測(cè)井設(shè)備維修要領(lǐng)與可靠性維修管理

吳俊祖 陳新君

(中海油服油田技術(shù)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司 天津 300451)

測(cè)井設(shè)備作業(yè)所用設(shè)備具有高度集成、精度高、使用工況復(fù)雜的特點(diǎn)，尤其是其耐高溫性能，集成了行業(yè)內(nèi)精尖的技術(shù)。這些特性導(dǎo)致其故障難以規(guī)避，而且維修起來(lái)比較復(fù)雜。一是設(shè)備本身集成技術(shù)復(fù)雜，包括機(jī)械技術(shù)、液壓技術(shù)、數(shù)電技術(shù)、模電技術(shù)等，單支設(shè)備集成多個(gè)模塊，一次作業(yè)需連接數(shù)支到數(shù)十支井下設(shè)備，同時(shí)連接到地面系統(tǒng)，并實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集處理；二是作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備工作在井下數(shù)千米，井況復(fù)雜，井下震動(dòng)、磨損、高溫、高壓、泥漿及氣體侵蝕，都容易導(dǎo)致設(shè)備故障。測(cè)井設(shè)備價(jià)值高昂，及時(shí)可靠的維修對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)十分重要。該文就測(cè)井設(shè)備的維修和可靠性分析，相關(guān)技能和管理從業(yè)人員有較好的參考借鑒作用，提供了基本的維修方法和解決思路，對(duì)于設(shè)備維修人員及維修管理人員均具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。

1 一般故障類別

測(cè)井設(shè)備具有較大體系，設(shè)備類別多，專業(yè)性強(qiáng)，根據(jù)其作業(yè)特點(diǎn)，總體可以歸納為兩大類，即電纜測(cè)井和定向隨鉆測(cè)井。測(cè)井設(shè)備結(jié)構(gòu)上，一般是由傳感器、信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)梳理和邏輯控制、通信處理單元、電源模塊、連接通路及機(jī)械組件組成。其總體原理類似，故障排查思路基本一致，但設(shè)備結(jié)構(gòu)和作業(yè)工況不同，典型故障也各有特點(diǎn)，故障類別分別說(shuō)明如下。

1.1 電纜測(cè)井設(shè)備

電纜測(cè)井設(shè)備技術(shù)集成面廣，集成度高，井下工作于巖石、泥漿、套管、原油環(huán)境，工作溫度一般幾十?dāng)z氏度到二百余攝氏度不等。常見(jiàn)故障一般有探頭故障、信號(hào)處理電路故障、通信電路故障、電源電路故障，接插頭及連接線通斷絕緣故障、機(jī)械件損壞故障、軟件漏洞、不同儀器不兼容干擾等。具體故障類別包括器件燒壞、元器件變形、焊點(diǎn)虛焊、器件老化性能退化、器件松動(dòng)或接觸不良、制造使用錯(cuò)誤器件、連線破損或斷路、連接件變形或脫落、連接件絕緣性能下降、進(jìn)水進(jìn)水汽或進(jìn)泥漿至不絕緣、螺絲墊片脫落致短路、接地不良、漏油、探頭磨損或碎裂、機(jī)械件形變、程序算法bug、外部干擾等。

1.2 定向隨鉆設(shè)備

定向隨鉆測(cè)井設(shè)備，與電纜測(cè)井設(shè)備原理類似，通信方式不同，結(jié)構(gòu)差異較大，連接鉆桿邊鉆邊測(cè)，受震動(dòng)、磨損和泥漿沖蝕影響大。常見(jiàn)故障一般有電路板失效、連線磨損短路斷路、密封損壞、接插件松動(dòng)、機(jī)械件磨損、異物堵塞、殼體開(kāi)裂、軟件漏洞、不同儀器不兼容干擾等。具體故障類別，電路故障同電纜設(shè)備，但因其電路一般都密封灌膠，板級(jí)維修較少，此外常見(jiàn)具體故障還有密封圈損壞、電路板連接線擠壓或破損、電路連線布局互相干擾、絲扣連接不到位至松動(dòng)、接插頭連接不到位或松動(dòng)、內(nèi)流道沖蝕或殼體裂紋致灌漿、井下異物堵塞、皮囊破損及漏油、參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤、程序算法bug、外部環(huán)境影響等。

2 故障排查方法

由于測(cè)井作業(yè)的復(fù)雜性和系統(tǒng)性，故障排查需要全面考慮，對(duì)設(shè)備有相對(duì)全面的認(rèn)識(shí)，實(shí)施過(guò)程往往十分復(fù)雜。確認(rèn)故障后的維修工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，首先要明確故障現(xiàn)場(chǎng)、點(diǎn)和原理分析。但也發(fā)生不一定是設(shè)備本身故障的情況，故障現(xiàn)象只是一種表象，也可能是因?yàn)檎麄€(gè)測(cè)井系統(tǒng)的其他環(huán)節(jié)，甚至是測(cè)井系統(tǒng)外部干擾或設(shè)備適應(yīng)性等原因。

按故障信息的來(lái)源可以分為兩類：一類來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)反饋，該類故障已經(jīng)導(dǎo)致資料采集不完善；另一類則來(lái)自預(yù)防性維保及測(cè)試，即采用例行維保的流程，對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)。如果故障信息來(lái)自作業(yè)，首先需要了解作業(yè)相關(guān)信息，一方面通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反饋的信息可以縮小排查方向和重點(diǎn)，另一方面當(dāng)找不到設(shè)備本身故障時(shí)，也可以從測(cè)井系統(tǒng)的范圍以及系統(tǒng)外去分析原因。如果故障發(fā)現(xiàn)于維保及測(cè)試，那基本可以確定是設(shè)備本身或測(cè)井系統(tǒng)某個(gè)環(huán)節(jié)存在故障。

重現(xiàn)故障是排查設(shè)備故障的第一步。如能復(fù)現(xiàn)故障排查結(jié)果會(huì)比較明確，如不能復(fù)現(xiàn)可能有隱蔽故障，也可能是系統(tǒng)性問(wèn)題引發(fā)。具體排查故障時(shí)，根據(jù)故障現(xiàn)象和設(shè)備原理結(jié)構(gòu)，大致確定范圍，逐次驗(yàn)證排查。一是直觀檢查，結(jié)合局部拆卸，觀察密封圈、皮囊及探頭等易損部位是否完好，觀察設(shè)備接插頭或連線有無(wú)松動(dòng)、變形、損壞。二是參數(shù)測(cè)量，利用萬(wàn)用表等工具，測(cè)量接插頭的通斷絕緣值，與標(biāo)準(zhǔn)參考值比較驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)異常再沿此通路線索排查。三是深入直觀檢查，即對(duì)設(shè)備內(nèi)部電路板、連續(xù)、連接等進(jìn)行細(xì)致的目視檢查，觀察有無(wú)損壞器件、松動(dòng)器件及變形器件、器件及線頭焊點(diǎn)、固定情況、連線及插頭完好情況等。四是深入分析和測(cè)試，結(jié)合電路和器件原理判斷是否異常。五是上電測(cè)試，在電壓電流非極端異常情況下，上電觀察電壓電流數(shù)值，記錄萬(wàn)用表、示波器等測(cè)量電源輸出的各類電壓信號(hào)是否正常，在電源正常的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步測(cè)量信號(hào)處理電路的輸入輸出，確定異常信號(hào)，必要時(shí)要通過(guò)地面施加操作指令，配合測(cè)量，直至確定故障點(diǎn)及故障元器件。維修的過(guò)程一般都要伴隨著拆卸驗(yàn)證和重新組裝，需要注意防范過(guò)程中對(duì)設(shè)備的二次傷害及新隱患的引入。

3 可靠性維修與管理

3.1 故障原因分類

隨著系統(tǒng)朝著復(fù)雜化、模塊化、集成化方向發(fā)展，傳統(tǒng)可靠性分析方法在復(fù)雜系統(tǒng)可靠性評(píng)估中的局限性逐漸凸顯出來(lái)[1]。結(jié)合公司數(shù)十年總結(jié)積累，對(duì)所遇故障進(jìn)行了分析歸納，從設(shè)備全生命周期的角度，對(duì)產(chǎn)生故障的點(diǎn)進(jìn)行追根溯源，概括了測(cè)井設(shè)備故障原因可分類具體見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備故障原因分類及定義

3.2 故障應(yīng)對(duì)與管理

故障維修，在完成設(shè)備修復(fù)，達(dá)到使用的技術(shù)要求后，同時(shí)需要從設(shè)備全生命周期和可靠性管理的角度出發(fā)，深度分析引起故障的根源，制定行之有效的措施，從根本上解決和預(yù)防故障，要抓住核心癥結(jié)所在，推動(dòng)相關(guān)單元實(shí)施改進(jìn)，其中包括但不局限于研發(fā)、制造、維保、作業(yè)職能單元，圍繞預(yù)防故障和提升可靠性的共同目標(biāo)，做到信息共享，能更好地管控故障和提升產(chǎn)品質(zhì)量。隨著平均壽命時(shí)間的增大（或平均修理時(shí)間的減小），系統(tǒng)吞吐率有增大的趨勢(shì),而系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)隊(duì)長(zhǎng)和系統(tǒng)處于故障期的概率有減小的趨勢(shì)[2]。故障管理的核心思想是DMAIC，具體指定義（Define）、測(cè)量（Measure）、分 析（Analyze）、改 進(jìn)（Improve）、控 制（Control）。定義主要是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、收集信息、確定故障；測(cè)量主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證、明確目標(biāo)、確定問(wèn)題；分析主要是因素分析、影響評(píng)估、確定癥結(jié)；改進(jìn)主要是制訂方案、進(jìn)行論證、實(shí)施改進(jìn)；控制主要是落實(shí)升級(jí)、跟蹤效果、控制復(fù)發(fā)。DMAIC故障閉環(huán)管理很關(guān)鍵的是信息流，需要借助報(bào)告總結(jié)工具配套實(shí)施，如故障報(bào)告、維修報(bào)告、技術(shù)公報(bào)、升級(jí)公報(bào)等，把相關(guān)技術(shù)及管理人員、相關(guān)職能單元有效串聯(lián)。有效地運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和管理技術(shù)，做好設(shè)計(jì)、制造、售后服務(wù)、市場(chǎng)調(diào)查等方面的工作，以預(yù)防為主，控制影響產(chǎn)品質(zhì)量的各方面因素[3]。

3.3 維保質(zhì)量與生產(chǎn)管理

強(qiáng)調(diào)質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)率、成本、周期和價(jià)值究竟是有正面的影響還是負(fù)面的影響呢？簡(jiǎn)單的回答是“正面的”，然而現(xiàn)實(shí)情況是，盡管這些參數(shù)應(yīng)該是相互兼容的，但它們對(duì)質(zhì)量可能是支持的作用，也可能是相反的作用[4]。維修或保養(yǎng)工作的目的在于有效保障設(shè)備的可靠性，使其在后續(xù)的工作當(dāng)中能夠以其設(shè)定參數(shù)平穩(wěn)運(yùn)行，創(chuàng)造生產(chǎn)價(jià)值。某種程度上講，維修指標(biāo)的高低或質(zhì)量的好壞，直接決定了設(shè)備在后續(xù)生產(chǎn)作業(yè)中能否產(chǎn)生響應(yīng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，或取得當(dāng)前維修成本下的經(jīng)濟(jì)效益。

并不是所有的故障都能自我顯現(xiàn)出來(lái)，因此，對(duì)每一個(gè)安全儀表系統(tǒng)都必須進(jìn)行定期的測(cè)試和維護(hù)，確保系統(tǒng)對(duì)實(shí)際的“要求”做出恰當(dāng)?shù)捻憫?yīng)[5]。持續(xù)的總結(jié)改進(jìn)或創(chuàng)新，能夠在很大程度上提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量，并能夠合理規(guī)避配件的浪費(fèi)，培養(yǎng)高素質(zhì)的技術(shù)人才在生產(chǎn)中具有突出的降本增效效果。設(shè)備的設(shè)計(jì)屬性中總是想要更全面地覆蓋客戶的需求，但在應(yīng)用中，總是在其最適宜的工況下才能發(fā)揮其最佳性能。石油測(cè)井是一個(gè)直接面臨溫差大、地層屬性復(fù)雜等因素的工種，對(duì)設(shè)備的要求極高，故障的類型繁雜，如何快速、有效、精確地定位故障，對(duì)于一名維修技術(shù)人員的技能要求較為嚴(yán)苛，經(jīng)驗(yàn)積累結(jié)合系統(tǒng)性的認(rèn)知培訓(xùn)是必不可少的。

必要的配件庫(kù)存，能夠極大地縮短維修周期和待機(jī)時(shí)間。所需配件或測(cè)試用品能夠得到100%快速響應(yīng)，將會(huì)很大程度減少設(shè)備維修周期，對(duì)于一個(gè)高技能維修人員來(lái)講，其問(wèn)題判斷時(shí)間在整個(gè)維修周期的占比不足5%，在配件的充分支持下，其維修周期通常可以縮短至幾個(gè)工時(shí)。但對(duì)于企業(yè)來(lái)講，庫(kù)存的壓力是直接影響經(jīng)濟(jì)價(jià)值的，且會(huì)導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)，因設(shè)備故障的不可預(yù)測(cè)性，即使優(yōu)秀的備件篩選采購(gòu)管理，也會(huì)導(dǎo)致部分過(guò)剩或不足，配件的管理需要從戰(zhàn)略方面思考，使設(shè)備的使用率與庫(kù)存成本達(dá)到某種合理范圍，這個(gè)范圍通常與客戶的需求直接對(duì)應(yīng)，是綜合考量的一個(gè)結(jié)果，最終達(dá)成客戶需求、設(shè)備應(yīng)用、維修保養(yǎng)、可靠性保障與經(jīng)濟(jì)效益的合理匹配。為保證系統(tǒng)可靠性，控制工程師應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)能在正常范圍內(nèi)安全運(yùn)行的系統(tǒng)，并在系統(tǒng)故障發(fā)生前，盡可能預(yù)測(cè)出即將發(fā)生的故障，以采取相應(yīng)措施對(duì)故障進(jìn)行規(guī)避[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)備的運(yùn)維工作對(duì)于技術(shù)裝備型企業(yè)，意義和影響重大，是企業(yè)降本增效和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的核心能力。如何有效保障設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，以及故障后快速修復(fù)和預(yù)防，是管理和技術(shù)人員必須面臨的必要挑戰(zhàn)。設(shè)備的維修，不僅讓設(shè)備恢復(fù)應(yīng)用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)降本增效，可靠性維修的延伸和驅(qū)動(dòng)，更可以改進(jìn)設(shè)備質(zhì)量，從源頭上提升設(shè)備的穩(wěn)定性，從而避免設(shè)備運(yùn)維階段作業(yè)損失、維修投入、管理投入等一系列潛在成本，提質(zhì)增效意義更大。從產(chǎn)品力角度出發(fā)，通過(guò)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)問(wèn)題反饋，來(lái)促進(jìn)質(zhì)量升級(jí)從而提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，研制與運(yùn)維是密不可分的，統(tǒng)一目標(biāo)、形成合力和閉環(huán)，將有力促進(jìn)發(fā)展進(jìn)步。對(duì)于測(cè)井設(shè)備而言，對(duì)其他產(chǎn)品或工業(yè)設(shè)備乃至軍工裝備同樣如此，均可以借鑒該文方法和理念，做好設(shè)備維修和預(yù)防工作，促進(jìn)設(shè)備質(zhì)量改進(jìn)。