支鵬鵬，馬韋華，楊文付，李竹濱

（渤海能克鉆桿有限公司，河北 滄州 062650）

ARC8P耐磨帶焊機(jī)是由美國(guó)ARC公司研制出來(lái)的，其屬于敷焊石油鉆具耐磨帶專用的裝置，ARC8P耐磨帶焊機(jī)常用在加重鉆桿與其它井下工具表面耐磨帶自動(dòng)敷焊當(dāng)中，其耐磨帶的作用主要是提高鉆桿耐磨強(qiáng)度，并延長(zhǎng)使用時(shí)間。ARC8P耐磨帶焊機(jī)的自動(dòng)化水平非常高，這主要是因?yàn)檫\(yùn)用的是PLC控制技術(shù)，并且核心控制單元采用的是OMRON公司CPM1系列的PLC，所以自動(dòng)化水平特別強(qiáng)。因?yàn)锳RC8P耐磨帶焊機(jī)主要運(yùn)用的是PLC控制技術(shù)，所以ARC8P耐磨帶焊機(jī)屬于PLC產(chǎn)品構(gòu)成的控制系統(tǒng)，這便給改進(jìn)工作帶來(lái)了很大的幫助。因?yàn)锳RC8P耐磨帶焊機(jī)被廣泛用于石油鉆具生產(chǎn)當(dāng)中，屬于常用的鉆桿耐磨帶焊機(jī)，所以對(duì)ARC8P耐磨帶焊機(jī)焊縫凹槽缺陷進(jìn)行改進(jìn)研究，能夠良好解決鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷，給鉆桿耐磨帶的發(fā)展帶來(lái)很大的幫助，使我國(guó)鉆桿耐磨帶運(yùn)行更加安全可靠，給石油開采帶來(lái)更大的幫助。

1 鉆桿耐磨帶的主要作用

耐磨帶主要用于鉆桿的接頭、鉆鋌以及加重鉆桿處，能夠形成一層硬化層，此硬化層可以使鉆桿接頭和套管、井壁相互隔離，從而能夠有效保護(hù)鉆桿的接頭。同時(shí)因?yàn)槟湍У哪Σ烈驍?shù)較低，能夠顯著降低套管的磨損程度，一般耐磨帶會(huì)運(yùn)用惰性氣體保護(hù)焊技術(shù)將其固定于鉆桿的接頭末端。鉆桿耐磨帶是從20世紀(jì)30年代產(chǎn)生的，主要用于保護(hù)鉆桿以及其余一些設(shè)施，防止鉆桿因摩擦而損傷，從而增加鉆桿的使用時(shí)間。不過(guò)由于復(fù)雜井越來(lái)越多，如大位移井、水平井以及高溫高壓井等，使得鉆桿耐磨帶的問(wèn)題越來(lái)越多，損傷越來(lái)越嚴(yán)重，尤其是焊縫凹槽缺陷，不僅引發(fā)了很多的事故，而且還給油田維修以及開采帶來(lái)了很大的阻礙，同時(shí)還影響了耐磨帶的外觀，增加了油田開采的成本，所以必須有效解決鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷問(wèn)題。另外，為了減少鉆桿在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)以及起下鉆對(duì)套管的摩擦阻力，使得耐磨帶對(duì)鉆桿的保護(hù)效果明顯下降，無(wú)法良好發(fā)揮耐磨帶的作用。在20世紀(jì)的90年代時(shí)，因?yàn)殂@桿價(jià)格以及運(yùn)輸成本的變化，使得人們非常關(guān)注鉆桿耐磨帶的保護(hù)功能，所以就大力研發(fā)高效、穩(wěn)定的耐磨帶，經(jīng)過(guò)20多年的不斷研究，如今鉆桿耐磨帶已能夠良好保護(hù)鉆桿，有效解決了套管、隔水管與鉆桿的磨損問(wèn)題。對(duì)于鉆桿耐磨帶的材料來(lái)說(shuō)，應(yīng)該具有三種特性，分別為：首先，耐磨性。鉆桿耐磨帶應(yīng)當(dāng)有效抵抗地層巖石的摩擦。其次，減摩性。鉆桿耐磨帶應(yīng)當(dāng)良好控制與套管的磨損程度，讓其保持在合理范圍中。最后，摩擦因數(shù)。一般耐磨帶的摩擦因數(shù)和減摩性具有很大的關(guān)系，如果摩擦因數(shù)較小，則其和套管的摩擦力就較小，因此耐磨帶和套管的磨損程度也就很??；如果摩擦因數(shù)較大，則其和套管的摩擦力就較大，因此耐磨帶和套管的磨損程度也就較大。由此可見，摩擦因數(shù)越小，鉆桿的轉(zhuǎn)矩與起下鉆阻力越小，能夠良好延長(zhǎng)鉆桿耐磨帶的使用時(shí)間。

2 鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷問(wèn)題

通常鉆桿耐磨帶焊機(jī)的運(yùn)行流程為：首先鉆桿耐磨帶焊機(jī)運(yùn)行的時(shí)候，會(huì)使鉆桿以及石油鉆具的管體勻速旋轉(zhuǎn)，然后焊槍啟弧之后，會(huì)垂直在管體的上面，使其往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)管體360度旋轉(zhuǎn)完成，焊機(jī)就會(huì)發(fā)出管體旋轉(zhuǎn)一周的信號(hào)，同時(shí)發(fā)送到PLC上，當(dāng)PLC接收到信號(hào)，就會(huì)讓焊槍跳至下一條耐磨帶的焊接處，也可能停止堆焊，并且暫停管體旋轉(zhuǎn)，從而使敷焊完成，此時(shí)耐磨帶的起始和結(jié)束部位是重合的，這就完成了接縫。對(duì)于ARC8P型焊機(jī)來(lái)說(shuō)，其設(shè)計(jì)具有很多不足之處，其中最大的就是焊縫凹槽缺陷，因?yàn)殂@桿耐磨帶在敷焊完成以后，敷焊帶環(huán)的接縫位置上焊絲較少，就產(chǎn)生了凹槽，此凹槽不僅會(huì)影響耐磨帶的功能，而且還會(huì)影響外觀，所以必須良好解決此缺陷問(wèn)題。在此主要借助鉆桿耐磨帶焊機(jī)的PLC控制系統(tǒng)來(lái)改進(jìn)鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷。要想有效解決鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷，就必須等鉆桿管體旋轉(zhuǎn)一周以后，再停止管體旋轉(zhuǎn)，并且在耐磨帶環(huán)的接縫位置多堆一些焊絲。具體的改進(jìn)流程為：當(dāng)PLC接到管體已經(jīng)旋轉(zhuǎn)一周的信號(hào)之后，不要立即跳轉(zhuǎn)至下一條耐磨帶敷焊處或者停止敷焊運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)停止管體旋轉(zhuǎn)過(guò)段時(shí)間后，再跳轉(zhuǎn)至下一條耐磨帶敷焊處或者停止堆焊運(yùn)行。不過(guò)增大延時(shí)情況，還會(huì)存在另外一個(gè)問(wèn)題，就是不同類型的鉆桿耐磨帶其敷焊技術(shù)均不相同，因此對(duì)單條耐磨帶的寬度要求也不相同，所以鉆桿耐磨帶對(duì)延時(shí)的要求也不相同，由此在改進(jìn)的時(shí)候，應(yīng)該注意敷焊的延時(shí)情況，對(duì)不同技術(shù)采用不同的延時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，如此才可充分達(dá)到實(shí)際需求有效解決鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷。

3 鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷改進(jìn)方法

鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷改進(jìn)方法有兩個(gè)，分別為：改進(jìn)PLC外圍電路和改進(jìn)PLC程序。對(duì)于改進(jìn)PLC外圍電路來(lái)說(shuō)，其主要就是在PLC外圍電路處采用延時(shí)定義開關(guān)，這樣就能利用延時(shí)定義開關(guān)設(shè)置多個(gè)狀態(tài)，借助開關(guān)的不同檔位實(shí)現(xiàn)不同鉆桿耐磨帶的敷焊延時(shí)時(shí)間。對(duì)于改進(jìn)PLC程序來(lái)說(shuō)，當(dāng)PLC接收到管體旋轉(zhuǎn)一周的信號(hào)之后，不會(huì)立刻跳轉(zhuǎn)至下一條耐磨帶處以及暫停焊機(jī)運(yùn)行，會(huì)先停止管體旋轉(zhuǎn)，焊槍繼續(xù)往復(fù)敷焊，然后依據(jù)外部的延時(shí)情況設(shè)置開關(guān)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能，通過(guò)延時(shí)之后，再跳轉(zhuǎn)至下一條耐磨帶或者停止焊機(jī)運(yùn)行。運(yùn)用這兩個(gè)方法能夠有效解決鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷，延長(zhǎng)鉆桿耐磨帶的使用時(shí)間，保證鉆桿耐磨帶穩(wěn)定安全的運(yùn)行。

4 鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷改進(jìn)方法的實(shí)施

經(jīng)過(guò)對(duì)PLC控制電路的I/O接口分析之后能夠發(fā)現(xiàn)三個(gè)空閑數(shù)字輸入點(diǎn)，其接口的地址為：0.09、1.13和1.15，通過(guò)這三個(gè)輸入點(diǎn)就能判斷八種狀態(tài)，經(jīng)過(guò)查看備件庫(kù)，就有4位編碼開關(guān)能夠運(yùn)用，不過(guò)在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，只需要其中的三位，分別為：bit2、bit1和bit0，它們分別對(duì)應(yīng)著PLC的三個(gè)輸入接口，即0.09、1.13和1.15。通常bit2、bit1和bit0位的編碼組合會(huì)根據(jù)二進(jìn)制的編碼形式展開編碼，其狀態(tài)會(huì)由000到007，狀態(tài)會(huì)和敷焊延時(shí)相對(duì)應(yīng)，因此編碼開關(guān)狀態(tài)000-007就是PLC的延時(shí)檔，即0-7檔，延時(shí)的范圍為0.0-4.0s，其中000表示PLC沒(méi)有敷焊延時(shí)。在此ARC8P型鉆桿耐磨帶焊機(jī)所使用的改進(jìn)PLC程序?yàn)镺MRON公司的CX-Programmer軟件，此軟件的使用效果非常好，利用軟件就能讀出和寫入PLC的控制程序，經(jīng)過(guò)讀出之后改進(jìn)了焊機(jī)PLC程序，改進(jìn)的內(nèi)容主要為：當(dāng)PLC接到鉆桿旋轉(zhuǎn)一周的信號(hào)（1.10）之后，編碼開關(guān)就會(huì)對(duì)應(yīng)輸入的端口，即0.09、1.13和1.15的編碼狀態(tài)，從而在PLC程序里加入相應(yīng)的延時(shí)段。不過(guò)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試狀態(tài)可知，編碼開關(guān)的八種編碼未和延時(shí)相對(duì)應(yīng)，所以為了得到最佳的應(yīng)用狀態(tài)，就對(duì)實(shí)際技術(shù)測(cè)定調(diào)試展開了研究，得到的結(jié)果如下：000對(duì)應(yīng)的是0.0s、001對(duì)應(yīng)的是0.5s、010對(duì)應(yīng)的是1.5s、011對(duì)應(yīng)的是2.0s、100對(duì)應(yīng)的是2.5s、101對(duì)應(yīng)的是3.0s、110對(duì)應(yīng)的是3.5s、111對(duì)應(yīng)的是4.0s。延時(shí)之后可以利用定時(shí)器啟動(dòng)后期的運(yùn)行，讓焊槍跳至下一條耐磨帶敷焊處以及停止敷焊運(yùn)行，從而有效解決鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷。

5 鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷改進(jìn)的效果

經(jīng)過(guò)對(duì)鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷改進(jìn)之后的效果和鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷改進(jìn)之前的效果比較探究，能夠發(fā)現(xiàn)鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷被良好的解決。在此解決的主要方法有兩個(gè)，一個(gè)是改進(jìn)PLC外圍電路，另一個(gè)是改進(jìn)PLC程序，它們都是利用調(diào)試不同的技術(shù)來(lái)優(yōu)化延遲時(shí)間，以使延時(shí)檔位更加符合要求，能夠有效用于不同類型的鉆桿、加重鉆桿耐磨帶敷焊當(dāng)中，從而發(fā)揮良好的作用。經(jīng)過(guò)對(duì)此次改進(jìn)后的鉆桿耐磨帶焊機(jī)和國(guó)外新型的鉆桿耐磨帶焊機(jī)相比較，能夠發(fā)現(xiàn)它們的敷焊效果幾乎一樣，具有同等的功能，并且改進(jìn)后的鉆桿耐磨帶焊機(jī)和國(guó)外進(jìn)口的鉆桿耐磨帶焊機(jī)相比，不僅顯著節(jié)約了成本，而且還很大程度的改善了鉆桿耐磨帶焊縫凹槽缺陷，使鉆桿耐磨帶的運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠，并且應(yīng)用壽命更加長(zhǎng)久。由此可見，此次鉆桿耐磨帶焊機(jī)改進(jìn)非常的成功，具有很大的應(yīng)用價(jià)值，給鉆桿耐磨帶的發(fā)展帶來(lái)了很大的幫助。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述內(nèi)容可知，我國(guó)鉆桿耐磨帶的研究還較少，對(duì)于材料的研究只處于基礎(chǔ)階段，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加大研究的力度，借助國(guó)外先進(jìn)的鉆桿耐磨帶材料，使鉆桿耐磨帶更加的耐磨、高效和穩(wěn)定，并向著高重焊性方面大力的研究。在此通過(guò)對(duì)ARC 8P型鉆桿耐磨帶焊機(jī)的大力研究可知，ARC 8P型鉆桿常被用于加重鉆桿與石油鉆具等方面當(dāng)中，屬于耐磨帶自動(dòng)敷焊設(shè)施，因?yàn)殂@桿耐磨帶焊機(jī)在敷焊的時(shí)候，其耐磨帶環(huán)的接口位置會(huì)具有嚴(yán)重的凹槽問(wèn)題，不僅會(huì)影響耐磨帶的使用壽命，而且還會(huì)嚴(yán)重影響外觀，所以必須對(duì)此缺陷問(wèn)題展開良好的解決，具體的解決方法有兩個(gè)，分別為：改進(jìn)PLC外圍控制電路和改進(jìn)PLC程序，對(duì)于改進(jìn)焊機(jī)PLC外圍控制電路來(lái)說(shuō)，其主要就是在PLC外圍電路應(yīng)用延時(shí)定義開關(guān)，如此就能借助延時(shí)定義開關(guān)來(lái)控制多個(gè)狀態(tài)，通過(guò)不同檔位達(dá)到不同鉆桿耐磨帶的敷焊延時(shí)效果；對(duì)于改進(jìn)PLC程序來(lái)說(shuō)，主要就是在PLC接收到管體旋轉(zhuǎn)一周的信號(hào)之后，不會(huì)立刻跳轉(zhuǎn)至下一條耐磨帶以及暫停焊機(jī)運(yùn)行，僅停止管體旋轉(zhuǎn)，隨后根據(jù)延時(shí)狀況來(lái)設(shè)定開關(guān)狀態(tài)，以到達(dá)延時(shí)的效果，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間再跳至下一條耐磨帶或者停止焊機(jī)運(yùn)行。通過(guò)對(duì)鉆桿耐磨帶焊機(jī)的改進(jìn)之后能夠發(fā)現(xiàn)，鉆桿耐磨帶的焊縫凹槽情況顯著改善，說(shuō)明改進(jìn)非常成功，可大力推廣使用，以使鉆桿耐磨帶運(yùn)行更加穩(wěn)定，使用時(shí)間更長(zhǎng)，充分發(fā)揮保護(hù)鉆桿的作用。