六西格瑪在提高儲氣庫封隔器坐封效果中的應用

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氣庫分公司 （河北 廊坊 065000）

2.中國石油華北油田分公司儲氣庫管理處 （河北 廊坊 065000）

3.中國石油華北油田分公司第四采油廠 （河北 廊坊 065000）

蘇橋儲氣庫位于河北省廊坊市，是陜京線系統的配套儲氣庫，為京津冀地區進行季節調峰和應急供氣。蘇橋儲氣庫由蘇1、蘇20、蘇4、蘇49和顧辛莊5個儲氣庫組成，是由中國石油華北油田分公司自行設計、建設的首個儲氣庫，平均完井井深達到5 500 m，井底溫度高達150℃，是目前世界上公認的井深最深、施工復雜程度最高的儲氣庫。設計庫容 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。蘇橋儲氣庫的注采完井施工做為大型井筒作業工程，由井下作業、氣密封油管檢測等6家工程技術服務公司相互配合作業，封隔器坐封如果失敗不僅影響單井投產進度，而且可能會造成巨大的返工成本。項目組采用六西格瑪管理方法［1］，通過對定義、測量、分析、改進和控制階段的分析，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

由于蘇橋儲氣庫建庫地質特性，作業施工井段多為超深、高溫、大漏失井況，對注采完井作業施工質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注采完井工程的重要環節。若封隔器坐封失敗或未達到設計要求，不僅要面臨著井下封隔器套銑打撈等復雜工藝，而且還不得不進行注采完井工程的返工作業。最終將直接影響單井施工進度及整個氣庫的投產運行時效。改進以前，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 目標設定

該項目旨在以科學的方法改進工藝流程及工藝，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 測量階段

2.1 封隔器坐封工序不成功原因分析

統計11井次影響封隔器坐封工序不成功的原因，見表1。

統計分析得出，封隔器坐封工序不成功的原因主要是鋼絲作業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計表

2.2 末端因子分析

項目組成員利用樹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

將末端因子進行潛在失效模式分析，通過風險指數選出重要因子（表2）。

圖1 樹型分析圖

表2 FMEA潛在失效模式分析表

通過FMEA潛在失效模式分析按風險系數分數高低篩選的重要因子有：鋼絲直徑、堵塞器平衡孔直徑、油管內液柱、壓井周期、作業人員。

2.4 快贏措施

根據所選出的重要因子進行要因改進計劃。經項目組成員討論對鋼絲直徑，壓井周期及作業人員采取快贏措施。

快贏措施1：①將現場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，提高鋼絲的抗拉強度［5］；②對入井鋼絲進行探傷檢測，檢測不合格的提前更換。

快贏措施2：針對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按照鋼絲作業操作標準，對作業人員進行培訓；②優選出并固定熟悉儲氣庫井況的鋼絲作業施工隊伍。

3 分析階段

圖2 BK-FXX型堵塞器結構圖

制定快贏措施后，還有2個要因需進一步分析。制定數據收集計劃，項目組成員查閱堵塞器結構圖（圖2、圖3）及生產日報，根據收集的數據對要因進行確認分析（表3）。

圖3 HL-PXX型堵塞器結構圖

表3 部分井數據收集統計表

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現了堵塞器結構中脫落的膠圈雜質，嚴重影響了平衡孔平衡油管內上下壓差的效果，導致堵塞器打撈不成功。

經過對比分析數據，堵塞器的平衡孔直徑大小對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。下一步將對平衡孔直徑為3 mm的BK-FXX型堵塞器進行擴孔改進。

要因分析2：油管內液面的高度。

經過數據分析，油管內液面高度在1 000 m位置時，因直徑2.8 mm或3.2 mm鋼絲的自身重量與油管內液柱的綜合作用力將遠大于鋼絲的破斷拉力0.67 t，因此在準確測量油管內液面高度在1 000 m及以上位置時，應采取降低油管內液面的工程措施，確保打撈堵塞器成功。

4 改進階段

4.1 改進實施效果

由要因分析得到堵塞器平衡孔的直徑大小、油管內液面的高度對封隔器坐封成功率均有顯著性的影響，故需對這 2個要因進行改進［6］。

改進1：增加BK-FXX堵塞器平橫孔的通道。

由分析階段的數據可知，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險。增加平衡孔通道后中心管壁厚將減少，計算內屈服壓力P的公式為：

式中：γ為材料的最小屈服強度，MPa；t為公稱壁厚，mm；D 為公稱外徑，mm。

計算得出堵塞器中心管抗內壓為43.5 MPa，在安全范圍內。

重新設計圖紙加工樣品后在實驗室及現場試驗，堵塞器在150℃、壓差39～40 MPa下密封性能較好，達到設計指標，滿足現場使用。

改進2：在打撈堵塞器前，經井筒內液面測試作業測得液面的準確高度。

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

4.2 改進實施效果

經過測量、分析、改進階段實施后，蘇橋儲氣庫的封隔器坐封成功率提高至93.6%，完成了目標值，見表 4［7］。

表4 改進后實施效果

5 控制階段

為鞏固實施效果，針對封隔器坐封質量不高的情況，首創了國內枯竭型氣藏注采完井作業質量管控標準，簡單概括為“三潔、四通、五密封”（圖4）。這種作業質量管控標準的運用，大大提高了一次完井成功率。

圖4 “三潔、四通、五密封”作業質量管控標準

6 結論

項目實施過程中，以統計收集現場數據為依據，找出了影響蘇橋儲氣庫封隔器坐封成功率的因素，并對影響因素進行甄別，找出了主要原因，進而制定了相應的改進措施。項目實施后，蘇橋儲氣庫封隔器坐封成功率由71.3%提高至93.6%，完成了目標值。