六西格瑪在提高儲(chǔ)氣庫(kù)封隔器坐封效果中的應(yīng)用

李磊 ，張涵 ，陳西西 ，趙瑋 ，董園園 ，譚周政 ，聶宇晗 ，何月玥 ，寇麗穎

1.華北石油管理局有限公司河北儲(chǔ)氣庫(kù)分公司 （河北 廊坊 065000）

2.中國(guó)石油華北油田分公司儲(chǔ)氣庫(kù)管理處 （河北 廊坊 065000）

3.中國(guó)石油華北油田分公司第四采油廠 （河北 廊坊 065000）

蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)位于河北省廊坊市，是陜京線系統(tǒng)的配套儲(chǔ)氣庫(kù)，為京津冀地區(qū)進(jìn)行季節(jié)調(diào)峰和應(yīng)急供氣。蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)由蘇1、蘇20、蘇4、蘇49和顧辛莊5個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)組成，是由中國(guó)石油華北油田分公司自行設(shè)計(jì)、建設(shè)的首個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)，平均完井井深達(dá)到5 500 m，井底溫度高達(dá)150℃，是目前世界上公認(rèn)的井深最深、施工復(fù)雜程度最高的儲(chǔ)氣庫(kù)。設(shè)計(jì)庫(kù)容 67.38×108m3，工作氣量 23.32×108m3，墊底氣量 44.06×108m3，日均注氣 1.166×107m3，日均采氣1.935×107m3。蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)的注采完井施工做為大型井筒作業(yè)工程，由井下作業(yè)、氣密封油管檢測(cè)等6家工程技術(shù)服務(wù)公司相互配合作業(yè)，封隔器坐封如果失敗不僅影響單井投產(chǎn)進(jìn)度，而且可能會(huì)造成巨大的返工成本。項(xiàng)目組采用六西格瑪管理方法［1］，通過(guò)對(duì)定義、測(cè)量、分析、改進(jìn)和控制階段的分析，消除了不良影響，從而提高了封隔器坐封成功率。

1 定義階段

1.1 選題理由

由于蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)地質(zhì)特性，作業(yè)施工井段多為超深、高溫、大漏失井況，對(duì)注采完井作業(yè)施工質(zhì)量提出了更高的要求。其中完井封隔器坐封成敗及效果是整個(gè)注采完井工程的重要環(huán)節(jié)。若封隔器坐封失敗或未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不僅要面臨著井下封隔器套銑打撈等復(fù)雜工藝，而且還不得不進(jìn)行注采完井工程的返工作業(yè)。最終將直接影響單井施工進(jìn)度及整個(gè)氣庫(kù)的投產(chǎn)運(yùn)行時(shí)效。改進(jìn)以前，封隔器坐封成功率大約在71.3%，急需提高封隔器坐封成功率［2-4］。

1.2 目標(biāo)設(shè)定

該項(xiàng)目旨在以科學(xué)的方法改進(jìn)工藝流程及工藝，提高封隔器坐封成功率，將封隔器坐封成功率由71.3%提高至92.5%。

2 測(cè)量階段

2.1 封隔器坐封工序不成功原因分析

統(tǒng)計(jì)11井次影響封隔器坐封工序不成功的原因，見(jiàn)表1。

統(tǒng)計(jì)分析得出，封隔器坐封工序不成功的原因主要是鋼絲作業(yè)投撈堵塞器的完井方式，下一步將分析這一主要原因，篩選末端因子。

表1 封隔器坐封工序不成功原因統(tǒng)計(jì)表

2.2 末端因子分析

項(xiàng)目組成員利用樹(shù)型圖層層分析找出末端因子，共選出6條末端因子（圖1）。

2.3 FMEA潛在失效模式及后果分析

將末端因子進(jìn)行潛在失效模式分析，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)選出重要因子（表2）。

圖1 樹(shù)型分析圖

表2 FMEA潛在失效模式分析表

通過(guò)FMEA潛在失效模式分析按風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)分?jǐn)?shù)高低篩選的重要因子有：鋼絲直徑、堵塞器平衡孔直徑、油管內(nèi)液柱、壓井周期、作業(yè)人員。

2.4 快贏措施

根據(jù)所選出的重要因子進(jìn)行要因改進(jìn)計(jì)劃。經(jīng)項(xiàng)目組成員討論對(duì)鋼絲直徑，壓井周期及作業(yè)人員采取快贏措施。

快贏措施1：①將現(xiàn)場(chǎng)投撈堵塞器所用的直徑2.8 mm的鋼絲更換為直徑3.2 mm的鋼絲，提高鋼絲的抗拉強(qiáng)度［5］；②對(duì)入井鋼絲進(jìn)行探傷檢測(cè)，檢測(cè)不合格的提前更換。

快贏措施2：針對(duì)不同井況采用不同的壓井方式，從而提高壓井效果。

快贏措施3：①按照鋼絲作業(yè)操作標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)；②優(yōu)選出并固定熟悉儲(chǔ)氣庫(kù)井況的鋼絲作業(yè)施工隊(duì)伍。

3 分析階段

圖2 BK-FXX型堵塞器結(jié)構(gòu)圖

制定快贏措施后，還有2個(gè)要因需進(jìn)一步分析。制定數(shù)據(jù)收集計(jì)劃，項(xiàng)目組成員查閱堵塞器結(jié)構(gòu)圖（圖2、圖3）及生產(chǎn)日?qǐng)?bào)，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)對(duì)要因進(jìn)行確認(rèn)分析（表3）。

圖3 HL-PXX型堵塞器結(jié)構(gòu)圖

表3 部分井?dāng)?shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)表

要因分析1：堵塞器的平衡孔直徑大小。

目前使用的堵塞器共兩種，分別是BK-FXX型堵塞器與HL-PXX型堵塞器，其中BK-FXX型堵塞器的平衡孔直徑為3 mm，HL-PXX型堵塞器的平衡孔直徑為5 mm，在一次打撈出的BK-FXX型堵塞器平衡孔部位發(fā)現(xiàn)了堵塞器結(jié)構(gòu)中脫落的膠圈雜質(zhì)，嚴(yán)重影響了平衡孔平衡油管內(nèi)上下壓差的效果，導(dǎo)致堵塞器打撈不成功。

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析數(shù)據(jù)，堵塞器的平衡孔直徑大小對(duì)堵塞器打撈成功與否有顯著影響。平衡孔直徑5 mm的HL-PXX型堵塞器打撈成功率更高。下一步將對(duì)平衡孔直徑為3 mm的BK-FXX型堵塞器進(jìn)行擴(kuò)孔改進(jìn)。

要因分析2：油管內(nèi)液面的高度。

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，油管內(nèi)液面高度在1 000 m位置時(shí)，因直徑2.8 mm或3.2 mm鋼絲的自身重量與油管內(nèi)液柱的綜合作用力將遠(yuǎn)大于鋼絲的破斷拉力0.67 t，因此在準(zhǔn)確測(cè)量油管內(nèi)液面高度在1 000 m及以上位置時(shí)，應(yīng)采取降低油管內(nèi)液面的工程措施，確保打撈堵塞器成功。

4 改進(jìn)階段

4.1 改進(jìn)實(shí)施效果

由要因分析得到堵塞器平衡孔的直徑大小、油管內(nèi)液面的高度對(duì)封隔器坐封成功率均有顯著性的影響，故需對(duì)這 2個(gè)要因進(jìn)行改進(jìn)［6］。

改進(jìn)1：增加BK-FXX堵塞器平橫孔的通道。

由分析階段的數(shù)據(jù)可知，將堵塞器平衡孔的通道從3 mm增加到5 mm，能減小打撈堵塞器的風(fēng)險(xiǎn)。增加平衡孔通道后中心管壁厚將減少，計(jì)算內(nèi)屈服壓力P的公式為：

式中：γ為材料的最小屈服強(qiáng)度，MPa；t為公稱(chēng)壁厚，mm；D 為公稱(chēng)外徑，mm。

計(jì)算得出堵塞器中心管抗內(nèi)壓為43.5 MPa，在安全范圍內(nèi)。

重新設(shè)計(jì)圖紙加工樣品后在實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，堵塞器在150℃、壓差39～40 MPa下密封性能較好，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用。

改進(jìn)2：在打撈堵塞器前，經(jīng)井筒內(nèi)液面測(cè)試作業(yè)測(cè)得液面的準(zhǔn)確高度。

若井筒內(nèi)液面位于1 000 m及以上位置，則利用液氮排液技術(shù)降低油管內(nèi)的液面高度至3 000 m，減少鋼絲作業(yè)打撈負(fù)荷，提高鋼絲作業(yè)打撈堵塞器的成功率。

4.2 改進(jìn)實(shí)施效果

經(jīng)過(guò)測(cè)量、分析、改進(jìn)階段實(shí)施后，蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)的封隔器坐封成功率提高至93.6%，完成了目標(biāo)值，見(jiàn)表 4［7］。

表4 改進(jìn)后實(shí)施效果

5 控制階段

為鞏固實(shí)施效果，針對(duì)封隔器坐封質(zhì)量不高的情況，首創(chuàng)了國(guó)內(nèi)枯竭型氣藏注采完井作業(yè)質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)單概括為“三潔、四通、五密封”（圖4）。這種作業(yè)質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用，大大提高了一次完井成功率。

圖4 “三潔、四通、五密封”作業(yè)質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)

6 結(jié)論

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，以統(tǒng)計(jì)收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為依據(jù)，找出了影響蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)封隔器坐封成功率的因素，并對(duì)影響因素進(jìn)行甄別，找出了主要原因，進(jìn)而制定了相應(yīng)的改進(jìn)措施。項(xiàng)目實(shí)施后，蘇橋儲(chǔ)氣庫(kù)封隔器坐封成功率由71.3%提高至93.6%，完成了目標(biāo)值。