運(yùn)用六西格瑪方法降低礫石充填完井施工成本

劉言理

中國(guó)石油大港油田分公司石油工程研究院 （天津 300280）

六西格瑪是一種管理策略，該策略通過(guò)制定目標(biāo)、收集數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果，以此來(lái)減少產(chǎn)品和服務(wù)的缺陷。六西格瑪?shù)脑硎峭ㄟ^(guò)檢測(cè)項(xiàng)目中有多少缺陷，找出如何系統(tǒng)地減少缺陷、使項(xiàng)目更加完美的方法，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。DMAIC是實(shí)施六西格瑪?shù)囊惶撞僮鞣椒ǎ敲總€(gè)環(huán)節(jié)不斷改進(jìn)的流程模式，5個(gè)環(huán)節(jié)分別對(duì)應(yīng)著定義、測(cè)量、分析、改進(jìn)和控制。它是用于改進(jìn)、優(yōu)化和維護(hù)業(yè)務(wù)流程的一種基于數(shù)據(jù)的操作方法。隨著中國(guó)石油大港油田分公司（以下簡(jiǎn)稱大港油田）礫石充填完井工作量的增加，對(duì)應(yīng)的完井成本也大大增加。運(yùn)用六西格瑪方法，按照DMAIC的改進(jìn)流程，對(duì)重要因子進(jìn)行分析改進(jìn)，達(dá)到了降低礫石充填完井施工成本的目的。

1 定義

定義階段主要是對(duì)問(wèn)題進(jìn)行陳述、對(duì)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)定、對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行定義。大港油田目前已擁有較成熟礫石充填完井工藝，但成本較高，2016年平均單井每米油藏完井施工成本達(dá)7 200元[1-4]，其中材料費(fèi)900元/m、充填工具及機(jī)械使用費(fèi)5 700元/m、設(shè)計(jì)及服務(wù)費(fèi)600元/m。總成本降低率是指改善前后礫石充填工藝施工成本之差與改善前礫石充填工藝施工成本的比值，把2016年實(shí)施井的平均單井成本定為：總成本100%；材料成本100%；工具及機(jī)械使用成本100%。

項(xiàng)目目標(biāo)：總成本降低率10%；材料成本降低率40%，工具及機(jī)械使用成本降低率7%。

設(shè)總成本降低率為Y：（改善前礫石充填工藝成本-改善后礫石充填工藝成本）/改善前礫石充填工藝成本。

Y1材料成本降低率：（改善前礫石充填材料成本-改善后礫石充填材料成本）/改善前礫石充填材料成本。

Y2工具及機(jī)械使用成本降低率：（改善前礫石充填工具機(jī)械成本-改善后礫石充填工具機(jī)械成本）/改善前礫石充填工具機(jī)械成本。

Y3礫石充填效率：該指標(biāo)用于評(píng)價(jià)礫石充填效果，在實(shí)現(xiàn)成本降低的同時(shí)，礫石充填效果不變 。

2 測(cè)量

測(cè)量階段是對(duì)項(xiàng)目的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)影響目標(biāo)的因子進(jìn)行分析判斷，并制定相應(yīng)的影響因子分析計(jì)劃。2016年7井次水平井礫石充填工藝施工成本為：材料成本888~914元/米，礫石充填工具及機(jī)械使用成本7 130~7 306元/米，成本構(gòu)成流程是相對(duì)穩(wěn)定的，經(jīng)計(jì)算單項(xiàng)材料成本波動(dòng)在1.5%之內(nèi)。

因果矩陣分析是當(dāng)需要解決的問(wèn)題比較復(fù)雜，有多種缺陷[5-6]，且它們的影響互相關(guān)聯(lián)，無(wú)法分開(kāi)來(lái)考察和解決時(shí)，可以幫助選擇重點(diǎn)關(guān)注的過(guò)程輸入或影響因素，以便于有針對(duì)性地收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的一種有效的分析工具。項(xiàng)目設(shè)計(jì)的工序達(dá)24項(xiàng)之多，因果矩陣分析是較為有效的方法（表1）。

表1 因果矩陣分析表

表1中過(guò)程輸出對(duì)應(yīng)的充填效率和施工成本對(duì)客戶的重要度等級(jí)分為1~10級(jí)，綜合分析后均確定為9級(jí)。過(guò)程輸入分別賦值1、3、9，表明其不同的相關(guān)程度，合計(jì)項(xiàng)的值等于過(guò)程輸入賦值與對(duì)客戶的重要度等級(jí)乘積的累加。合計(jì)項(xiàng)數(shù)值較大的為重點(diǎn)分析和改進(jìn)的工序。

經(jīng)過(guò)分析，篩選出的重要X是：X1攜砂液黏度、X4篩管類型對(duì)總成本Y具有重要影響，X1攜砂液黏度、X2充填排量、X3充填砂比對(duì)Y3礫石充填效率具有重要影響。

X1攜砂液黏度：分析攜砂液黏度如何影響充填效率；X2充填排量：分析排量如何影響充填效率；X3充填砂比：分析砂比如何影響充填效率；X4篩管類型：通過(guò)地層砂性質(zhì)，分選篩管類型。

3 分析

該階段主要對(duì)重要的影響因子進(jìn)行分析討論，以便更好地進(jìn)行下步的改進(jìn)階段分析。

攜砂液黏度（X1）對(duì)充填效率的影響：在一定范圍內(nèi)攜砂液黏度越大，其攜砂能力越強(qiáng)；高于這個(gè)范圍后充填率保持100%，且高黏液體中一般含有大量的大分子，容易對(duì)地層造成污染且充填動(dòng)力大，施工成本高。

排量對(duì)充填效率（X2）的影響：高排量的砂漿具有較強(qiáng)的攜砂能力，但是砂漿排量過(guò)高會(huì)使砂床高度變低甚至消失，不利于穩(wěn)定充填或達(dá)不到 “平衡堤”充填方式，且需求動(dòng)力大，車(chē)組增加，施工成本增大。

砂比對(duì)充填效率（X3）的影響：砂比越高，礫石顆粒越不容易被攜帶；且砂比越大，需求動(dòng)力越大，施工成本越高。

礫石充填可以采用精密復(fù)合篩管（X4），縫隙最小精度0.1 mm，可單獨(dú)使用防細(xì)砂，也可配合礫石充填防砂，防砂可靠性高；但材料成本3 000元/m。礫石充填也可以采用割縫篩管，割縫寬度可在0.30~1.00 mm范圍內(nèi)，加工效率高；但細(xì)粉砂高于5%，中值粒徑小于150 mm時(shí)，不能單獨(dú)使用；材料成本及加工成本低，合計(jì)2 500元/m。篩管的選擇方向:為滿足細(xì)粉砂高于5%，中值粒徑小于150 mm的地層防砂要求，盡量選用低成本的割縫篩管配合礫石充填工藝使用。

4 改進(jìn)

本階段主要是針對(duì)已經(jīng)確認(rèn)的關(guān)鍵因子，制定具體可行的改進(jìn)計(jì)劃，并且按照改善計(jì)劃將事項(xiàng)逐一進(jìn)行落實(shí)和改進(jìn)。在保持原有砂比不變的情況下，優(yōu)選攜砂液配方的同時(shí)，適當(dāng)增大排量以確保充填效果。通過(guò)對(duì)攜砂液種類、黏度、排量3因子，A類攜砂液、B類攜砂液2水平進(jìn)行試驗(yàn)排序及結(jié)果統(tǒng)計(jì)，確定對(duì)應(yīng)的充填效率。

對(duì)不同種類的攜砂液黏度、排量、成本分析可知，在保證充填效率合格的同時(shí)，結(jié)合成本考慮，優(yōu)選攜砂液對(duì)應(yīng)充填排量在1 850~2 000 L/min，黏度在 32~38 mPa·s，成本在 490~520 元/m。

按照割縫篩管的防砂機(jī)理與強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確定軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。輸入相應(yīng)的篩管材料特性參數(shù)、油井參數(shù)、精度及極限值等參數(shù)，確定篩管幾何特性數(shù)據(jù)和其他相應(yīng)數(shù)據(jù)。經(jīng)分析，最終決定采用擋砂精度0.15 mm的割縫篩管。

5 控制

控制階段主要是對(duì)影響因子前后變化對(duì)比 (表2）、對(duì)改善效果進(jìn)行跟蹤分析(表3）、對(duì)項(xiàng)目收益進(jìn)行評(píng)估。

改善后的施工參數(shù)在劉7-8H井進(jìn)行了應(yīng)用，該井防砂層位井深1 900 m，井斜90°，用低黏度、低砂比攜砂液將防砂篩管環(huán)空一次充填結(jié)實(shí)，充填效率達(dá)95%以上。施工排量1.8~1.9 m3/min，黏度32 mPa·s，液量 140 m3，砂比 5%，加砂量 7 m3，篩管類型割縫篩管，總成本6 395元/m。

表2 影響因子變化前后對(duì)比

表3 施工成本改善效果對(duì)比表

從攜砂液配方、充填工具及防砂用篩管3方面進(jìn)行了充填工藝優(yōu)化，在保證了充填效率的同時(shí)，降低了施工成本。項(xiàng)目改善后，預(yù)計(jì)每年實(shí)施8口井，如果每口井充填段按150 m計(jì)算，將節(jié)約成本100萬(wàn)元。間接收益：①通過(guò)降低攜砂液黏度，優(yōu)化配方，可適當(dāng)減小充填施工動(dòng)力，從而降低施工能源成本；②通過(guò)篩管類型的優(yōu)選，從而降低施工方成本；③通過(guò)配方及工具的優(yōu)化，提高了顧客滿意度，增加了市場(chǎng)占有率。

6 結(jié)論

按照DMAIC的改進(jìn)流程，通過(guò)使用六西格瑪方法中的因果矩陣分析工具對(duì)影響礫石充填施工成本的因素進(jìn)行分析，對(duì)液體黏度、排量等參數(shù)優(yōu)化。該項(xiàng)目實(shí)施后平均單井材料成本降低率42.8%，工具機(jī)械使用成本降低率7.9%，降低了水平井礫石充填完井施工成本，提高了水平井礫石充填完井質(zhì)量。