电缆地层测试器探针模块常见故障分析.pdf

2024 年 4 月 第 33 卷 第 2 期 地层测试技术文章编号:1004-4388(2024)02-0027-05 2023-10-21 收稿,2023-12-05 修回,2024-01-16 接受,2024-04-20 网络版发表电缆地层测试器探针模块常见故障分析宋彬1,胡沛源21.中海油田服务股份有限公司 天津 3004592.中国石油长庆油田分公司工程技术部 陕西西安 710021通讯作者:Email:songbin3 引用:宋彬,胡沛源.电缆地层测试器探针模块常见故障分析与解决J.油气井测试,2024,33(2):27-31.Cite:SONG Bin,HU Peiyuan.Common fault analysis of probe module in cable formation testerJ.Well Testing,2024,33(2):27-31.摘要 现有的电缆地层测试器探针模块故障统计归类和解决方案混乱,不利于制定电缆仪器维修保养标准化策略。通过梳理电缆设备的故障类型,针对电路故障、机械装配故障、电装工艺故障、电化学腐蚀故障逐一分析,提出具体解决方案;建立科学的三级保养制度,把易磨损的部位放在一级保养里面,按照 PM1 执行;把易污染的液压件放在二级保养里面,按照 PM2 执行;其余部位按照 PM3 执行。经过出海作业 120 余井次验证,设备可靠性有了极大提升。该分析从根源上有效管控了故障,做到了提前预防,对此类型仪器维保具有借鉴意义。关键词 地层测试器;探针模块;故障统计;离散分布;精准定位;三级维保;标准化中图分类号:TE353 文献标识码:B DOI:10.19680/ki.1004-4388.2024.02.005Common fault analysis of probe module in cable formation testerSONG Bin1,HU Peiyuan21.China Oilfield Services Limited,Tianjin 300459,China2.Engineering Technology Department of PetroChina Changqing Oilfield Company,Xian,Shaanxi 710021,ChinaAbstract:The existing classification and solution for faults in probe modules in cable formation testers are confusing,hindering the formulation of standardized maintenance strategies for cable instruments.By categorizing the types of faults in cable equipment and analyzing circuit faults,mechanical assembly faults,electrical assembly process faults,and electrochemical corrosion faults one by one,specific solutions were proposed.A scientific three-level maintenance system was established.The easily worn parts were placed in the first-level maintenance,to be executed according to PM1,the easily contaminated hydraulic components were put into the second-level maintenance,to be executed according to PM2,and the remaining parts are maintained according to PM3.After validation through more than 120 offshore operations,the reliability of the equipment was greatly improved.This analysis effectively can control faults from the source,which achieves early prevention,holding a reference significance for the maintenance of similar instruments.Keywords:formation tester;probe module;fault statistics;discrete distribution;precise positioning;three-level maintenance;stand-ardization 电缆地层测试器是海洋石油测井系统(缩写为ELIS)的一部分,是由中海油田服务股份有限公司技术研究院主导研发,本模块投入应用十余年,打破了西方技术封锁,为国家油田开发地层测试领域做出了巨大贡献。经过调研国外地层测试器,通过与国外贝克休斯维保人员交流,他们的仪器经过几十年的优化,维保资料可视化程度高,操作流程比较规范,故障较少,大部分在机械装配件上。本文探针模块应用期间出现了大量问题,后面以列举故障树的形式展现。在维保人员的协助下,经过研发人员不断修复,验证,故障已经基本得到管控,所以维保策略在仪器运行各个环节中起到十分重要的作用。探针模块主要功能有:仪器坐封:当探针推靠井壁,推靠臂前端的橡胶垫紧贴住井壁坐封,将井筒内压力和地层压力隔离;地层压力测量:将吸嘴插入地层,开启取样管线控制阀,地层流体由于地层压力作用流向仪器的流体储藏仓,当流体储藏仓充满后,其压力和地层的压力平衡,此时石英压力计测得的压力为地层压力。本模块是地层测试器核心短节之一,坐封与压力测量是否正常,关2024 年 4 月乎作业成败。本文着重将维保环节中故障检测,修复,维护等作业,串联起来,进一步完善仪器实用性,有必要建立一套长效保障机制。从维保策略上说,推荐采用饶建华等针对 O 型橡胶密封圈受力分析,采用极限试验方法,研究 O型橡胶密封圈与挡圈的接触弧长开始随油压的增加而增长,以试验得出的结果为参考,对挤压式密封圈安装流程进一步规范。综合考虑仪器原设计理论,出现高频故障问题,仪器基体已经定型,后期只能检测,排查部件,并不能从根本上消除故障,本文对探针模块研究十分透彻,故障分类总结,梳理清晰,针对性给出解决方案,原则上要求维保人员执行即可。1 常见故障分析与解决 将探针短节维修工单中提取典型高频故障,用故障树的形式列举出来,将发生的故障名目精准定位原因,并给出解决方案,这些解决方案均是实践验证过的,可直接采用1。1.1 故障树 如图 1 所示,本节将探针模块典型高频故障分类整理,然后将针对部件故障进行原因定位,提供解决问题的方案2。图 1 探针模块常见故障Fig.1 Common faults in probe modules1.2 电路故障分析与解决 探针电路故障主要有 QPG(石英压力计,下同)电路板、strain(应变式,下同)压力传感器,虽然故障频次较低,但是出现后会导致仪器瘫痪,根据故障统计,影响因素大致为晶振耐温性能下降,传感器接头受挤压脱焊等3。1.2.1 QPG 电路板在东营某实验井,当仪器下放到 1 000 m 时,QPG1/2 压力和温度值无变化(死值),其数值显示为 QPG1 为 4.49 MPa,QPG2 为 4.47 MPa,QPG1T为 21.50,QPG2T 为 21.33。仪器提至 600 m,21.3,重新上下电,QPG 压力数值浮动变化,显示正常。返回作业车间,维修人员设置电吹风 90,扫吹 QPG 电路板,出现数据死值,排查到故障为晶振,停止吹热风,重新上下电,QPG 压力数据恢复。此 QPG 电路板为 150 产业化电路板,已经使用8 年,使用无源晶振。原因定位与解决方案:产业化晶振为国产器件,已经工作十余年,部分耐温性能下降,无源晶振稳定性较差,井下仪器已经不在选用。目前有两种方案选择,第一,升级为有源晶振的 QPG 电路板,已经测试完毕,工作状态良好,正在逐步替换 150 系列版本;第二,有一部分 QPG 电路板要更换成 175 系列版本,此版本采用厚膜电路封装,经过测试,全面提升了耐温,精度和稳定性。1.2.2 Strain 压力传感器strain 压力传感器在 PM2 保养时,需要拆卸,当安装 strain 传感器时,承压密封盖会挤压焊接点,脱焊,表现为压力传感器数值为零或死值4-5。原因定位与解决方案:strain 压力传感器有四根22A WG 规格电线,比较粗,焊接到 LEMO 插头,焊接点处很硬,这个部位空间小,一旦焊接点挤压,就容易折。目前采用 26AWG 规格电源线的 strain 压力传感器,容易焊接,焊接点小,占用空间小,不易受挤压脱开。1.3 机械装配故障分析与解决 机械装配故障主要在集成阀和流体阀方面,它们是探针短节的关键部件,动作频率较高。此部件装配工艺要求较高,建议由专业人员处理6。1.3.1 集成阀探针短节包含有 1 个 18170-A 和 3 个 18108-A集成阀,在 PM2 以上保养中,需要拆卸过滤网,清洗七芯插头,检查集成阀的调整盖松紧,常见故障为18170-A 和 18108-A 集成阀漏失。原因定位与解决方案:经过检测,溢流阀或单向阀损坏。在 PM2 以上保养中,清洗入口过滤网,对 18170-A 和 18108-A 集成阀压力测试,若出现保压不足,直接更换溢流阀或单向阀,可以解决泄压问题。1.3.2 流体阀常开阀是探针短节的流体阀,故障为阀芯憋压未自动复位,如果打不开的话,将无法反向冲洗packer 吸口,对下个井段作业造成影响。原因定位与解决方案:经过检测,流体阀复位82第 33 卷 第 2 期宋彬等:电缆地层测试器探针模块常见故障分析碟簧弹力不足,主要原因是流体压力顶着阀芯,阀芯未滑动,导致复位失败。需要再加上一或两片碟簧,增加阀芯的推动力,基本可以解决,或者直接更换常开阀。1.4 电装工艺故障分析与解决 电装工艺故障主要是电插件,例如:48 芯内转接体和 48 芯承压密封头,这也是保养的重点部位,出现了多起故障7。1.4.1 48 芯内转接体48 芯内转接体固定在腔体,浸泡在液压油里,经常有 fit(即验收检测框架,下同)数值异常,检测项目无法通过。原因定位与解决方案:由于油液大循环,会带来污染物,聚集到 up 和 down 内部转接体,测量 fit,绝缘阻值会异常,经常拆卸会导致电源线母针脱焊,若有电源线断丝,就需要裁剪电源线再焊接,重新测量 fit,确保绝缘通断正常。1.4.2 48 芯承压密封头发生过一起通讯无法建立的情况,排查到仪器下头承压密封头插针折弯,搭到临近插针上了。另外,根部腐蚀已导致连接线路故障。如图 2 所示,48芯承压密封头公针腐蚀8。图 2 48 芯承压密封头Fig.2 48-core pressure sealing head原因定位与解决方案:定位为承压密封头公插针材质较软,镀层腐蚀。按照规范标准执行,安装之前,一定要校对插针,清洗吹干根部,不要跟金属放置在一起,避免插针弯曲,针对根部锈蚀的器件,直接更换。1.5 电化学腐蚀故障分析与解决 电化学故障主要是 QPG 装置外壳,48 芯外转接棒,表现在 QPG 装置外壳,外转接棒锈蚀,密封不良,进水后,导致电路异常9-10。1.5.1 QPG 装置外壳有的 QPG 装置外壳内侧边缘锈蚀,由于密封面损坏,已经影响到了石英压力计正常运行。如图 3 所示,QPG 装置外壳密封面腐蚀。图 3 QPG 装置外壳Fig.3 QPG device housing原因定位与解决方案:检测为内侧边缘腐蚀,属于材料问题,已经更换 17-4PH 不锈钢,在 PM2 保养时,排查石英压力传感器外壳,如有锈蚀现象,可直接更换。1.5.2 48 芯外转接棒目前已多次外壳腐蚀膨胀或耳朵断裂,导致无法拆卸转接棒。如图 4 所示,48 芯外转接棒腐蚀断面11-12。图 4 48 芯外转接棒Fig.4 48-core outer adapter原因定位与解决方案:外转接棒由铝制材料制成,容易腐蚀,当井上仪器断开时,泥浆滤液会浸泡铝棒外壳,腐蚀固定耳朵,在 PM1 保养时,重点清理水渍,并放入烘箱烘干。1.6 其他故障 快旋螺母螺丝锈蚀无法拆卸、902 密封圈受挤压断裂等13-14,一部分问题反馈给制造、研发部门,进行升级改造,还有一部分需要在保养中检查,更922024 年 4 月换新件去解决。产生这些问题有多方面的原因,既有材质结构的问题,又有保养不规范的问题,也有误操作的问题,除了一部分需要修改设计,绝大部分可以通过保养去规避,所以做好提前预防,确保部件处于良好的状态。2 探针模块的三级保养制度 为了使仪器保持良好的状态,需要建立科学的三级保养策略,这样才能把仪器维护得更好。第一,把易磨损的部位放在一级保养里面,按照 PM1执行;第二,把易污染的液压件放在二级保养里面,按照 PM2 执行;第三,其余部位按照 PM3 执行。通过三级保养制度,用最小的成本,保障了探针模块的可靠性,最大化匹配了消耗成本与仪器状态。如图 5 所示,探针模块三级保养流程,按照触发条件去执行保养策略15-16。图 5 探针模块三级保养流程图Fig.5 Three-level maintenance process diagram for probe modules 目前三级保养制度对机械液压部件十分有效,但是对电子器件效果不好,因为电子器件故障有偶然性,很难去预防,所以全方面测试十分必要。3 现场应用 2020 年 5 月,渤海某钻井平台 BZ26-3N-5 井,仪器井口检查正常后下井,在 1 694 m 处坐封进行取样作业,出现故障,描述:探针短节 2170046MA 在井下 strain3 压力传感器数值死值,经过充压检测,数值均无变化。查看 strain 压力传感器排查记录,确认为原器件,推测为本文介绍的 strain 压力传感器数据死值,返回维修车间后,检测确认数据死值故障,并按照本文方案处理。渤海油田作业区块,每年地层测试器近 70 多井次作业,通过近两年,120余井次统计,仪器经过强制检测,提前更换了隐患元器件,锈蚀承压密封头,性能不足的集成阀部件和机械阀密封件,钛合金材质 QPG 装置外壳,新式48 芯转接棒等。经过三级保养制度的实施,一级可靠性最高,三级检查的问题最多,但是总体上可控,在两年前,每年跟本文有关的故障 30 余起,现在强制排查更换,三级保养制度落实,基本上消除了上述故障。另外,在仪器总类多,作业繁忙时,还创新性地设置了触发条件,达到某一级别,直接触发了策略提醒,避免遗漏项目。三级保养约束性较强,涵盖面广,通过列清单检查事项,及时整改隐患问题。4 结论 (1)本技术应用仅限于中海油服电缆地层测试器探针模块,通过对电缆测试器探针模块故障原因分析与解决方法,制定了三级保养制度。本文通过对探针短节的高频故障分析与解决方案,按照流程去提前检测易损部件,归纳得出三级保养制度,贴近实际,对此类型仪器维保具有借鉴意义。(2)受制于仪器本身所涉及的专业技术,机械和液压部件具有广泛的通用性,涉及密封圈和清洗槽面,电路涉及电插件和电磁阀,有产品属性决定,以检测为主。(3)三级保养制度十分重要,实践当中已经排查出了大量问题,维持了仪器整体功能稳定。随着探针模块技术升级,随之完善保养策略,更贴近现场维保,服务作业。03第 33 卷 第 2 期宋彬等:电缆地层测试器探针模块常见故障分析致谢:感谢中海油田服务股份有限公司油技研究院在论文撰写过程中提供的帮助。参考文献1 王永明.综合数字测井仪器的保养维护与常见故障排除J.陕西地质.2008,26(2):74-80.WANG Yongming.Maintenance and troubleshooting procedure of composite digital logging recorderJ.Shaanxi Geology,2008,26(2):74-80.2 周素萍.掌握多种方法巧解电路故障探研J.成才之路,2018,12(31):33.ZHOU Suping.Mastering multiple methods to cleverly solve circuit faultsJ.Way to Success,2018,12(31):33.3 曹雪枫.电子产品的主要质量要求及检测方法J.产品可靠性报告,2022,23(12)74-76.CAO Xuefeng.Main quality requirements and testing methods for electronic productsJ.Reliability Reports,2022,23(12):74-76.4 蒋瑜,易新建,赵兴荣.应变式压力传感器的稳定性J.中国仪器仪表,1999,15(5):13-15.JIANG Yu,YI Xinjian,ZHAO Xingrong.The stability of strain pressure transducer J.China Instrumentation,1999,15(5):13-15.5 乔学光,李婷,王宏亮,等.电阻应变式压力传感器的研究J.传感器世界,2006,16(11):11-13.QIAO Xueguang,LI Ting,WANG Hongliang,et al.Study on the resistance strain gage pressure sensorJ.Sensor World,2006,16(11):11-13.6 刘治伟.装配钳工工艺学M.北京:机械工业出版社,2009:2-16.7 朱禹.电子产品装配工艺中的质量控制J.电子制作,2021,15(6):86-87.ZHU Yu.Quality control in electronic product assembly processJ.Practical Electronics,2021,15(6):86-87.8 闫康平,王贵欣,罗春晖.过程装备腐蚀与防护M.第3版.北京:化学工业出版社,2016:2-56.9 李狄,李松梅.电化学原理M.第 4 版.北京:北京航空航天大学出版社,2021:11-80.10 李万春.电化学原理及应用J.试题与研究,2016,17(32):54-60.LI Wanchun.Electrochemical principles and applicationsJ.Test Questions and Research,2016,17(32):54-60.11 艾勇军.铝合金基体质量、镀层结构、镀后处理对耐盐雾腐蚀能力的影响J.科技创新与应用,2016,20(31):100.AI Yongjun.The influence of aluminum alloy substrate quality,coating structure,and post plating treatment on salt spray corrosion resistanceJ.Technology Innovation and Application,2016,20(31):100.12 陈日辉.铝合金缓蚀剂保护膜的形成与破坏机制研究D.北京:北京化工大学,2020:13-15.CHEN Rihui.Research on the formation and failure mech-anism of aluminum alloy corrosion inhibitor protective filmD.Beijing:Beijing University of Chemical Technology,2020:13-15.13 杜晓琼,陈国海,闫晓亮,等.考虑安装过程的 O 型密封圈有限元分析模型J.液压与气动,2017,13(10):27-33.DU Xiaoqiong,CHEN Guohai,YAN Xiaoliang,et al.Finite element analysis model of o-ring considering installation processJ.Chinese Hydraulic&Pneumatic,2017,13(10):27-33.14 饶建华,陆兆鹏.O 型橡胶密封圈配合挡圈密封的应力与接触压力有限元分析J.润滑与密封,2009,34(5):65-68.RAO Jianhua,LU Zhaopeng.Finite element analysis of stress and contact pressure of rubber o-sealing ring with back-up ringJ.Lubrication Engineering,2009,34(5):65-68).15 汤彩虹.三级保养制度在手术室贵重仪器设备维护中的应用J.江苏医药,2014,40(21):2671-2672.TANG Caihong.Application of the three-level maintenance system in the maintenance of valuable instruments and equipment in the operating roomJ.Jiangsu Medical Journal,2014,40(21):2671-2672.16 王瑞建.浅谈设备管理中对印刷机的三级保养J.今日印刷,2006,18(11):29.WANG Ruijian.On the three-level maintenance of printing machines in equipment managementJ.Intelligent Printing,2006,18(11):29.编辑 方志慧第一作者简介:宋彬,1986 年出生,工程师,2008 年毕业于重庆科技学院电气自动化专业,目前从事石油测井设备维保等工作。电话:[phone],Email:329159807 。通信地址:天津市塘沽海洋高新技术开发区海川路 1581 号,邮政编码:300459。13