文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1003-0492（2023）05-082-04中圖分類號(hào)：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(guó)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(guó)石油大學(xué)（北京），北京102249）

關(guān)鍵詞：鉆桿；檢測(cè)線；智能識(shí)別；自動(dòng)分流

1　引言

石油鉆桿在鉆井作業(yè)過程中易受多種損傷，鉆桿損傷檢測(cè)已成為石油鉆探領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)^[1~5]。在鉆桿檢測(cè)線上，現(xiàn)有的技術(shù)依賴人工手持掃碼槍掃描識(shí)別碼的方式完成鉆桿的身份識(shí)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(shí)別碼脫落便無法識(shí)別鉆桿的身份信息。因此，本文提出了一種鉆桿檢測(cè)線的智能識(shí)別自動(dòng)分流系統(tǒng)，其不依賴人工，僅依賴一些簡(jiǎn)單模塊和智能識(shí)別方法即可完成鉆桿在檢測(cè)線上的智能識(shí)別與自動(dòng)分流任務(wù)。

2　鉆桿檢測(cè)線簡(jiǎn)介

2.1　鉆桿檢測(cè)線現(xiàn)場(chǎng)

由于工廠原本的鉆桿檢測(cè)線效率低、設(shè)備老舊、自動(dòng)化水平低，因此本研究重新設(shè)計(jì)了鉆桿檢測(cè)線。新設(shè)計(jì)的鉆桿檢測(cè)線現(xiàn)場(chǎng)概念圖^[6]如圖1所示。

圖1 鉆桿檢測(cè)線現(xiàn)場(chǎng)圖

在鉆桿檢測(cè)線的現(xiàn)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(cè)線分為編碼檢測(cè)區(qū)和分流維修區(qū)。編碼檢測(cè)區(qū)主要由編碼工位和檢測(cè)探傷工位組成，完成鉆桿的編碼和損傷檢測(cè)任務(wù)。分流維修區(qū)主要由分流線和維修工位組成，根據(jù)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(cè)線工藝流程

根據(jù)鉆桿檢測(cè)線的檢測(cè)和維修需求，鉆桿檢測(cè)線工藝流程如圖2所示。

圖2 鉆桿檢測(cè)線工藝流程圖

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(hào)是鉆桿唯一的身份信息，但掃碼槍難以識(shí)別其鋼印號(hào)，因此采取人工的方式對(duì)鉆桿鋼印號(hào)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(cè)探傷工位進(jìn)行檢測(cè)探傷作業(yè)。由于鉆桿長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度用于油氣田鉆井作業(yè)，其極易受到應(yīng)力損傷和腐蝕損傷，因此在檢測(cè)探傷工位需對(duì)其進(jìn)行電磁探傷、厚度測(cè)量、尺寸測(cè)量、UT導(dǎo)波探傷和磁粉探傷等檢測(cè)探傷作業(yè)^[7]。在不同的檢測(cè)探傷作業(yè)中，根據(jù)鉆桿的損傷情況，設(shè)置其需要進(jìn)行的維修作業(yè)（也稱操作參數(shù)）。

在進(jìn)入分流維修區(qū)前，必須對(duì)鉆桿識(shí)別和標(biāo)識(shí)。鉆桿通過環(huán)形掃碼槍自動(dòng)掃描其二維碼識(shí)別其鋼印號(hào)身份信息，通過計(jì)數(shù)器記錄進(jìn)入分流維修區(qū)的次序（也稱標(biāo)識(shí)），并把其編碼信息和進(jìn)入分流維修區(qū)的次序相互對(duì)應(yīng)。

在對(duì)鉆桿進(jìn)行標(biāo)識(shí)后，鉆桿進(jìn)入分流維修區(qū)。在分流維修區(qū)，鉆桿通過智能識(shí)別方法確定其標(biāo)識(shí)，并根據(jù)鉆桿標(biāo)識(shí)確定其操作參數(shù)，然后自動(dòng)分流進(jìn)入分流維修區(qū)進(jìn)行車扣維修、螺紋檢驗(yàn)、鎧裝焊等維修作業(yè)^[8]。

最后，鉆桿在進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)、噴標(biāo)、噴漆和套絲扣作業(yè)后出庫。

3　智能識(shí)別自動(dòng)分流方法系統(tǒng)

鉆桿檢測(cè)線中的智能識(shí)別自動(dòng)分流系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在鉆桿檢測(cè)線分流維修區(qū)對(duì)鉆桿身份信息的智能識(shí)別與自動(dòng)分流。為了便于說明智能識(shí)別與自動(dòng)分流系統(tǒng)，將鉆桿檢測(cè)線現(xiàn)場(chǎng)圖簡(jiǎn)化如圖3所示。

圖3 鉆桿檢測(cè)線簡(jiǎn)化圖

其中工位G1為編碼工位，工位G2為檢測(cè)探傷工位，工位G3至G6為維修工位，工位G7、G8為測(cè)長(zhǎng)、噴標(biāo)、噴漆和套絲扣工位。分流點(diǎn)F1左側(cè)為編碼檢測(cè)區(qū)，分流點(diǎn)F1右側(cè)為分流維修區(qū)。

3.1　系統(tǒng)組成部件

在鉆桿檢測(cè)線中，智能識(shí)別自動(dòng)分流系統(tǒng)的重要組成部件如下：

（1）編碼模塊：用于將鉆桿的鋼印號(hào)信息用二維碼進(jìn)行編碼。

（2）計(jì)數(shù)模塊：用于實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)進(jìn)入檢測(cè)線的鉆桿次序。

（3）標(biāo)識(shí)模塊：用于將鉆桿鋼印號(hào)編碼信息和鉆桿次序建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（4）存儲(chǔ)模塊：用于存儲(chǔ)鉆桿鋼印號(hào)編碼、標(biāo)識(shí)和操作參數(shù)信息。

（5）檢測(cè)模塊：安裝在分流維修區(qū)每段輸送線的首端和末端、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(cè)鉆桿。

（6）識(shí)別模塊：安裝在分流維修區(qū)每段輸送線的首端和末端、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(dá)分流維修區(qū)中的某個(gè)點(diǎn)位但還未到達(dá)下一個(gè)點(diǎn)位的鉆桿。

（7）查詢模塊：用于根據(jù)鉆桿標(biāo)識(shí)查詢存儲(chǔ)模塊中鉆桿的信息。

3.2　智能識(shí)別自動(dòng)分流方法

鉆桿檢測(cè)線智能識(shí)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(shí)別方法流程圖

首先，對(duì)鉆桿進(jìn)行編碼和標(biāo)識(shí)。在編碼工位上，人工識(shí)別鉆桿的鋼印號(hào)信息并用二維碼進(jìn)行編碼。其次，獲取鉆桿的操作參數(shù)。在檢測(cè)工位上，依據(jù)鉆桿檢測(cè)探傷作業(yè)的結(jié)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(qū)前，對(duì)鉆桿進(jìn)行標(biāo)識(shí)。用計(jì)數(shù)器記錄鉆桿進(jìn)入分流維修區(qū)的次序（也稱標(biāo)識(shí)），并將鉆桿標(biāo)識(shí)和鉆桿編碼信息對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)至存儲(chǔ)模塊中。最后，當(dāng)檢測(cè)模塊檢測(cè)到鉆桿到達(dá)每一段輸送線的首端與末端、每一個(gè)工位、分流點(diǎn)、匯合點(diǎn)和分流匯合點(diǎn)時(shí)，對(duì)鉆桿進(jìn)行智能識(shí)別自動(dòng)分流。智能識(shí)別自動(dòng)分流方法具體如下：

（1）在第一個(gè)分流點(diǎn)，當(dāng)檢測(cè)模塊檢測(cè)到鉆桿時(shí)，識(shí)別鉆桿編碼，并根據(jù)編碼信息讀取存儲(chǔ)模塊中鉆桿的標(biāo)識(shí)信息并存儲(chǔ)至第一個(gè)分流點(diǎn)的識(shí)別模塊中。

（2）在每一段輸送線的首端，當(dāng)檢測(cè)模塊檢測(cè)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(shí)別模塊中的鉆桿標(biāo)識(shí)信息并寫入當(dāng)前識(shí)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(shí)別模塊中的該鉆桿的標(biāo)識(shí)信息。

（3）在每一段輸送線的末端，當(dāng)檢測(cè)模塊檢測(cè)到有鉆桿時(shí)，直接讀取該段輸送線首端識(shí)別模塊中的標(biāo)識(shí)最小的鉆桿標(biāo)識(shí)信息，并寫入當(dāng)前識(shí)別模塊中，同時(shí)刪除該段輸送線首端識(shí)別模塊中的該鉆桿的標(biāo)識(shí)信息。

（4）在匯合點(diǎn)、分流匯合點(diǎn)，以及每段輸送線的方向上都安裝有檢測(cè)模塊。當(dāng)某個(gè)方向上的檢測(cè)模塊檢測(cè)到鉆桿時(shí)，直接讀取該方向上的輸送線末端的鉆桿標(biāo)識(shí)信息并寫入當(dāng)前識(shí)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(dāng)檢測(cè)模塊檢測(cè)到有鉆桿時(shí)，直接讀取前一段輸送線末端識(shí)別模塊中的標(biāo)識(shí)最小的鉆桿標(biāo)識(shí)信息，并寫入當(dāng)前識(shí)別模塊中。

（6）在每個(gè)分流點(diǎn)、分流匯合點(diǎn)，根據(jù)識(shí)別模塊中的鉆桿標(biāo)識(shí)信息查詢存儲(chǔ)模塊中該鉆桿的操作參數(shù)，并根據(jù)操作參數(shù)將鉆桿分流，實(shí)現(xiàn)鉆桿的自動(dòng)分流功能。

4　智能識(shí)別自動(dòng)分流系統(tǒng)在鉆桿檢測(cè)線上的應(yīng)用

4.1　系統(tǒng)組成部件的實(shí)現(xiàn)

在鉆桿檢測(cè)線現(xiàn)場(chǎng)，編碼模塊通過在編碼工位人工識(shí)別鉆桿鋼印號(hào)和打印機(jī)打印二維碼實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)模塊通過接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)。接近開關(guān)安裝在分流維修區(qū)的每個(gè)維修工位、每段輸送線首端和末端、每個(gè)分流點(diǎn)、匯合點(diǎn)以及分流匯合點(diǎn)上。標(biāo)識(shí)模塊通過環(huán)形掃碼槍實(shí)現(xiàn)，環(huán)形掃碼槍安裝在第一個(gè)分流點(diǎn)上。計(jì)數(shù)模塊通過計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，安裝在第一個(gè)分流點(diǎn)上。識(shí)別模塊通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建表作為寄存器實(shí)現(xiàn)，查詢模塊通過查詢存儲(chǔ)模塊的程序?qū)崿F(xiàn)。檢測(cè)模塊接近開關(guān)在鉆桿檢測(cè)線現(xiàn)場(chǎng)的安裝圖如圖5所示。

圖5 接近開關(guān)現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

4.2　應(yīng)用實(shí)例

鉆桿檢測(cè)線分流維修區(qū)現(xiàn)場(chǎng)如圖6所示。

圖6 鉆桿檢測(cè)線分流維修區(qū)現(xiàn)場(chǎng)圖

在鉆桿檢測(cè)線分流維修區(qū)現(xiàn)場(chǎng)，某鉆桿經(jīng)過編碼后在檢測(cè)工位獲取的操作參數(shù)為需要進(jìn)行車公扣、車母扣、螺紋檢驗(yàn)、鎧傳焊維修作業(yè)。該鉆桿在分流維修區(qū)的分流維修路線如圖7所示。

圖7 某鉆桿分流維修路線圖

在該鉆桿到達(dá)分流點(diǎn)F1時(shí)，接近開關(guān)檢測(cè)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(hào)信息，計(jì)數(shù)器記錄其進(jìn)入鉆桿檢測(cè)線的次序，并將該次序和鋼印號(hào)編碼信息存儲(chǔ)至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和分流點(diǎn)1的寄存器中。得到鉆桿鋼印號(hào)信息后，通過程序查詢其操作參數(shù)，自動(dòng)將該鉆桿分流至輸送線S1。鉆桿在后續(xù)的分流點(diǎn)、分流匯合點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)分流操作類似。

在該鉆桿到達(dá)輸送線S3、S6、S7、S9、S10、S12、S13、S14、S15首端時(shí)，接近開關(guān)檢測(cè)到鉆桿，該輸送線首端寄存器直接讀取并存儲(chǔ)前一個(gè)點(diǎn)位寄存器中標(biāo)識(shí)最小的鉆桿信息，并將前一個(gè)點(diǎn)位寄存器中標(biāo)識(shí)最小的鉆桿信息移除。

在該鉆桿到達(dá)輸送線S3、S6、S7、S9、S10、S12、S13、S14、S15的末端時(shí)，接近開關(guān)檢測(cè)到鉆桿，該輸送線末端寄存器直接讀取和存儲(chǔ)該輸送線首端寄存器中標(biāo)識(shí)最小的鉆桿信息，并將該輸送線首端寄存器中標(biāo)識(shí)最小的鉆桿信息移除。

在該鉆桿到達(dá)維修工位G4、G5、G6、G7、G8時(shí)，接近開關(guān)檢測(cè)到鉆桿，該維修工位的寄存器直接讀取和存儲(chǔ)前一段輸送線末端寄存器中標(biāo)識(shí)最小的鉆桿信息，并將前一段輸送線末端寄存器中標(biāo)識(shí)最小的鉆桿信息移除。

在該鉆桿到達(dá)匯合點(diǎn)H1、H2和分流匯合點(diǎn)FH時(shí)，輸送線S7、S10、S13方向上的接近開關(guān)檢測(cè)到鉆桿，匯合點(diǎn)H1、H2和分流匯合點(diǎn)FH直接讀取和存儲(chǔ)相應(yīng)方向的輸送線末端的寄存器中標(biāo)識(shí)最小的鉆桿信息，并將相應(yīng)方向上輸送線末端寄存器中標(biāo)識(shí)最小的鉆桿信息移除。

4.3　應(yīng)用效果

當(dāng)鉆桿檢測(cè)線正常運(yùn)行時(shí)，分流維修區(qū)的每個(gè)點(diǎn)位上的寄存器均能準(zhǔn)確識(shí)別出鉆桿的身份信息并自動(dòng)進(jìn)行分流。當(dāng)檢測(cè)線遇到故障需要停機(jī)重啟時(shí)，由于每個(gè)點(diǎn)位中的寄存器均保存在數(shù)據(jù)庫中，重啟后依舊可以實(shí)現(xiàn)分流維修區(qū)中鉆桿的身份識(shí)別和分流維修。因此無論是在鉆桿檢測(cè)線的正常運(yùn)行還是故障停機(jī)狀態(tài)下，鉆桿檢測(cè)線的智能識(shí)別自動(dòng)分流系統(tǒng)都具有良好的運(yùn)用效果。

5　結(jié)論

針對(duì)鉆桿檢測(cè)線分流維修區(qū)鉆桿的智能識(shí)別和自動(dòng)分流系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)了一種智能識(shí)別自動(dòng)分流系統(tǒng)。該系統(tǒng)由編碼模塊、計(jì)數(shù)模塊、標(biāo)識(shí)模塊、存儲(chǔ)模塊、檢測(cè)模塊、識(shí)別模塊、查詢模塊組成，其基于智能識(shí)別自動(dòng)分流方法，實(shí)現(xiàn)了鉆桿在檢測(cè)線上的智能識(shí)別與自動(dòng)分流，解決了現(xiàn)有技術(shù)人工依賴性強(qiáng)、效率低的問題，為大批量高效率檢測(cè)與維修鉆桿提供了技術(shù)方案，并產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)。

作者簡(jiǎn)介：

徐晨三（1983-），男，安徽安慶人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)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?yàn)榫卦O(shè)備和轉(zhuǎn)具檢測(cè)線技術(shù)及管理。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2023年5月刊