)量若不能保證，就會(huì)大大增加生產(chǎn)成本。

鉆桿的過渡帶部位，由于其內(nèi)徑和壁厚的變化，導(dǎo)致高壓高速泥漿在此處易發(fā)生渦流現(xiàn)象，導(dǎo)致對(duì)該處管體的加重腐蝕，加之鉆桿管體承受的扭轉(zhuǎn)拉伸力也在此處形成應(yīng)力集中，因此鉆桿的過渡帶部位總是先于接頭和管體失效。

目前管具公司鉆桿漏磁檢測(cè)設(shè)備只能對(duì)管體進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)探傷，而對(duì)鉆桿接頭兩側(cè)過渡帶范圍有很大的盲區(qū)，無法有效判別信號(hào)缺陷，因此只能采用人工探傷的方式，不僅效率低，而且容易漏檢。為確保鉆井安全生產(chǎn)和鉆桿供井及時(shí)，有必要對(duì)鉆桿過渡帶進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的研究，提高鉆桿過渡帶的檢測(cè)質(zhì)量和效率。

1鉆桿過渡帶檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)工作原理

目前常用的管材類的無損檢測(cè)技術(shù)有：間接觀察技術(shù)、射線檢測(cè)法、渦流檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)法、漏磁檢測(cè)法。

相較于其他幾種無損檢測(cè)方法，漏磁檢測(cè)法具有較高的檢測(cè)可靠性，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，檢測(cè)效率高，對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)，因此本系統(tǒng)采用漏磁檢測(cè)法設(shè)計(jì)。

漏磁檢測(cè)基本原理是采用探測(cè)元件檢測(cè)漏磁場(chǎng)來發(fā)現(xiàn)缺陷的電磁檢測(cè)方法。利用自身攜帶的磁鐵，在管壁圓周上產(chǎn)生一個(gè)縱向磁回路場(chǎng)。如果管內(nèi)壁或外壁有缺陷，磁通路變窄，磁力線發(fā)生變形，部分磁力線將穿出管壁產(chǎn)生漏磁。漏磁場(chǎng)被位于兩磁極之間的、緊貼管壁的探頭檢測(cè)到，并產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理后被記錄到檢測(cè)器上的存儲(chǔ)器中，檢測(cè)完成后，再通過專用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回放處理、判斷識(shí)別。

1.2系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)包括勵(lì)磁電路、檢測(cè)面板、信號(hào)處理模塊、控制模塊等，軟件系統(tǒng)包括信號(hào)分析處理軟件、控制軟件。

1.2.1檢測(cè)探鞋面板

探鞋面板結(jié)構(gòu)采用三瓣式結(jié)構(gòu)，每瓣上裝6片探鞋，每排3片，前后兩排交錯(cuò)分布，抱合時(shí)，三瓣向中心合攏形成一個(gè)圓形，確保了對(duì)管體的360案哺牽蘼┘烀でL叫目喜捎悶卓刂??？

1.2.2數(shù)據(jù)采集卡

系統(tǒng)采用USB接口的數(shù)據(jù)采集卡，通過對(duì)輸入的32通道信號(hào)進(jìn)行處理、采集，將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而將數(shù)字信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)；再以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，利用檢測(cè)軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、定性定量分析，內(nèi)外傷識(shí)別、波形顯示、打印、存儲(chǔ)等處理。

1.2.3檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制

控制系統(tǒng)采用Siemens公司的S7-200系列PLC，通過光電開關(guān)檢測(cè)檢測(cè)鉆桿的端區(qū)位置，反饋給PLC， PLC給執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥發(fā)信號(hào)，電磁閥控制氣缸動(dòng)作，從而控制探鞋組的開合，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過程。

1.2.4數(shù)據(jù)分析處理軟件

數(shù)據(jù)分析處理軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能有控制信號(hào)的輸出及輸入、各相關(guān)參數(shù)的手動(dòng)及自動(dòng)設(shè)置、通道測(cè)試、數(shù)據(jù)采集分析、其中包括數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收、處理、圖形化顯示、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、自動(dòng)標(biāo)定、檢測(cè)波形的打印，使用VC++ 6.0開發(fā)。

1.2.5系統(tǒng)控制軟件

控制系統(tǒng)采用Siemens公司的S7-200系列PLC，控制軟件采用STEP 7進(jìn)行開發(fā)。

2過渡帶檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用情況

過渡帶檢測(cè)設(shè)備投入使用以來，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

（1）大幅減少了鉆井隊(duì)因鉆桿過渡帶刺漏造成的井下事故。鉆桿過渡帶檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用，提高了供井鉆具整體質(zhì)量，鉆桿過渡帶檢測(cè)設(shè)備的投產(chǎn)使用以來，年均檢測(cè)鉆桿50000多根，鉆桿在井使用發(fā)生由于過渡帶刺漏造成的事故大大減少。

（2）公司組織人員對(duì)之前判斷為疑似有缺陷鉆桿5000余根鉆桿重新進(jìn)行鉆桿過渡帶檢測(cè)，并據(jù)此進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)分級(jí)，使其中2600多根被誤判的鉆桿得到準(zhǔn)確檢測(cè)，并重新得到了有效利用，節(jié)約了大量鉆具購(gòu)置費(fèi)用。

3結(jié)束語

鉆桿過渡帶檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)和投產(chǎn)使用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉆桿過渡帶自動(dòng)化檢測(cè)的目的，實(shí)現(xiàn)了鉆桿過渡帶缺陷的量化分析，準(zhǔn)確對(duì)鉆桿過渡帶部位服役狀態(tài)作出評(píng)估，為鉆桿綜合分級(jí)提供依據(jù)，檢測(cè)過程滿足安全、環(huán)保、高效的要求。

鉆桿過渡帶檢測(cè)設(shè)備的使用，減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了職工的勞動(dòng)環(huán)境，更重要的是，確保了鉆桿的整體檢測(cè)質(zhì)量，將鉆桿合理分級(jí)和使用，不但可延長(zhǎng)鉆具的正常使用壽命，還能有效保證下井鉆桿的質(zhì)量，降低井下事故的發(fā)生率，給鉆井生產(chǎn)帶來不可估量的社會(huì)效益。

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