提高SDZ-30B0感應(yīng)測井儀鉆輸一次成功率

中國石化中原油田分公司數(shù)控測井中心QC小組

（河南 濮陽 457001）

1 小組概況

表1為小組概況。

2 選題理由

隨著水平井及大斜度井日益增多，鉆輸測井逐年上升，鉆輸施工成為近期測井的主要方式。由于SDZ-30B0感應(yīng)測井儀鉆輸一次成功率偏低，僅為82.8%（見表2），造成測井時間延長、成本增加，數(shù)控測井中心領(lǐng)導要求盡快解決。因此，小組決定將“提高SDZ-30B0感應(yīng)測井儀鉆輸一次成功率”作為本次的活動課題。

3 設(shè)定目標

數(shù)控測井中心要求：SDZ-30B0感應(yīng)測井儀鉆輸一次成功率由82.8%提高到90.0%

表1 小組概況

4 目標可行性分析

4.1 SDZ-30B0感應(yīng)測井儀鉆輸不成功問題調(diào)查

小組對2009年SDZ-30B0感應(yīng)測井儀維修情況進行調(diào)查，對48口SDZ-30B0感應(yīng)測井儀鉆輸（以下簡稱“鉆輸”）失敗的情況進行分類統(tǒng)計分析，做感應(yīng)鉆輸失敗影響因素分類統(tǒng)計表3。

由統(tǒng)計結(jié)果可以看出：儀器故障是造成鉆輸失敗的主要問題。

表2 2009年SDZ-30B0感應(yīng)測井儀鉆輸一次成功率

表3 鉆輸失敗影響因素統(tǒng)計表

4.2 目標可行性分析

（1）小組組長和副組長從事感應(yīng)儀器維修20多年，經(jīng)驗豐富。組員都是本科畢業(yè)，理論基礎(chǔ)扎實。小組多次開展QC活動，均達到活動目標。

（2）按以前活動經(jīng)歷，至少可解決主要問題的80%，那么，感應(yīng)鉆輸一次成功率可提高到92.8%。

因此，通過本次QC活動可以實現(xiàn)小組設(shè)定的活動目標。

5 原因分析

小組成員針對SDZ-30B0感應(yīng)測井儀器故障，從設(shè)備、人員、材料、方法、環(huán)境5個方面多次開展分析和研究，找出了原因。

6 確定要因

6.1 15V電源干擾大

《SDZ-30B0感應(yīng)測井儀維修說明書》要求：15V電源應(yīng)為14.75～15.25V。如超差會對測井信號造成嚴重干擾，使鉆輸失敗。圖1(a)為有干擾時的15V電源信號，圖1(b)為正常情況下的15V電源信號。

小組2010年3月9～10日抽檢6支儀器，對15V電源進行測量，獲得表4數(shù)據(jù)。抽樣檢查的6支儀器中有4支15V電源測試值都不符合要求。因此，“15V電源干擾大”為要因。

表4 15V電源輸出測試點電壓

6.2 儀器抗震性能差

鉆輸井井況復雜，井斜大，儀器在下井的時候容易遇阻遇卡，儀器底部直接與井壁硬性碰撞，對儀器本體沖擊大，SDZ-30B0感應(yīng)儀器的出廠設(shè)置只有不銹鋼材質(zhì)的底鼻子(見圖2)，不能很好地起到減震的作用，導致元器件松動，使測井不能順利進行。經(jīng)查閱《感應(yīng)測井儀器維修記錄》發(fā)現(xiàn)，因儀器故障造成鉆輸失敗的35口井中，有15口井發(fā)生了元器件松動的情況。因此，“儀器抗震性能差”為要因。

6.3 5V電源輸出電壓不穩(wěn)

隨著井深的增加，井內(nèi)溫度會逐漸升高，當儀器長期處于高溫工作狀態(tài)時，元器件阻值將變小，電流變大，由于穩(wěn)壓模塊13N4輸出功率要保持恒定，根據(jù)公式P=U×I，可知U值會變小?！禨DZ-30B0感應(yīng)測井儀維修說明書》要求：5V電源輸出電壓在4.8～5.1V之間。

經(jīng)查閱《感應(yīng)測井儀器維修記錄》發(fā)現(xiàn)，因儀器故障導致不能一次鉆輸成功的35口井中，有8口井井深超過4 500m，發(fā)生了信號不傳輸?shù)那闆r。

小組2010年3月18～20日又將8支儀器分別放入高溫烘箱內(nèi)，加溫至175℃，恒溫2h后，測試5V電源輸出電壓，獲得表5數(shù)據(jù)，從表中看出：8支儀器中有6支儀器在溫度升高時，5V電源輸出電壓明顯降低，低于技術(shù)要求。而且，小組發(fā)現(xiàn)：

當5V輸出電壓≤4.8V時，會導致儀器工作不穩(wěn)定；

當5V輸出電壓≤4.6V時，儀器則完全停止信號傳輸，無法工作。

因此，“5V電源輸出電壓不穩(wěn)”為要因。

表5 5V電源輸出測試點電壓

6.4 供電錯誤

小組2010年3月6日～4月20日跟隨數(shù)控測井中心工程師隨機對小隊10口井的感應(yīng)鉆輸施工過程進行了調(diào)查，操作人員均能按《SDZ-3000地面系統(tǒng)操作規(guī)程》進行操作，未出現(xiàn)SDZ-30B0感應(yīng)測井儀供電錯誤現(xiàn)象。因此，“供電錯誤”為非要因。

6.5 電源板濾波電容管腳松動

電源板濾波電容體積較大，質(zhì)量重，電容圓柱體長28mm，底面直徑10mm，電源板寬86mm，厚1.4mm，管腳又細，電容管腳正極根部處還有焊點，導致電容抗震性差，使得儀器在震動時，容易造成電容管腳松動，甚至斷裂。

2009年給小隊發(fā)出使用的19支SDZ-30B0感應(yīng)測井儀中有7支儀器都先后出現(xiàn)過不同程度的電容管腳松動，導致儀器不能正常工作，鉆輸失敗。因此，“電源板濾波電容管腳松動”判斷為要因。

6.6 電容耐高溫性能差

小組2009年3月26日查閱了儀器線路圖，發(fā)現(xiàn)SDZ-30B0感應(yīng)測井儀上面所用的電容均為金屬鉭電容，具有性能穩(wěn)定、壽命長、絕緣電阻大、溫度特性好的特點。

儀器原裝電容耐溫指標要求為175℃，耐溫2h，小組2009年3月28日～4月1日對容值分別為13μF、1 200μF、560μF、470μF電容各抽查10個，逐一放到高溫烘箱內(nèi)加熱。在175℃時，電容容值變化幅度小，量值穩(wěn)定，充放電檢查正常。因此，“電容耐高溫性能差”為非要因。

6.7 儀器未一口井一保養(yǎng)

小組2010年3月8日～4月5日調(diào)查了 《測井儀器交接記錄》、《施工小隊上井報表》、《感應(yīng)測井儀器維修記錄》，發(fā)現(xiàn)2009年小隊能做到 “一口井一還”，儀修人員也能保證做到“一還一保養(yǎng)”，避免了儀器未經(jīng)檢查、保養(yǎng)造成儀器“帶病”上井的情況發(fā)生，防止將儀器隱患帶入下一道施工工序。因此，“儀器未一口井一保養(yǎng)”判斷為非要因。

6.8 長途顛簸

測井施工現(xiàn)場離基地大多路途遙遠，而且路況復雜，長途顛簸會導致線路保溫筒上的固定螺絲松動，但保溫筒采用3個螺絲固定。小組于2010年4月8～14日在分別擰松1個至3個螺絲的情況下進行教學井實驗，發(fā)現(xiàn)個別螺絲松動并不會影響到整個鉆輸?shù)倪M行，只有當3個螺絲全部松動時才有可能會影響到線路下接頭與線圈系上接頭的連接中斷，致使鉆輸失敗。小組又查閱了《感應(yīng)測井儀器維修記錄》，2009年固定螺絲松動引起的儀器故障只出現(xiàn)過1次。因此，“長途顛簸”判斷為非要因。

6.9 井眼環(huán)境的影響

鉆輸是在裸眼井中進行測量的，當井斜大或井眼縮徑嚴重時，井壁圍巖棱角就有可能刮傷儀器表面，蹭壞電極環(huán)，造成測井信號干擾或錯誤。由于這是井眼環(huán)境所造成的，屬客觀因素，小組無法解決。因此，“井眼環(huán)境的影響”為非要因。

通過采取現(xiàn)場跟蹤、車間抽樣測試、高溫試驗、教學井試驗等方式，小組最終確定了4條要因，分別是15V電源干擾大、儀器抗震性能差、5V電源輸出電壓不穩(wěn)、電源板濾波電容管腳松動。

7 制定對策

表6為制定對策表。

8 實施對策

8.1 在電源電路增加濾波電路，降低干擾

小組對6支儀器的15V電源電路中加入由1kΩ電阻和470pF電容組成的濾波電路，通過檢測，發(fā)現(xiàn)大大降低了電源信號里的紋波干擾信號，改進后15V電源電壓均在14.75～15.25V之間 （見表7），達到預(yù)先設(shè)定的目標。

改進前后的15V電源電路圖對比如圖3所示。

小組報請中心批準，對剩下的13支SDZ-30B0感應(yīng)測井儀進行改進。

表6 對策表

表7 改進后15V電源測試電壓

8.2 制造導向錐，提高儀器抗震性

8.2.1 結(jié)構(gòu)選擇

小組選擇圓柱體、錐體2種結(jié)構(gòu)方式，從抗擠壓性、導向性、耐磨性方面對這2種結(jié)構(gòu)進行綜合評價，最終選擇錐體為導向錐的外形結(jié)構(gòu) (如表8所示)。

8.2.2 材質(zhì)選擇

小組選擇鐵質(zhì)彈簧、橡膠+鋼絲2種材質(zhì)，從韌性、耐腐蝕度、加工程度方面進行綜合評價，最終選擇使用橡膠+鋼絲為導向錐原材料（如表9所示）。

最終，小組制作導向錐采取內(nèi)部使用測井電纜鋼絲，外部使用耐磨橡膠整體澆注成錐形，以增加其柔韌性和耐磨性，防止遇阻時橡膠斷開。在導向錐的上部設(shè)計為不銹鋼連接部件，以便與SDZ-30B0感應(yīng)測井儀底部配接，起到儀器在下放過程中導向和緩沖作用，避免井壁對儀器硬性沖擊，提高了儀器的抗震性。小組根據(jù)感應(yīng)儀器尺寸，設(shè)計了導向錐結(jié)構(gòu)如圖4所示。

表8 導向錐結(jié)構(gòu)選擇

表9 導向錐材質(zhì)選擇

鋼絲

小組制造了6個導向錐，和原感應(yīng)儀器連接后進行現(xiàn)場測試。2010年7～9月份鉆輸80口井，沒出現(xiàn)因井況差，造成的儀器元器件顛壞的情況，實現(xiàn)了預(yù)定目標。

導向錐使用成功后，小組報請數(shù)控測井中心，要求再加工13個導向錐，在SDZ-30B0感應(yīng)測井儀鉆輸施工中進行推廣，并得到批準。

8.3 減小反饋取樣電阻，穩(wěn)定5V輸出電壓

首先，小組利用可調(diào)電阻代替13R2反饋取樣電阻，然后將電子線路放到高溫烘箱內(nèi)加熱到175℃，恒溫2h后，調(diào)試可調(diào)電阻的阻值，直至5V輸出電壓穩(wěn)定在4.9～5.1V之間，測量此時可調(diào)電阻的阻值為1Ω。

其次，小組設(shè)計了2種解決方案：①在穩(wěn)壓模塊的反饋取樣電阻上并聯(lián)同一阻值、同額定功率的電阻，使其阻值減小一半，增大輸出功率，穩(wěn)定5V輸出電壓。并聯(lián)電阻分流，使原2Ω電阻的功率（1/4W）不變。②用額定功率是2Ω電阻2個并聯(lián)。用1/2W額定功率的1Ω電阻代替，但是隨著額定功率的增加，電阻的體積也變大，電阻管腳直徑也相應(yīng)變大，不適合在SDZ-30B0感應(yīng)測井儀這種集成化程度高，布局緊密的線路板上焊接固定。

綜合以上，小組決定采取方案一，見圖5。

小組對6支感應(yīng)儀器進行改造，將電子線路放到高溫烘箱內(nèi)加熱至175℃，恒溫2h，對5V輸出電壓進行了測量，見表10。

表10 改進后5V輸出電壓測試值

從表10可以看出5V測試電壓變化范圍在4.9～5.1V之間，完成設(shè)定目標。小組隨即對所有SDZ-30B0感應(yīng)測井儀的5V電源反饋電阻進行改進，并投入使用。

改進后，2010年7～12月份測井最深井深達4 812m，均未發(fā)生5V電源輸出電壓不穩(wěn)造成的線路信號不上傳的情況。從根本上杜絕了因溫度升高導致5V電源輸出電壓不穩(wěn)的現(xiàn)象。

8.4 增加固定夾，涂抹固定膠，提高濾波電容穩(wěn)固性

首先，小組將SDZ-30B0感應(yīng)測井儀電源板上濾波電容焊掉。其次，根據(jù)濾波電容長度和直徑，裁剪一片長度約為20mm，寬度88mm的銅片作為固定夾。然后，將固定夾中央位置處和電容下端的線路板位置處鉆直徑為φ2mm的孔，將固定夾用螺絲固定在線路板上，并折成U形。最后，將濾波電容加焊錫重新焊接，并在濾波電容與固定夾之間涂抹固定膠進行粘固。

另小組在每次大修感應(yīng)儀器時濾波電容進行檢查。改進后，測井153口，濾波電容再未出現(xiàn)過管腳松動的情況。

9 效果評價

9.1 目標完成情況

活動后3、4季度SDZ-30B0感應(yīng)測井儀共鉆輸測井153口井，鉆輸測井一次成功140口井，鉆輸一次成功率達到91.5%（見表11），高于設(shè)定的目標值。

小組又對活動后SDZ-30B0感應(yīng)測井儀鉆輸失敗的13井，進行了失敗影響因素統(tǒng)計分析，并做了歸類，做出了表12。

由表12可以看出,儀器故障已不再是造成SDZ-30B0鉆輸失敗的主要問題。因此,活動目標實現(xiàn)。

表11 活動后SDZ-30B0感應(yīng)測井儀鉆輸一次成功率統(tǒng)計表

表12 活動后感應(yīng)鉆輸失敗影響因素統(tǒng)計表

9.2 經(jīng)濟效益

濾波電路由一個1kΩ電阻和470pF電容構(gòu)成，成本價為230元；并聯(lián)的2Ω電阻單價20元；購買銅片花費300元；一支導向錐成本1 260元；

改造19支儀器，成本共計：（230＋20＋1 260）× 19+300＝2.899萬元;

改造后共測井153口，一次成功率提高了8.7%，相當于減少13口井的測井成本，每口井成本約為2.1萬元。

共節(jié)約：2.1萬×13口－2.899萬=24.401萬元

9.3 社會效益

對儀器改進后，提高了SDZ-30B0感應(yīng)測井儀鉆輸一次成功率，節(jié)約了成本，降低了儀修及測井小隊人員的勞動強度，縮短了鉆井隊的建井周期，同時也為公司贏得了社會影響力，創(chuàng)造了產(chǎn)值。

10 鞏固措施

（1）將導向錐、電容固定夾尺寸結(jié)構(gòu)圖；濾波電路圖，5V電源反饋取樣電阻更改電路圖，報公司審批后存檔。

（2）對其它儀器上的大電容也采取固定夾及膠緊固的方式。

（3）將導向錐的設(shè)計和使用推廣到小井眼φ70感應(yīng)測井儀施工中。

（4）將導向錐結(jié)構(gòu)申請國家專利，正在申報過程中。

11 總結(jié)和打算

通過小組成員共同努力，實現(xiàn)了預(yù)定目標，成功解決了生產(chǎn)過程中存在的問題。同時，小組成員也增長了QC知識，提高了質(zhì)量改進意識及統(tǒng)計應(yīng)用能力。由于井口蓋板存在縫隙，易造成物體落井的事件發(fā)生。小組下步將以“防止井口落物”為課題開展活動。