運用檢修統計數據進行地面計量設備維修周期優化

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量的統計［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，提出了優化計算公式，制定了相應的優化對策，以期在保障設備安全運行的同時做到成本和效率的最優化平衡。

1 全年檢修及配件更換量統計

投入現場作業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的強制檢測周期規定，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，依據現場作業周期等具體情況，在設備返回后依據設備實際情況開展，屬于視情維修（表2、表3）；設備出現了明顯的問題，無法運行的情況下要進行大修，屬于事后維修（表4）。

表1 計劃維修量統計表

1.1 全年地面測試作業井次及單井作業周期量統計

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

1.2 三種維修方式的工作量統計

針對不同的維修方式，根據故障分布和統計學原理［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，易于實際執行。

表2 視情維修量統計表

表3 視情維修更換配件數量統計表

表4 設備大修工作量統計表

圖1 全年作業井次及單井作業天數圖

2 預防性維修的周期分析和優化

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行國家強制標準，每年校驗1次，設備吊點探傷執行自定標準，仍然是每年校驗1次。

分析發現，所有的送檢項目都出現了一定的不合格率（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%。分析原因發現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為每井次作業投入的儀器儀表總數，只；dx為檢測總時間，天；mh為更換儀器儀表數量，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，一旦檢修周期發生變化，mj、mh、dx等參數會發生相應改變，其具體值需要重新進行統計。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，再進行相應數據統計，計算出CZ的增減量，通過多輪次檢修周期的調整，最終確定最優預防性維修周期。

3 視情維修的周期分析和優化

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

圖3 各設備檢修頻次統計圖

圖4 各設備使用周期統計圖

依據統計數據，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，這是基于統計數據得到的直觀結果。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 配件消耗數量統計表

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）可進行數值計算形式處理。

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

圖5 油嘴管匯統計損壞頻數圖

通過應用公式8可以獲取不同維修區間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，如果只是基于數學統計方法的紙上談兵，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，則實際產生的大修費用會超過節約的“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，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，因此大修數量很少，數據樣本不太具備統計意義。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）。分離器大修數量相對較多，從另一個方面也提醒現場操作人員日常作業需要重點關注分離器的安全使用。

表7 設備大修周期統計表

5 結論和建議

1）通過對檢修工作量的統計分析，一方面要分析出現場作業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平衡。

2）對于預防性維修工作的分析，必須執行強制標準，需要進一步確定現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，比標準執行更嚴，后期應繼續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計得到的檢修周期和理論計算的周期，繼續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，并繼續做好跟蹤統計，明確成本進一步下降的空間。

4）事后維修還需繼續進行大量的數據統計工作，尤其針對統計中出現樣本較少的數據繼續跟蹤，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。