刘言理

中国石油大港油田分公司石油工程研究院 （天津 300280）

六西格玛是一种管理策略，该策略通过制定目标、收集数据以及分析结果，以此来减少产品和服务的缺陷。六西格玛的原理是通过检测项目中有多少缺陷，找出如何系统地减少缺陷、使项目更加完美的方法，从而提高产品质量。DMAIC是实施六西格玛的一套操作方法，是每个环节不断改进的流程模式，5个环节分别对应着定义、测量、分析、改进和控制。它是用于改进、优化和维护业务流程的一种基于数据的操作方法。随着中国石油大港油田分公司（以下简称大港油田）砾石充填完井工作量的增加，对应的完井成本也大大增加。运用六西格玛方法，按照DMAIC的改进流程，对重要因子进行分析改进，达到了降低砾石充填完井施工成本的目的。

1 定义

定义阶段主要是对问题进行陈述、对目标进行设定、对各项指标进行定义。大港油田目前已拥有较成熟砾石充填完井工艺，但成本较高，2016年平均单井每米油藏完井施工成本达7 200元[1-4]，其中材料费900元/m、充填工具及机械使用费5 700元/m、设计及服务费600元/m。总成本降低率是指改善前后砾石充填工艺施工成本之差与改善前砾石充填工艺施工成本的比值，把2016年实施井的平均单井成本定为：总成本100%；材料成本100%；工具及机械使用成本100%。

项目目标：总成本降低率10%；材料成本降低率40%，工具及机械使用成本降低率7%。

设总成本降低率为Y：（改善前砾石充填工艺成本-改善后砾石充填工艺成本）/改善前砾石充填工艺成本。

Y1材料成本降低率：（改善前砾石充填材料成本-改善后砾石充填材料成本）/改善前砾石充填材料成本。

Y2工具及机械使用成本降低率：（改善前砾石充填工具机械成本-改善后砾石充填工具机械成本）/改善前砾石充填工具机械成本。

Y3砾石充填效率：该指标用于评价砾石充填效果，在实现成本降低的同时，砾石充填效果不变 。

2 测量

测量阶段是对项目的现状进行分析，对影响目标的因子进行分析判断，并制定相应的影响因子分析计划。2016年7井次水平井砾石充填工艺施工成本为：材料成本888~914元/米，砾石充填工具及机械使用成本7 130~7 306元/米，成本构成流程是相对稳定的，经计算单项材料成本波动在1.5%之内。

因果矩阵分析是当需要解决的问题比较复杂，有多种缺陷[5-6]，且它们的影响互相关联，无法分开来考察和解决时，可以帮助选择重点关注的过程输入或影响因素，以便于有针对性地收集数据进行分析的一种有效的分析工具。项目设计的工序达24项之多，因果矩阵分析是较为有效的方法（表1）。

表1 因果矩阵分析表

表1中过程输出对应的充填效率和施工成本对客户的重要度等级分为1~10级，综合分析后均确定为9级。过程输入分别赋值1、3、9，表明其不同的相关程度，合计项的值等于过程输入赋值与对客户的重要度等级乘积的累加。合计项数值较大的为重点分析和改进的工序。

经过分析，筛选出的重要X是：X1携砂液黏度、X4筛管类型对总成本Y具有重要影响，X1携砂液黏度、X2充填排量、X3充填砂比对Y3砾石充填效率具有重要影响。

X1携砂液黏度：分析携砂液黏度如何影响充填效率；X2充填排量：分析排量如何影响充填效率；X3充填砂比：分析砂比如何影响充填效率；X4筛管类型：通过地层砂性质，分选筛管类型。

3 分析

该阶段主要对重要的影响因子进行分析讨论，以便更好地进行下步的改进阶段分析。

携砂液黏度（X1）对充填效率的影响：在一定范围内携砂液黏度越大，其携砂能力越强；高于这个范围后充填率保持100%，且高黏液体中一般含有大量的大分子，容易对地层造成污染且充填动力大，施工成本高。

排量对充填效率（X2）的影响：高排量的砂浆具有较强的携砂能力，但是砂浆排量过高会使砂床高度变低甚至消失，不利于稳定充填或达不到 “平衡堤”充填方式，且需求动力大，车组增加，施工成本增大。

砂比对充填效率（X3）的影响：砂比越高，砾石颗粒越不容易被携带；且砂比越大，需求动力越大，施工成本越高。

砾石充填可以采用精密复合筛管（X4），缝隙最小精度0.1 mm，可单独使用防细砂，也可配合砾石充填防砂，防砂可靠性高；但材料成本3 000元/m。砾石充填也可以采用割缝筛管，割缝宽度可在0.30~1.00 mm范围内，加工效率高；但细粉砂高于5%，中值粒径小于150 mm时，不能单独使用；材料成本及加工成本低，合计2 500元/m。筛管的选择方向:为满足细粉砂高于5%，中值粒径小于150 mm的地层防砂要求，尽量选用低成本的割缝筛管配合砾石充填工艺使用。

4 改进

本阶段主要是针对已经确认的关键因子，制定具体可行的改进计划，并且按照改善计划将事项逐一进行落实和改进。在保持原有砂比不变的情况下，优选携砂液配方的同时，适当增大排量以确保充填效果。通过对携砂液种类、黏度、排量3因子，A类携砂液、B类携砂液2水平进行试验排序及结果统计，确定对应的充填效率。

对不同种类的携砂液黏度、排量、成本分析可知，在保证充填效率合格的同时，结合成本考虑，优选携砂液对应充填排量在1 850~2 000 L/min，黏度在 32~38 mPa·s，成本在 490~520 元/m。

按照割缝筛管的防砂机理与强度校核设计准则，确定软件的优化设计流程。输入相应的筛管材料特性参数、油井参数、精度及极限值等参数，确定筛管几何特性数据和其他相应数据。经分析，最终决定采用挡砂精度0.15 mm的割缝筛管。

5 控制

控制阶段主要是对影响因子前后变化对比 (表2）、对改善效果进行跟踪分析(表3）、对项目收益进行评估。

改善后的施工参数在刘7-8H井进行了应用，该井防砂层位井深1 900 m，井斜90°，用低黏度、低砂比携砂液将防砂筛管环空一次充填结实，充填效率达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，筛管类型割缝筛管，总成本6 395元/m。

表2 影响因子变化前后对比

表3 施工成本改善效果对比表

从携砂液配方、充填工具及防砂用筛管3方面进行了充填工艺优化，在保证了充填效率的同时，降低了施工成本。项目改善后，预计每年实施8口井，如果每口井充填段按150 m计算，将节约成本100万元。间接收益：①通过降低携砂液黏度，优化配方，可适当减小充填施工动力，从而降低施工能源成本；②通过筛管类型的优选，从而降低施工方成本；③通过配方及工具的优化，提高了顾客满意度，增加了市场占有率。

6 结论

按照DMAIC的改进流程，通过使用六西格玛方法中的因果矩阵分析工具对影响砾石充填施工成本的因素进行分析，对液体黏度、排量等参数优化。该项目实施后平均单井材料成本降低率42.8%，工具机械使用成本降低率7.9%，降低了水平井砾石充填完井施工成本，提高了水平井砾石充填完井质量。