测井设备维修要领与可靠性维修管理

吴俊祖 陈新君

(中海油服油田技术事业部塘沽作业公司 天津 300451)

测井设备作业所用设备具有高度集成、精度高、使用工况复杂的特点，尤其是其耐高温性能，集成了行业内精尖的技术。这些特性导致其故障难以规避，而且维修起来比较复杂。一是设备本身集成技术复杂，包括机械技术、液压技术、数电技术、模电技术等，单支设备集成多个模块，一次作业需连接数支到数十支井下设备，同时连接到地面系统，并实时进行数据的采集处理；二是作业环境复杂，设备工作在井下数千米，井况复杂，井下震动、磨损、高温、高压、泥浆及气体侵蚀，都容易导致设备故障。测井设备价值高昂，及时可靠的维修对企业的生产经营十分重要。该文就测井设备的维修和可靠性分析，相关技能和管理从业人员有较好的参考借鉴作用，提供了基本的维修方法和解决思路，对于设备维修人员及维修管理人员均具有实践指导意义。

1 一般故障类别

测井设备具有较大体系，设备类别多，专业性强，根据其作业特点，总体可以归纳为两大类，即电缆测井和定向随钻测井。测井设备结构上，一般是由传感器、信号处理单元、数据梳理和逻辑控制、通信处理单元、电源模块、连接通路及机械组件组成。其总体原理类似，故障排查思路基本一致，但设备结构和作业工况不同，典型故障也各有特点，故障类别分别说明如下。

1.1 电缆测井设备

电缆测井设备技术集成面广，集成度高，井下工作于岩石、泥浆、套管、原油环境，工作温度一般几十摄氏度到二百余摄氏度不等。常见故障一般有探头故障、信号处理电路故障、通信电路故障、电源电路故障，接插头及连接线通断绝缘故障、机械件损坏故障、软件漏洞、不同仪器不兼容干扰等。具体故障类别包括器件烧坏、元器件变形、焊点虚焊、器件老化性能退化、器件松动或接触不良、制造使用错误器件、连线破损或断路、连接件变形或脱落、连接件绝缘性能下降、进水进水汽或进泥浆至不绝缘、螺丝垫片脱落致短路、接地不良、漏油、探头磨损或碎裂、机械件形变、程序算法bug、外部干扰等。

1.2 定向随钻设备

定向随钻测井设备，与电缆测井设备原理类似，通信方式不同，结构差异较大，连接钻杆边钻边测，受震动、磨损和泥浆冲蚀影响大。常见故障一般有电路板失效、连线磨损短路断路、密封损坏、接插件松动、机械件磨损、异物堵塞、壳体开裂、软件漏洞、不同仪器不兼容干扰等。具体故障类别，电路故障同电缆设备，但因其电路一般都密封灌胶，板级维修较少，此外常见具体故障还有密封圈损坏、电路板连接线挤压或破损、电路连线布局互相干扰、丝扣连接不到位至松动、接插头连接不到位或松动、内流道冲蚀或壳体裂纹致灌浆、井下异物堵塞、皮囊破损及漏油、参数设置错误、程序算法bug、外部环境影响等。

2 故障排查方法

由于测井作业的复杂性和系统性，故障排查需要全面考虑，对设备有相对全面的认识，实施过程往往十分复杂。确认故障后的维修工作是一项系统工程，首先要明确故障现场、点和原理分析。但也发生不一定是设备本身故障的情况，故障现象只是一种表象，也可能是因为整个测井系统的其他环节，甚至是测井系统外部干扰或设备适应性等原因。

按故障信息的来源可以分为两类：一类来自现场作业反馈，该类故障已经导致资料采集不完善；另一类则来自预防性维保及测试，即采用例行维保的流程，对设备进行检查和维护。如果故障信息来自作业，首先需要了解作业相关信息，一方面通过现场反馈的信息可以缩小排查方向和重点，另一方面当找不到设备本身故障时，也可以从测井系统的范围以及系统外去分析原因。如果故障发现于维保及测试，那基本可以确定是设备本身或测井系统某个环节存在故障。

重现故障是排查设备故障的第一步。如能复现故障排查结果会比较明确，如不能复现可能有隐蔽故障，也可能是系统性问题引发。具体排查故障时，根据故障现象和设备原理结构，大致确定范围，逐次验证排查。一是直观检查，结合局部拆卸，观察密封圈、皮囊及探头等易损部位是否完好，观察设备接插头或连线有无松动、变形、损坏。二是参数测量，利用万用表等工具，测量接插头的通断绝缘值，与标准参考值比较验证，发现异常再沿此通路线索排查。三是深入直观检查，即对设备内部电路板、连续、连接等进行细致的目视检查，观察有无损坏器件、松动器件及变形器件、器件及线头焊点、固定情况、连线及插头完好情况等。四是深入分析和测试，结合电路和器件原理判断是否异常。五是上电测试，在电压电流非极端异常情况下，上电观察电压电流数值，记录万用表、示波器等测量电源输出的各类电压信号是否正常，在电源正常的基础上，再进一步测量信号处理电路的输入输出，确定异常信号，必要时要通过地面施加操作指令，配合测量，直至确定故障点及故障元器件。维修的过程一般都要伴随着拆卸验证和重新组装，需要注意防范过程中对设备的二次伤害及新隐患的引入。

3 可靠性维修与管理

3.1 故障原因分类

随着系统朝着复杂化、模块化、集成化方向发展，传统可靠性分析方法在复杂系统可靠性评估中的局限性逐渐凸显出来[1]。结合公司数十年总结积累，对所遇故障进行了分析归纳，从设备全生命周期的角度，对产生故障的点进行追根溯源，概括了测井设备故障原因可分类具体见表1。

表1 设备故障原因分类及定义

3.2 故障应对与管理

故障维修，在完成设备修复，达到使用的技术要求后，同时需要从设备全生命周期和可靠性管理的角度出发，深度分析引起故障的根源，制定行之有效的措施，从根本上解决和预防故障，要抓住核心症结所在，推动相关单元实施改进，其中包括但不局限于研发、制造、维保、作业职能单元，围绕预防故障和提升可靠性的共同目标，做到信息共享，能更好地管控故障和提升产品质量。随着平均寿命时间的增大（或平均修理时间的减小），系统吞吐率有增大的趋势,而系统稳态队长和系统处于故障期的概率有减小的趋势[2]。故障管理的核心思想是DMAIC，具体指定义（Define）、测量（Measure）、分 析（Analyze）、改 进（Improve）、控 制（Control）。定义主要是发现问题、收集信息、确定故障；测量主要是进行数据验证、明确目标、确定问题；分析主要是因素分析、影响评估、确定症结；改进主要是制订方案、进行论证、实施改进；控制主要是落实升级、跟踪效果、控制复发。DMAIC故障闭环管理很关键的是信息流，需要借助报告总结工具配套实施，如故障报告、维修报告、技术公报、升级公报等，把相关技术及管理人员、相关职能单元有效串联。有效地运用现代科学技术和管理技术，做好设计、制造、售后服务、市场调查等方面的工作，以预防为主，控制影响产品质量的各方面因素[3]。

3.3 维保质量与生产管理

强调质量对生产率、成本、周期和价值究竟是有正面的影响还是负面的影响呢？简单的回答是“正面的”，然而现实情况是，尽管这些参数应该是相互兼容的，但它们对质量可能是支持的作用，也可能是相反的作用[4]。维修或保养工作的目的在于有效保障设备的可靠性，使其在后续的工作当中能够以其设定参数平稳运行，创造生产价值。某种程度上讲，维修指标的高低或质量的好坏，直接决定了设备在后续生产作业中能否产生响应的经济价值，或取得当前维修成本下的经济效益。

并不是所有的故障都能自我显现出来，因此，对每一个安全仪表系统都必须进行定期的测试和维护，确保系统对实际的“要求”做出恰当的响应[5]。持续的总结改进或创新，能够在很大程度上提升生产效率和质量，并能够合理规避配件的浪费，培养高素质的技术人才在生产中具有突出的降本增效效果。设备的设计属性中总是想要更全面地覆盖客户的需求，但在应用中，总是在其最适宜的工况下才能发挥其最佳性能。石油测井是一个直接面临温差大、地层属性复杂等因素的工种，对设备的要求极高，故障的类型繁杂，如何快速、有效、精确地定位故障，对于一名维修技术人员的技能要求较为严苛，经验积累结合系统性的认知培训是必不可少的。

必要的配件库存，能够极大地缩短维修周期和待机时间。所需配件或测试用品能够得到100%快速响应，将会很大程度减少设备维修周期，对于一个高技能维修人员来讲，其问题判断时间在整个维修周期的占比不足5%，在配件的充分支持下，其维修周期通常可以缩短至几个工时。但对于企业来讲，库存的压力是直接影响经济价值的，且会导致不必要的浪费，因设备故障的不可预测性，即使优秀的备件筛选采购管理，也会导致部分过剩或不足，配件的管理需要从战略方面思考，使设备的使用率与库存成本达到某种合理范围，这个范围通常与客户的需求直接对应，是综合考量的一个结果，最终达成客户需求、设备应用、维修保养、可靠性保障与经济效益的合理匹配。为保证系统可靠性，控制工程师应设计一个能在正常范围内安全运行的系统，并在系统故障发生前，尽可能预测出即将发生的故障，以采取相应措施对故障进行规避[6]。

4 结语

设备的运维工作对于技术装备型企业，意义和影响重大，是企业降本增效和生产经营的核心能力。如何有效保障设备的平稳运行，以及故障后快速修复和预防，是管理和技术人员必须面临的必要挑战。设备的维修，不仅让设备恢复应用价值，实现降本增效，可靠性维修的延伸和驱动，更可以改进设备质量，从源头上提升设备的稳定性，从而避免设备运维阶段作业损失、维修投入、管理投入等一系列潜在成本，提质增效意义更大。从产品力角度出发，通过应用发现问题反馈，来促进质量升级从而提升产品竞争力，研制与运维是密不可分的，统一目标、形成合力和闭环，将有力促进发展进步。对于测井设备而言，对其他产品或工业设备乃至军工装备同样如此，均可以借鉴该文方法和理念，做好设备维修和预防工作，促进设备质量改进。