運用檢修統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行地面計量設備維修周期優(yōu)化

潘 登 龐東曉 葉霽霏

（1.中國石油川慶鉆探工程有限公司試修公司，四川 成都 610051；2.中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，四川 廣漢 618300）

0 引言

地面計量設備的主要作用是在試油測試期間將井筒返出的高壓油氣流逐級降壓，進行有效的分離，并最終精確計量油、氣、水的產(chǎn)量。一套地面計量設備通常包含轉向管匯、油嘴管匯、熱交換器、分離器、除砂器等設備［1-3］。這些設備的大量使用會產(chǎn)生較大的維修量。其維修管理通常采取預防維修（即計劃維修）、視情維修、事后維修3 種方式［4］。通過中國石油川慶鉆探工程有限公司試修公司2017 年全年維修工作量及配件更換數(shù)量的統(tǒng)計［5］，不僅對檢修及配件更換的分布情況進行了分析［6］，還從成本控制的角度對三種維修方式的合理維修周期進行了研究，提出了優(yōu)化計算公式，制定了相應的優(yōu)化對策，以期在保障設備安全運行的同時做到成本和效率的最優(yōu)化平衡。

1 全年檢修及配件更換量統(tǒng)計

投入現(xiàn)場作業(yè)的地面計量裝備有轉向管匯、油嘴管匯、熱交換器、分離器、除砂器等5種，因此設備維修、配件更換以及儀表儀器檢測等工作都圍繞這些設備開展。壓力傳感器校驗、吊點檢測等工作由于有國家及行業(yè)的強制檢測周期規(guī)定，到期即檢，屬于計劃維修［7-10］（表1）；設備的日常檢修及相應的配件更換，依據(jù)現(xiàn)場作業(yè)周期等具體情況，在設備返回后依據(jù)設備實際情況開展，屬于視情維修（表2、表3）；設備出現(xiàn)了明顯的問題，無法運行的情況下要進行大修，屬于事后維修（表4）。

表1 計劃維修量統(tǒng)計表

1.1 全年地面測試作業(yè)井次及單井作業(yè)周期量統(tǒng)計

全年完成62 井次地面測試作業(yè)，總作業(yè)天數(shù)達到6 157 d，平均每井次作業(yè)天數(shù)為99 d（圖1）。

1.2 三種維修方式的工作量統(tǒng)計

針對不同的維修方式，根據(jù)故障分布和統(tǒng)計學原理［11-12］來確定配件的使用壽命和維修周期［13］，以便形成相應的設備維修管理策略，并將其具體量化，易于實際執(zhí)行。

表2 視情維修量統(tǒng)計表

表3 視情維修更換配件數(shù)量統(tǒng)計表

表4 設備大修工作量統(tǒng)計表

圖1 全年作業(yè)井次及單井作業(yè)天數(shù)圖

2 預防性維修的周期分析和優(yōu)化

預防性維修主要包括壓力表、壓力傳感器、溫度傳感器的精度校驗，安全閥的開啟檢測以及設備吊點探傷檢測等項目。壓力表、壓力傳感器、溫度傳感器、安全閥等的檢測都執(zhí)行國家強制標準，每年校驗1次，設備吊點探傷執(zhí)行自定標準，仍然是每年校驗1次。

分析發(fā)現(xiàn)，所有的送檢項目都出現(xiàn)了一定的不合格率（表5、圖2），事關安全的基本保障，國家強制標準嚴格執(zhí)行是底限。壓力傳感器和溫度傳感器的失準率比較高，接近10%。分析原因發(fā)現(xiàn)是因為全年使用量大、周期長、導致不合格率上升，但也說明電子精密儀器，更容易受到環(huán)境及使用條件的影響。因此，可以考慮加密其檢測頻率，縮短其檢測周期。

表5 不同的預防性維修項目的不合格率統(tǒng)計表

圖2 不合格率分布雷達圖

從成本角度考慮縮短檢測周期會導致4個方面的成本變化，即正向的儀器儀表等更換成本的減少，關聯(lián)工程損失的減少，以及逆向的檢修成本的增加，儀器儀表閑置損失的增加。四個方面的成本互為消長，需要進行成本綜合計算，才可確定最優(yōu)檢修周期，其綜合成本計算如下。

式中，CZ為綜合成本，元；Cj為檢修費用，元；Cx為閑置損失，元；Ch為更換成本，元；Cs為工程損失，元。

即：

式中，mj為檢修總數(shù)量，只；Fj為檢修單價，元／只；a為儀表或儀器在工程技術收入中作用占比；S為工程技術收入，元；mt為每井次作業(yè)投入的儀器儀表總數(shù)，只；dx為檢測總時間，天；mh為更換儀器儀表數(shù)量，只；Fh為儀器儀表單價，元／只；ai為儀器儀表在不同類型的工程損失中作用占比；Si為不同的類型的工程損失，元。

從公式6 中看出，一旦檢修周期發(fā)生變化，mj、mh、dx等參數(shù)會發(fā)生相應改變，其具體值需要重新進行統(tǒng)計。比如將壓力傳感器和溫度傳感器的檢修周期壓縮到9個月，再進行相應數(shù)據(jù)統(tǒng)計，計算出CZ的增減量，通過多輪次檢修周期的調整，最終確定最優(yōu)預防性維修周期。

3 視情維修的周期分析和優(yōu)化

通過把5種設備的維修頻次，每一臺設備的平均作業(yè)井次數(shù)，每臺設備檢修后的平均有效使用周期進行統(tǒng)計分析（圖3、圖4）。每次檢修更換的配件數(shù)量也進行了統(tǒng)計分析（表6）。

圖3 各設備檢修頻次統(tǒng)計圖

圖4 各設備使用周期統(tǒng)計圖

依據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，預防性維修的頻次為0.81～1.89次／臺·年，對應設備的檢修周期為108.02～175.91d。每次維修每一類配件消耗數(shù)量為36.92～270.95件／次。預防性維修［14-16］的工作量、消耗成本、時間占用等是地面計量設備的主要維修方式，這是基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到的直觀結果。但預防性維修實際上是一種不定期維修，即憑經(jīng)驗法決定何時檢修或確定檢修周期［17］。如果實際的檢修過程中能有效延長檢修周期，并且提高配件使用壽命，就能進行成本控制。因此采用了一種基于統(tǒng)計分析技術的成本控制方法［18］，量化并明確計算合理的檢修周期，以油嘴管匯的分析進行研究。

表6 配件消耗數(shù)量統(tǒng)計表

將定期檢修周期設定為h，顯然，對于具體裝備損壞周期x而言，一旦小于等于h，其主要成本為每次維修的人工、材料、故障停工導致生產(chǎn)效益損失等，此處假設為K1，一旦x大于h，即在設備維修周期后出現(xiàn)損壞，其成本K2主要包括每次維修的人工、材料、計劃維修所產(chǎn)生的閑置成本等。為簡便起見，將因停工而引起的風險成本和反應滯后導致閑置成本等其他成本忽略不計。

假設實際維修周期，其成本如下：

式中，Ct為總成本，元，在這里為主要的優(yōu)化目標；f（x）為設備損壞概率密度，次／d。

由于具體設備包括多個零部件，其損壞概率密度無法直接給出，為此，式（7）可進行數(shù)值計算形式處理。

式中，Xi為設定區(qū)間的壽命中值，d；Fi為設定區(qū)間的損壞頻數(shù)，次。為此，min［Ct（H）］即為考慮成本后的目標函數(shù)。該方法的求解沒有直接方法，可通過數(shù)據(jù)收集，采用作圖法確定最佳維修周期。以下為基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的油嘴管匯損壞頻數(shù)（圖5），可以看出其損壞基本符合正態(tài)分布。

圖5 油嘴管匯統(tǒng)計損壞頻數(shù)圖

通過應用公式8可以獲取不同維修區(qū)間H的成本曲線。通過作圖法，即可獲取最佳維修周期介于221～230 d，期望中值為225 d，成本最小為24.8 萬元（圖6）。

圖6 油嘴管匯最佳維修周期確定圖

通過該數(shù)學方法的計算，油嘴管匯的最佳檢修周期是230 d，而實際的檢修周期是108 d，檢修周期及配件的使用壽命還是有較大的提升空間，也就是成本控制工作還是必要的。當然，這也是一把雙刃劍，如果只是基于數(shù)學統(tǒng)計方法的紙上談兵，不顧及設備及配件的實際磨損，以及應用過程中壽命的突然衰減等情況，一旦錯過最佳檢修時機，導致設備最終損壞，則實際產(chǎn)生的大修費用會超過節(jié)約的“壽命”費用，反而得不償失。因此可以參考理論計算值，有意識嘗試性地逐步提高檢修周期，并確定理論計算周期的安全系數(shù)，從而在保證設備故障率不提升的前提下有效控制成本［19-20］。

4 事后維修周期分析

日常做了大量預防性維修工作，也就有效延長了設備的正常使用周期，因此大修數(shù)量很少，數(shù)據(jù)樣本不太具備統(tǒng)計意義。對3種設備大修的平均維修項目和平均大修周期進行分析（表7）。分離器大修數(shù)量相對較多，從另一個方面也提醒現(xiàn)場操作人員日常作業(yè)需要重點關注分離器的安全使用。

表7 設備大修周期統(tǒng)計表

5 結論和建議

1）通過對檢修工作量的統(tǒng)計分析，一方面要分析出現(xiàn)場作業(yè)最容易損壞的部件和設備，確定風險點，重點做好安全防范工作；另一方面就是要深挖成本潛力，做好安全投入與成本控制的最優(yōu)平衡。

2）對于預防性維修工作的分析，必須執(zhí)行強制標準，需要進一步確定現(xiàn)行標準對自有設備的適用性，能滿足需求或沒問題就不需要改變；不滿足需求，如壓力傳感器、溫度傳感器應該加密校驗，比標準執(zhí)行更嚴，后期應繼續(xù)探索壓縮壓力傳感器和溫度傳感器的校驗周期，并進一步分析計算綜合成本。

3）對于視情維修應結合目前統(tǒng)計得到的檢修周期和理論計算的周期，繼續(xù)探索兩者的逐漸靠近，并最終確定合理的“中點”，力爭將維修成本“大頭”部分縮小。下一步應探索將設備的檢修周期擴大，并繼續(xù)做好跟蹤統(tǒng)計，明確成本進一步下降的空間。

4）事后維修還需繼續(xù)進行大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作，尤其針對統(tǒng)計中出現(xiàn)樣本較少的數(shù)據(jù)繼續(xù)跟蹤，從而有利于下一步對全套地面計量設備的大修周期表的制定。