六西格玛在提高油层保护效果的应用分析

张杨（大港油田公司石油工程研究院）

六西格玛在提高油层保护效果的应用分析

张杨（大港油田公司石油工程研究院）

针对大港油田油层保护工作的重点区块，在修井作业领域引入六西格玛的管理方法，通过对项目流程进行分析，确定影响高凝低渗油井恢复期的主要因素，应用潜在失效模式分析（FEMA）和因果矩阵寻找出关键因素，并通过DOE试验设计确定改进目标，同时采取措施，达到了降低恢复期的目的。

高凝低渗油井六西格玛管理恢复期DOE试验设计

六西格玛管理是一套系统的业务改进方法体系和管理模式，通过持续改进企业业务流程，实现客户满意目标［1-2］。它通过系统、集成地运用多种质量工具，实现对过程的改进和完善，降低成本，缩短运转周期，增强企业竞争力［3-5］。大港油田南部区块是修井作业的重点区块，其特点是作业过程污染严重，油井维护作业后恢复期长、恢复率低。采用六西格玛管理对改进问题进行立项研究［6］，对影响油层保护技术服务流程的因素，应用分析工具进行分析，确定关键影响因素后应用DOE试验设计确定改进目标，并加以改进和控制，提高了应用井作业后的恢复率，缩短了恢复期。

1　定义阶段

段六拨、小集油田是南部油田主产区，也是油层保护应用的重点区块（占比70%）。多年来该区块由于修井作业造成的污染严重（该区块恢复期长达7天），不能满足客户的需求。对2013年作业井的恢复期进行统计，平均恢复期3.3天，根据与客户签订的技术服务协议，当恢复期小于或等于3天时，客户支付的油层保护费用可增加5%。因此，项目目标是将恢复期减少到2.8天。

2　测量阶段

测量阶段的主要目的是针对待改进的质量特性，测量和分析当前的水平，进行测量系统分析［7］。

2.1关键测量项操作定义及现状分析

2.1.1Y的定义及测量系统分析

对项目改进的Y、Y′和y进行定义，Y恢复期：统计恢复井的油量恢复期（恢复到90%的天数减去1）的平均值。Y′恢复率：作业后生产期间第20日至30日产量的平均值与作业前正常产量的比值的平均值。y岩心渗透率：岩石允许流体通过能力的大小（规格≥75%）。之后进行了测量系统分析：Y恢复期和Y′恢复率，数据来自于上游生产信息管理系统中油井采油综合曲线和油井生产日数据，数据真实可信。y岩心渗透率应用Minitab进行了测量系统分析，分析结果：器具的重复性与再现性（GageR&R=10.82%）小于30%，可区分类别数（DNC=12）大于4，量具的方差分析符合要求，故测量系统有效。

2.1.2Y的现状分析

在确定测量系统能力后，对Y恢复期、Y′恢复率和 y岩心渗透率的现状进行分析。对2013年的作业井数据进行收集，通过Minitab软件进行过程能力分析。得出Y恢复期的平均值为3.33天，概数（P=0.26）大于0.05，过程能力差（CPK=-0.2）。Y′恢复率的平均值是94.61%，P=0.657大于0.05，CPK=0.85，y岩心渗透率的平均值是79.85%，P= 0.659大于0.05，CPK=0.4。

2.2根原因分析

在确定测量系统符合要求后，项目团队开始寻找过程X，过程X对结果Y有很大影响。项目成员利用“头脑风暴”在项目界定的范围内绘制细节流程图，然后应用因果矩阵、潜在失效模式分析（FEMA）及树形图，寻找出潜在的根原因6个 X：浊度值、防膨率、表面张力、采出水温度、人员素质和施工质量。

2.3快赢措施

通过使用高温地层采出水做基液配制油层保护液，可有效降低有机垢形成，解决了水温的问题。加强技术培训，改善室内和现场人员的专业技术能力，提高人员素质；严格用料质量控制，提高施工质量。

3　分析阶段

在进行分析前，需要找到一个连接室内实验数据和现场作业恢复期的桥梁：y岩心渗透率的恢复率，以此来研究影响应用井作业后的Y恢复期和Y′恢复率的因素。

3.1对影响Y恢复期和Y′恢复率的y岩心渗透率进行分析

应用拟合线图（图1、图2），对Y恢复期和Y′恢复率与y岩心渗透率的关系进行了分析，结果P=0.000＜0.05，说明岩心渗透率对恢复期和恢复率均有影响。

图1　y与Y的拟合线图

图2　y与Y′的拟合线图

3.2影响y岩心渗透率的X分析

在快赢阶段，将影响Y的6个X中的3个X进行改进。在分析阶段，项目需要对剩下的3个X：浊度值（X1）、防膨率（X2）和表面张力（X3）进行分析。我们应用Minitab软件，对收集到的浊度值、防膨率和表面张力数据进行验证，验证结果真实可信。

P值均小于0.05，说明 X1、 X2、 X3对岩心渗透率的恢复率影响显著（图3）。

3.3确定目标值

项目团队依据前面分析的结果，对得出的关键因子进行了“三因子两水平三个中心点”的DOE试验设计，影响渗透率的“三因子两水平三个中心点”试验设计见表1。

采用全因子设计法，由数据可以看出， X1、X2和 X3的P值均小于0.05（表2），说明这三个因子对岩心渗透率的恢复率影响是显著的，交互作用不显著。

图3　岩心渗透率的恢复率残差图

表1　影响渗透率的“三因子两水平三个中心点”试验设计

表2　影响渗透率的“三因子两水平三个中心点”试验设计

删除无影响的交互因子，重新进行分析，浊度值、防膨率和表面张力这三个因子影响依然显著（表3）。

表3　影响渗透率的“三因子两水平三个中心点”试验设计

从等值线图（图4）可以看到：表面张力值为25mN/m时，如果岩心渗透率的恢复率大于等于83%，需要浊度值小于12NTU。再利用“响应变量优化器”获得最佳点的设置及最佳值。地层采出水的浊度值基本满足要求，如果继续改善需增加过滤设备，改善难度大、投入多，因此对浊度值进行了调整，设置到现水平11.2NTU，则相应变量优化结果为：浊度值11.2NTU，防膨率80%，表面张力25mN/m。

图4　等值线图

4　优化阶段

4.1对X1、X2、X3进行优化

1）基液的浊度值现水平基本达到要求，因此只采取使用前排出管线中积水的措施。

2）对防膨剂的种类和添加比例进行优选，油层保护液的防膨率由76.66%提高到81.5%。

3）对表面活性剂的种类和添加比例进行优选，油层保护液的表面张力由33.92mN/m降低到24.7mN/m。

4.2优化后的效果验证

通过室内实验，优化浊度值、防膨率、表面张力后，岩心渗透率的恢复率均值也得到了优化，由优化前的79.85%提高到83.85%，Cpk从0.404提高到0.909，过程能力有显著的提高。现场平均恢复期由改造前的3.3天减少到2.78天，平均恢复率由优化前的94.61%提高到97.07%。

2012年6月—2012年9月现场共应用35井次，平均恢复期2.78天，恢复率97%，效果显著。

4.3优化结果

该项目提高了油层保护效果，从2014年7月至11月，项目实施期间收益为70.3万元，降低了油井恢复期，为甲方增加收益50.9万元。

5　结论

项目采用六西格玛DMAIC流程，对影响作业井的恢复期的主要因素进行了改进。首先，使用头脑风暴的方法，用详细流程图列举出可能对恢复期有影响的所有因素，并通过因果矩阵和FEMA确定其中6个主要因素，通过快赢措施解决了其中的3个，参考文献：

对于浊度值、防膨率和表面张力通过分析，DOE试验设计确定了改进的目标，最后实施改进措施及控制措施，有效地降低了作业井的恢复期。

［1］贾亚朝，田英，王昕，等.精益方法和6西格玛管理法的整合研究［J］.现代制造工程，2006（12）：55-58.

［2］Sat ya SChak ravor ty.Six Sigma programs：an implementat ionmodel［J］.Journal of Product ion Economics，2009，119：1-16.

［3］Sahoo A K，Tiwar i M K.Six Sigma based approach to opt imize radial forging operat ion var iabl es［J］. Journal of Mater ial s Processing Technology，2008，202：125-126.

［4］Sokovi c M，Pav let ic D，Fakin S.Appl icat ion of Six Sigma methodology for process design［J］.Journal of Materials Processing Technology，2005，162-163：777-783.

［5］Zu Xingxing，Lawrence D Fredendai l，Thomas J Douglas.The evolving theory of qual ity management：the role of Six Sigma［J］.Journal of Operat ions Management，2008，26：630-650.

［6］马林.六西格玛管理［M］.北京：中国人民大学出版社，2004：61-67.

［7］刘苏婷，董敏.六西格玛及与其他绩效改进工具的比较［J］.商业时代，2009（5）：59-60.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.003.017

2014-12-10）

张杨，工程师，毕业于天津工业大学，从事油层保护科研技术工作，E-mail：zhyang1031@vip.qq.com，地址：天津市大港区大港油田石油工程研究院油层保护技术服务中心，300280。