文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2023）05-082-04中圖分類(lèi)號：TP207

★徐晨三（中海油田服務(wù)股份有限公司深圳石油工具基地，深圳518067）

★黃杰（中國石油大學(xué)（北京），北京102249）

★安小兵，洪琳淞（中海油田服務(wù)股份有限公司深圳石油工具基地，深圳518067）

★左信（中國石油大學(xué)（北京），北京102249）

關(guān)鍵詞：鉆桿；檢測線(xiàn)；智能識別；自動(dòng)分流

1　引言

石油鉆桿在鉆井作業(yè)過(guò)程中易受多種損傷，鉆桿損傷檢測已成為石油鉆探領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)^[1~5]。在鉆桿檢測線(xiàn)上，現有的技術(shù)依賴(lài)人工手持掃碼槍掃描識別碼的方式完成鉆桿的身份識別與自動(dòng)分流任務(wù)。人工的方式效率較低，且一旦鉆桿上的識別碼脫落便無(wú)法識別鉆桿的身份信息。因此，本文提出了一種鉆桿檢測線(xiàn)的智能識別自動(dòng)分流系統，其不依賴(lài)人工，僅依賴(lài)一些簡(jiǎn)單模塊和智能識別方法即可完成鉆桿在檢測線(xiàn)上的智能識別與自動(dòng)分流任務(wù)。

2　鉆桿檢測線(xiàn)簡(jiǎn)介

2.1　鉆桿檢測線(xiàn)現場(chǎng)

由于工廠(chǎng)原本的鉆桿檢測線(xiàn)效率低、設備老舊、自動(dòng)化水平低，因此本研究重新設計了鉆桿檢測線(xiàn)。新設計的鉆桿檢測線(xiàn)現場(chǎng)概念圖^[6]如圖1所示。

圖1 鉆桿檢測線(xiàn)現場(chǎng)圖

在鉆桿檢測線(xiàn)的現場(chǎng)概念圖中，以環(huán)形掃碼槍和第一個(gè)分流點(diǎn)為界，把鉆桿檢測線(xiàn)分為編碼檢測區和分流維修區。編碼檢測區主要由編碼工位和檢測探傷工位組成，完成鉆桿的編碼和損傷檢測任務(wù)。分流維修區主要由分流線(xiàn)和維修工位組成，根據鉆桿的損傷情況，完成鉆桿的分流維修任務(wù)。

2.2　鉆桿檢測線(xiàn)工藝流程

根據鉆桿檢測線(xiàn)的檢測和維修需求，鉆桿檢測線(xiàn)工藝流程如圖2所示。

圖2 鉆桿檢測線(xiàn)工藝流程圖

鉆桿經(jīng)清洗入庫后，首先進(jìn)入編碼工位進(jìn)行編碼作業(yè)。由于每根鉆桿的鋼印號是鉆桿唯一的身份信息，但掃碼槍難以識別其鋼印號，因此采取人工的方式對鉆桿鋼印號用二維碼進(jìn)行編碼并粘貼在不易被破壞的位置。

編碼完成后，鉆桿進(jìn)入檢測探傷工位進(jìn)行檢測探傷作業(yè)。由于鉆桿長(cháng)時(shí)間、高強度用于油氣田鉆井作業(yè)，其極易受到應力損傷和腐蝕損傷，因此在檢測探傷工位需對其進(jìn)行電磁探傷、厚度測量、尺寸測量、UT導波探傷和磁粉探傷等檢測探傷作業(yè)^[7]。在不同的檢測探傷作業(yè)中，根據鉆桿的損傷情況，設置其需要進(jìn)行的維修作業(yè)（也稱(chēng)操作參數）。

在進(jìn)入分流維修區前，必須對鉆桿識別和標識。鉆桿通過(guò)環(huán)形掃碼槍自動(dòng)掃描其二維碼識別其鋼印號身份信息，通過(guò)計數器記錄進(jìn)入分流維修區的次序（也稱(chēng)標識），并把其編碼信息和進(jìn)入分流維修區的次序相互對應。

在對鉆桿進(jìn)行標識后，鉆桿進(jìn)入分流維修區。在分流維修區，鉆桿通過(guò)智能識別方法確定其標識，并根據鉆桿標識確定其操作參數，然后自動(dòng)分流進(jìn)入分流維修區進(jìn)行車(chē)扣維修、螺紋檢驗、鎧裝焊等維修作業(yè)^[8]。

最后，鉆桿在進(jìn)行測長(cháng)、噴標、噴漆和套絲扣作業(yè)后出庫。

3　智能識別自動(dòng)分流方法系統

鉆桿檢測線(xiàn)中的智能識別自動(dòng)分流系統可以實(shí)現在鉆桿檢測線(xiàn)分流維修區對鉆桿身份信息的智能識別與自動(dòng)分流。為了便于說(shuō)明智能識別與自動(dòng)分流系統，將鉆桿檢測線(xiàn)現場(chǎng)圖簡(jiǎn)化如圖3所示。

圖3 鉆桿檢測線(xiàn)簡(jiǎn)化圖

其中工位G1為編碼工位，工位G2為檢測探傷工位，工位G3至G6為維修工位，工位G7、G8為測長(cháng)、噴標、噴漆和套絲扣工位。分流點(diǎn)F1左側為編碼檢測區，分流點(diǎn)F1右側為分流維修區。

3.1　系統組成部件

在鉆桿檢測線(xiàn)中，智能識別自動(dòng)分流系統的重要組成部件如下：

（1）編碼模塊：用于將鉆桿的鋼印號信息用二維碼進(jìn)行編碼。

（2）計數模塊：用于實(shí)時(shí)計數進(jìn)入檢測線(xiàn)的鉆桿次序。

（3）標識模塊：用于將鉆桿鋼印號編碼信息和鉆桿次序建立對應關(guān)系。

（4）存儲模塊：用于存儲鉆桿鋼印號編碼、標識和操作參數信息。

（5）檢測模塊：安裝在分流維修區每段輸送線(xiàn)的首端和末端、每個(gè)工位、分流點(diǎn)、匯合點(diǎn)和分流匯合點(diǎn)上，用于實(shí)時(shí)檢測鉆桿。

（6）識別模塊：安裝在分流維修區每段輸送線(xiàn)的首端和末端、每個(gè)工位、每個(gè)分流點(diǎn)、匯合點(diǎn)和分流匯合點(diǎn)上，用于記錄已到達分流維修區中的某個(gè)點(diǎn)位但還未到達下一個(gè)點(diǎn)位的鉆桿。

（7）查詢(xún)模塊：用于根據鉆桿標識查詢(xún)存儲模塊中鉆桿的信息。

3.2　智能識別自動(dòng)分流方法

鉆桿檢測線(xiàn)智能識別自動(dòng)分流方法的流程圖如圖4所示。

圖4 自動(dòng)分流智能識別方法流程圖

首先，對鉆桿進(jìn)行編碼和標識。在編碼工位上，人工識別鉆桿的鋼印號信息并用二維碼進(jìn)行編碼。其次，獲取鉆桿的操作參數。在檢測工位上，依據鉆桿檢測探傷作業(yè)的結果，確定鉆桿需要進(jìn)行的維修作業(yè)。而后，在進(jìn)入分流維修區前，對鉆桿進(jìn)行標識。用計數器記錄鉆桿進(jìn)入分流維修區的次序（也稱(chēng)標識），并將鉆桿標識和鉆桿編碼信息對應存儲至存儲模塊中。最后，當檢測模塊檢測到鉆桿到達每一段輸送線(xiàn)的首端與末端、每一個(gè)工位、分流點(diǎn)、匯合點(diǎn)和分流匯合點(diǎn)時(shí)，對鉆桿進(jìn)行智能識別自動(dòng)分流。智能識別自動(dòng)分流方法具體如下：

（1）在第一個(gè)分流點(diǎn)，當檢測模塊檢測到鉆桿時(shí)，識別鉆桿編碼，并根據編碼信息讀取存儲模塊中鉆桿的標識信息并存儲至第一個(gè)分流點(diǎn)的識別模塊中。

（2）在每一段輸送線(xiàn)的首端，當檢測模塊檢測到有鉆桿時(shí)，直接讀取前一個(gè)工位或分流點(diǎn)或匯合點(diǎn)或分流匯合點(diǎn)中識別模塊中的鉆桿標識信息并寫(xiě)入當前識別模塊中，同時(shí)刪除前一個(gè)工位或分流點(diǎn)或匯合點(diǎn)或分流匯合點(diǎn)中識別模塊中的該鉆桿的標識信息。

（3）在每一段輸送線(xiàn)的末端，當檢測模塊檢測到有鉆桿時(shí)，直接讀取該段輸送線(xiàn)首端識別模塊中的標識最小的鉆桿標識信息，并寫(xiě)入當前識別模塊中，同時(shí)刪除該段輸送線(xiàn)首端識別模塊中的該鉆桿的標識信息。

（4）在匯合點(diǎn)、分流匯合點(diǎn)，以及每段輸送線(xiàn)的方向上都安裝有檢測模塊。當某個(gè)方向上的檢測模塊檢測到鉆桿時(shí)，直接讀取該方向上的輸送線(xiàn)末端的鉆桿標識信息并寫(xiě)入當前識別模塊中。

（5）在第一個(gè)分流點(diǎn)之后的每個(gè)分流點(diǎn)，當檢測模塊檢測到有鉆桿時(shí)，直接讀取前一段輸送線(xiàn)末端識別模塊中的標識最小的鉆桿標識信息，并寫(xiě)入當前識別模塊中。

（6）在每個(gè)分流點(diǎn)、分流匯合點(diǎn)，根據識別模塊中的鉆桿標識信息查詢(xún)存儲模塊中該鉆桿的操作參數，并根據操作參數將鉆桿分流，實(shí)現鉆桿的自動(dòng)分流功能。

4　智能識別自動(dòng)分流系統在鉆桿檢測線(xiàn)上的應用

4.1　系統組成部件的實(shí)現

在鉆桿檢測線(xiàn)現場(chǎng)，編碼模塊通過(guò)在編碼工位人工識別鉆桿鋼印號和打印機打印二維碼實(shí)現，檢測模塊通過(guò)接近開(kāi)關(guān)實(shí)現。接近開(kāi)關(guān)安裝在分流維修區的每個(gè)維修工位、每段輸送線(xiàn)首端和末端、每個(gè)分流點(diǎn)、匯合點(diǎn)以及分流匯合點(diǎn)上。標識模塊通過(guò)環(huán)形掃碼槍實(shí)現，環(huán)形掃碼槍安裝在第一個(gè)分流點(diǎn)上。計數模塊通過(guò)計數器實(shí)現，安裝在第一個(gè)分流點(diǎn)上。識別模塊通過(guò)實(shí)時(shí)數據庫建表作為寄存器實(shí)現，查詢(xún)模塊通過(guò)查詢(xún)存儲模塊的程序實(shí)現。檢測模塊接近開(kāi)關(guān)在鉆桿檢測線(xiàn)現場(chǎng)的安裝圖如圖5所示。

圖5 接近開(kāi)關(guān)現場(chǎng)安裝圖

4.2　應用實(shí)例

鉆桿檢測線(xiàn)分流維修區現場(chǎng)如圖6所示。

圖6 鉆桿檢測線(xiàn)分流維修區現場(chǎng)圖

在鉆桿檢測線(xiàn)分流維修區現場(chǎng)，某鉆桿經(jīng)過(guò)編碼后在檢測工位獲取的操作參數為需要進(jìn)行車(chē)公扣、車(chē)母扣、螺紋檢驗、鎧傳焊維修作業(yè)。該鉆桿在分流維修區的分流維修路線(xiàn)如圖7所示。

圖7 某鉆桿分流維修路線(xiàn)圖

在該鉆桿到達分流點(diǎn)F1時(shí)，接近開(kāi)關(guān)檢測到鉆桿，環(huán)形掃碼槍自動(dòng)掃描其二維碼編碼得到鉆桿鋼印號信息，計數器記錄其進(jìn)入鉆桿檢測線(xiàn)的次序，并將該次序和鋼印號編碼信息存儲至實(shí)時(shí)數據庫和分流點(diǎn)1的寄存器中。得到鉆桿鋼印號信息后，通過(guò)程序查詢(xún)其操作參數，自動(dòng)將該鉆桿分流至輸送線(xiàn)S1。鉆桿在后續的分流點(diǎn)、分流匯合點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)分流操作類(lèi)似。

在該鉆桿到達輸送線(xiàn)S3、S6、S7、S9、S10、S12、S13、S14、S15首端時(shí)，接近開(kāi)關(guān)檢測到鉆桿，該輸送線(xiàn)首端寄存器直接讀取并存儲前一個(gè)點(diǎn)位寄存器中標識最小的鉆桿信息，并將前一個(gè)點(diǎn)位寄存器中標識最小的鉆桿信息移除。

在該鉆桿到達輸送線(xiàn)S3、S6、S7、S9、S10、S12、S13、S14、S15的末端時(shí)，接近開(kāi)關(guān)檢測到鉆桿，該輸送線(xiàn)末端寄存器直接讀取和存儲該輸送線(xiàn)首端寄存器中標識最小的鉆桿信息，并將該輸送線(xiàn)首端寄存器中標識最小的鉆桿信息移除。

在該鉆桿到達維修工位G4、G5、G6、G7、G8時(shí)，接近開(kāi)關(guān)檢測到鉆桿，該維修工位的寄存器直接讀取和存儲前一段輸送線(xiàn)末端寄存器中標識最小的鉆桿信息，并將前一段輸送線(xiàn)末端寄存器中標識最小的鉆桿信息移除。

在該鉆桿到達匯合點(diǎn)H1、H2和分流匯合點(diǎn)FH時(shí)，輸送線(xiàn)S7、S10、S13方向上的接近開(kāi)關(guān)檢測到鉆桿，匯合點(diǎn)H1、H2和分流匯合點(diǎn)FH直接讀取和存儲相應方向的輸送線(xiàn)末端的寄存器中標識最小的鉆桿信息，并將相應方向上輸送線(xiàn)末端寄存器中標識最小的鉆桿信息移除。

4.3　應用效果

當鉆桿檢測線(xiàn)正常運行時(shí)，分流維修區的每個(gè)點(diǎn)位上的寄存器均能準確識別出鉆桿的身份信息并自動(dòng)進(jìn)行分流。當檢測線(xiàn)遇到故障需要停機重啟時(shí)，由于每個(gè)點(diǎn)位中的寄存器均保存在數據庫中，重啟后依舊可以實(shí)現分流維修區中鉆桿的身份識別和分流維修。因此無(wú)論是在鉆桿檢測線(xiàn)的正常運行還是故障停機狀態(tài)下，鉆桿檢測線(xiàn)的智能識別自動(dòng)分流系統都具有良好的運用效果。

5　結論

針對鉆桿檢測線(xiàn)分流維修區鉆桿的智能識別和自動(dòng)分流系統，本文設計了一種智能識別自動(dòng)分流系統。該系統由編碼模塊、計數模塊、標識模塊、存儲模塊、檢測模塊、識別模塊、查詢(xún)模塊組成，其基于智能識別自動(dòng)分流方法，實(shí)現了鉆桿在檢測線(xiàn)上的智能識別與自動(dòng)分流，解決了現有技術(shù)人工依賴(lài)性強、效率低的問(wèn)題，為大批量高效率檢測與維修鉆桿提供了技術(shù)方案，并產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟和社會(huì )效應。

作者簡(jiǎn)介：

徐晨三（1983-），男，安徽安慶人，工程師，學(xué)士，現就職于中海油田服務(wù)股份有限公司深圳石油工具基地，主要研究方向為井控設備和轉具檢測線(xiàn)技術(shù)及管理。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2023年5月刊