張楊（大港油田公司石油工程研究院）

六西格瑪在提高油層保護(hù)效果的應(yīng)用分析

張楊（大港油田公司石油工程研究院）

針對大港油田油層保護(hù)工作的重點(diǎn)區(qū)塊，在修井作業(yè)領(lǐng)域引入六西格瑪?shù)墓芾矸椒?，通過對項(xiàng)目流程進(jìn)行分析，確定影響高凝低滲油井恢復(fù)期的主要因素，應(yīng)用潛在失效模式分析（FEMA）和因果矩陣尋找出關(guān)鍵因素，并通過DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)確定改進(jìn)目標(biāo)，同時采取措施，達(dá)到了降低恢復(fù)期的目的。

高凝低滲油井六西格瑪管理恢復(fù)期DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)

六西格瑪管理是一套系統(tǒng)的業(yè)務(wù)改進(jìn)方法體系和管理模式，通過持續(xù)改進(jìn)企業(yè)業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)客戶滿意目標(biāo)［1-2］。它通過系統(tǒng)、集成地運(yùn)用多種質(zhì)量工具，實(shí)現(xiàn)對過程的改進(jìn)和完善，降低成本，縮短運(yùn)轉(zhuǎn)周期，增強(qiáng)企業(yè)競爭力［3-5］。大港油田南部區(qū)塊是修井作業(yè)的重點(diǎn)區(qū)塊，其特點(diǎn)是作業(yè)過程污染嚴(yán)重，油井維護(hù)作業(yè)后恢復(fù)期長、恢復(fù)率低。采用六西格瑪管理對改進(jìn)問題進(jìn)行立項(xiàng)研究［6］，對影響油層保護(hù)技術(shù)服務(wù)流程的因素，應(yīng)用分析工具進(jìn)行分析，確定關(guān)鍵影響因素后應(yīng)用DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)確定改進(jìn)目標(biāo)，并加以改進(jìn)和控制，提高了應(yīng)用井作業(yè)后的恢復(fù)率，縮短了恢復(fù)期。

1　定義階段

段六撥、小集油田是南部油田主產(chǎn)區(qū)，也是油層保護(hù)應(yīng)用的重點(diǎn)區(qū)塊（占比70%）。多年來該區(qū)塊由于修井作業(yè)造成的污染嚴(yán)重（該區(qū)塊恢復(fù)期長達(dá)7天），不能滿足客戶的需求。對2013年作業(yè)井的恢復(fù)期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，平均恢復(fù)期3.3天，根據(jù)與客戶簽訂的技術(shù)服務(wù)協(xié)議，當(dāng)恢復(fù)期小于或等于3天時，客戶支付的油層保護(hù)費(fèi)用可增加5%。因此，項(xiàng)目目標(biāo)是將恢復(fù)期減少到2.8天。

2　測量階段

測量階段的主要目的是針對待改進(jìn)的質(zhì)量特性，測量和分析當(dāng)前的水平，進(jìn)行測量系統(tǒng)分析［7］。

2.1關(guān)鍵測量項(xiàng)操作定義及現(xiàn)狀分析

2.1.1Y的定義及測量系統(tǒng)分析

對項(xiàng)目改進(jìn)的Y、Y′和y進(jìn)行定義，Y恢復(fù)期：統(tǒng)計(jì)恢復(fù)井的油量恢復(fù)期（恢復(fù)到90%的天數(shù)減去1）的平均值。Y′恢復(fù)率：作業(yè)后生產(chǎn)期間第20日至30日產(chǎn)量的平均值與作業(yè)前正常產(chǎn)量的比值的平均值。y巖心滲透率：巖石允許流體通過能力的大?。ㄒ?guī)格≥75%）。之后進(jìn)行了測量系統(tǒng)分析：Y恢復(fù)期和Y′恢復(fù)率，數(shù)據(jù)來自于上游生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)中油井采油綜合曲線和油井生產(chǎn)日數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)真實(shí)可信。y巖心滲透率應(yīng)用Minitab進(jìn)行了測量系統(tǒng)分析，分析結(jié)果：器具的重復(fù)性與再現(xiàn)性（GageR&R=10.82%）小于30%，可區(qū)分類別數(shù)（DNC=12）大于4，量具的方差分析符合要求，故測量系統(tǒng)有效。

2.1.2Y的現(xiàn)狀分析

在確定測量系統(tǒng)能力后，對Y恢復(fù)期、Y′恢復(fù)率和 y巖心滲透率的現(xiàn)狀進(jìn)行分析。對2013年的作業(yè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行收集，通過Minitab軟件進(jìn)行過程能力分析。得出Y恢復(fù)期的平均值為3.33天，概數(shù)（P=0.26）大于0.05，過程能力差（CPK=-0.2）。Y′恢復(fù)率的平均值是94.61%，P=0.657大于0.05，CPK=0.85，y巖心滲透率的平均值是79.85%，P= 0.659大于0.05，CPK=0.4。

2.2根原因分析

在確定測量系統(tǒng)符合要求后，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開始尋找過程X，過程X對結(jié)果Y有很大影響。項(xiàng)目成員利用“頭腦風(fēng)暴”在項(xiàng)目界定的范圍內(nèi)繪制細(xì)節(jié)流程圖，然后應(yīng)用因果矩陣、潛在失效模式分析（FEMA）及樹形圖，尋找出潛在的根原因6個 X：濁度值、防膨率、表面張力、采出水溫度、人員素質(zhì)和施工質(zhì)量。

2.3快贏措施

通過使用高溫地層采出水做基液配制油層保護(hù)液，可有效降低有機(jī)垢形成，解決了水溫的問題。加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，改善室內(nèi)和現(xiàn)場人員的專業(yè)技術(shù)能力，提高人員素質(zhì)；嚴(yán)格用料質(zhì)量控制，提高施工質(zhì)量。

3　分析階段

在進(jìn)行分析前，需要找到一個連接室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場作業(yè)恢復(fù)期的橋梁：y巖心滲透率的恢復(fù)率，以此來研究影響應(yīng)用井作業(yè)后的Y恢復(fù)期和Y′恢復(fù)率的因素。

3.1對影響Y恢復(fù)期和Y′恢復(fù)率的y巖心滲透率進(jìn)行分析

應(yīng)用擬合線圖（圖1、圖2），對Y恢復(fù)期和Y′恢復(fù)率與y巖心滲透率的關(guān)系進(jìn)行了分析，結(jié)果P=0.000＜0.05，說明巖心滲透率對恢復(fù)期和恢復(fù)率均有影響。

圖1　y與Y的擬合線圖

圖2　y與Y′的擬合線圖

3.2影響y巖心滲透率的X分析

在快贏階段，將影響Y的6個X中的3個X進(jìn)行改進(jìn)。在分析階段，項(xiàng)目需要對剩下的3個X：濁度值（X1）、防膨率（X2）和表面張力（X3）進(jìn)行分析。我們應(yīng)用Minitab軟件，對收集到的濁度值、防膨率和表面張力數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果真實(shí)可信。

P值均小于0.05，說明 X1、 X2、 X3對巖心滲透率的恢復(fù)率影響顯著（圖3）。

3.3確定目標(biāo)值

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)依據(jù)前面分析的結(jié)果，對得出的關(guān)鍵因子進(jìn)行了“三因子兩水平三個中心點(diǎn)”的DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)，影響滲透率的“三因子兩水平三個中心點(diǎn)”試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

采用全因子設(shè)計(jì)法，由數(shù)據(jù)可以看出， X1、X2和 X3的P值均小于0.05（表2），說明這三個因子對巖心滲透率的恢復(fù)率影響是顯著的，交互作用不顯著。

圖3　巖心滲透率的恢復(fù)率殘差圖

表1　影響滲透率的“三因子兩水平三個中心點(diǎn)”試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表2　影響滲透率的“三因子兩水平三個中心點(diǎn)”試驗(yàn)設(shè)計(jì)

刪除無影響的交互因子，重新進(jìn)行分析，濁度值、防膨率和表面張力這三個因子影響依然顯著（表3）。

表3　影響滲透率的“三因子兩水平三個中心點(diǎn)”試驗(yàn)設(shè)計(jì)

從等值線圖（圖4）可以看到：表面張力值為25mN/m時，如果巖心滲透率的恢復(fù)率大于等于83%，需要濁度值小于12NTU。再利用“響應(yīng)變量優(yōu)化器”獲得最佳點(diǎn)的設(shè)置及最佳值。地層采出水的濁度值基本滿足要求，如果繼續(xù)改善需增加過濾設(shè)備，改善難度大、投入多，因此對濁度值進(jìn)行了調(diào)整，設(shè)置到現(xiàn)水平11.2NTU，則相應(yīng)變量優(yōu)化結(jié)果為：濁度值11.2NTU，防膨率80%，表面張力25mN/m。

圖4　等值線圖

4　優(yōu)化階段

4.1對X1、X2、X3進(jìn)行優(yōu)化

1）基液的濁度值現(xiàn)水平基本達(dá)到要求，因此只采取使用前排出管線中積水的措施。

2）對防膨劑的種類和添加比例進(jìn)行優(yōu)選，油層保護(hù)液的防膨率由76.66%提高到81.5%。

3）對表面活性劑的種類和添加比例進(jìn)行優(yōu)選，油層保護(hù)液的表面張力由33.92mN/m降低到24.7mN/m。

4.2優(yōu)化后的效果驗(yàn)證

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化濁度值、防膨率、表面張力后，巖心滲透率的恢復(fù)率均值也得到了優(yōu)化，由優(yōu)化前的79.85%提高到83.85%，Cpk從0.404提高到0.909，過程能力有顯著的提高?，F(xiàn)場平均恢復(fù)期由改造前的3.3天減少到2.78天，平均恢復(fù)率由優(yōu)化前的94.61%提高到97.07%。

2012年6月—2012年9月現(xiàn)場共應(yīng)用35井次，平均恢復(fù)期2.78天，恢復(fù)率97%，效果顯著。

4.3優(yōu)化結(jié)果

該項(xiàng)目提高了油層保護(hù)效果，從2014年7月至11月，項(xiàng)目實(shí)施期間收益為70.3萬元，降低了油井恢復(fù)期，為甲方增加收益50.9萬元。

5　結(jié)論

項(xiàng)目采用六西格瑪DMAIC流程，對影響作業(yè)井的恢復(fù)期的主要因素進(jìn)行了改進(jìn)。首先，使用頭腦風(fēng)暴的方法，用詳細(xì)流程圖列舉出可能對恢復(fù)期有影響的所有因素，并通過因果矩陣和FEMA確定其中6個主要因素，通過快贏措施解決了其中的3個，參考文獻(xiàn)：

對于濁度值、防膨率和表面張力通過分析，DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)確定了改進(jìn)的目標(biāo)，最后實(shí)施改進(jìn)措施及控制措施，有效地降低了作業(yè)井的恢復(fù)期。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2015.003.017

2014-12-10）

張楊，工程師，畢業(yè)于天津工業(yè)大學(xué)，從事油層保護(hù)科研技術(shù)工作，E-mail：zhyang1031@vip.qq.com，地址：天津市大港區(qū)大港油田石油工程研究院油層保護(hù)技術(shù)服務(wù)中心，300280。