六西格瑪管理法在提高油井生產(chǎn)時(shí)率中的應(yīng)用

張帥，劉自山，樊祥健，陳春勝，夏學(xué)軍，王恒濤，郭琳

1.中國石化勝利油田 石油開發(fā)中心有限公司勝龍采油管理區(qū)（山東 東營 257000）

2.中國石化勝利油田分公司 安全環(huán)保質(zhì)量管理部（山東 東營 257000）

3.中國石化勝利油田 石油開發(fā)中心有限公司（山東 東營 257000）

目前勝龍采油管理區(qū)油井開井114口，其中間開井11口。平均產(chǎn)液量3 014.6 t/d，平均產(chǎn)油量374.6 t/d，油井日常維護(hù)中設(shè)備設(shè)施、井筒、管線流程等出現(xiàn)多種故障導(dǎo)致停井次數(shù)較多，近5年平均停井次數(shù)為1 768井次/年，生產(chǎn)時(shí)率僅有94.3%，因停井影響平均產(chǎn)液量僅為3.9 t/d。鑒于六西格瑪質(zhì)量管理法[1]在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用中取得了不錯(cuò)的效果，為進(jìn)一步提高油井生產(chǎn)時(shí)率，降低停井對產(chǎn)量的影響，管理區(qū)應(yīng)用六西格瑪管理法[2-3]解決該問題。

1 定義階段

定義階段的主要工作是識別顧客需求、明確存在問題、梳理過程輸出、確定項(xiàng)目涉及的關(guān)鍵流程節(jié)點(diǎn)，最終確定具體解決問題量化指標(biāo)Y。

項(xiàng)目組根據(jù)顧客（管理區(qū)）要求，油井應(yīng)24 h生產(chǎn)，達(dá)到油井最大生產(chǎn)能力。然而，由于多種故障導(dǎo)致停井較多，產(chǎn)液量及產(chǎn)油量均較低，油井生產(chǎn)能力達(dá)不到管理區(qū)要求，明確了項(xiàng)目的關(guān)鍵問題，將此次研究課題Y定義為油井生產(chǎn)時(shí)率[4]。

1.1 Y值定義

定義Y值為油井生產(chǎn)時(shí)率[5]，現(xiàn)狀水平為94.3%，目標(biāo)值為97%。Y值計(jì)算公式為：

根據(jù)影響實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間、計(jì)劃關(guān)井時(shí)間的因素，將Y分解為（y1，y2，y3，y4），分別定義：y1為配電MTBF[3]，y2為設(shè)備設(shè)施MTBF；y3為 井筒MTBF；y4為流程MTBF。

1.2 項(xiàng)目計(jì)劃

根據(jù)油井生產(chǎn)流程，對各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行梳理，界定了項(xiàng)目范圍，繪制了SIPOC流程圖，確定了供方、輸入、過程、輸出和顧客的項(xiàng)目范圍界定，如圖1所示。

圖1 SIPOC流程圖

2 測量階段

測量階段的主要工作是明確油井生產(chǎn)現(xiàn)狀，確認(rèn)測量系統(tǒng)精確性和能力評定。具體內(nèi)容包括現(xiàn)狀流程描述、數(shù)據(jù)收集、測量系統(tǒng)分析和流程能力分析。

2.1 現(xiàn)狀流程

根據(jù)油井正常生產(chǎn)流程，分析出影響流程的配電、設(shè)備設(shè)施、井筒、采出液輸送等因素，按照項(xiàng)目組（綠帶項(xiàng)目）目前科研水平及正常工作控制能力，找出可控因子、不可控因子及標(biāo)準(zhǔn)化因子。分析結(jié)果如下。

1）配電：影響配電的不可控因子為供電線路；可控因子為變壓器、電纜、控制柜；標(biāo)準(zhǔn)化因子為日常巡檢維護(hù)。

2）設(shè)備設(shè)施：影響設(shè)備設(shè)施的不可控因子為操作者、電機(jī)、抽油機(jī)；可控因子為皮帶、盤根；標(biāo)準(zhǔn)化因子為日常保養(yǎng)。

3）井筒：可控因子為光桿、抽油桿、油管、泵；標(biāo)準(zhǔn)化因子為定期檢泵、檢管。

4）采出液輸送：不可控因子為外輸泵、流程管線；可控因子為儲油罐。

2.2 數(shù)據(jù)收集計(jì)劃

為統(tǒng)計(jì)分析油井停開井時(shí)間及原因，需測量收集油井開井時(shí)間、油井計(jì)劃停井時(shí)間、平均無故障運(yùn)行時(shí)間、平均維修時(shí)間4項(xiàng)數(shù)據(jù)。其中油井的開井時(shí)間、油井計(jì)劃停井時(shí)間通過PCS系統(tǒng)采集；平均無故障運(yùn)行時(shí)間通過油井開井時(shí)間減去計(jì)劃停井時(shí)長得出；平均維修時(shí)間提取非計(jì)劃停井時(shí)間得出。

2.3 測量系統(tǒng)評定

油井停開井時(shí)長為PCS系統(tǒng)自動采集，PCS系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫自動提取控制柜運(yùn)行狀態(tài)。停井原因?yàn)樗幕芸貚彴凑铡顿Y料錄取管理規(guī)定》[6]進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)錄入，數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)器中，可隨時(shí)提取分析。服務(wù)器中的數(shù)據(jù)為電腦自動采集，無法多次測量且數(shù)據(jù)單一，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)手段，其數(shù)據(jù)的采集、測量具有可靠性、真實(shí)性。

2.4 流程能力評定及分析

用Minitab軟件做出單樣本T檢驗(yàn)的功效曲線，得出樣本數(shù)量最少為30個(gè)。根據(jù)管理區(qū)油井生產(chǎn)參數(shù)的不同，在管理區(qū)114口油井中按3個(gè)組隨機(jī)抽取30口開井時(shí)率低于97%的油井進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。項(xiàng)目組通過統(tǒng)計(jì)樣本油井開井時(shí)長和非計(jì)劃停井時(shí)長，計(jì)算出30口樣本油井2019年1—10月每周的油井開井時(shí)率。根據(jù)周生產(chǎn)時(shí)率數(shù)據(jù)，做出30口樣本油井的能力報(bào)告，通過報(bào)告分析，時(shí)率均值在94.24%且流程不穩(wěn)定，按照客戶（管理區(qū)）希望油井能夠最大限度達(dá)到24 h/d生產(chǎn)，將理想規(guī)格上下限定為94%~100%。

3 分析階段

分析階段運(yùn)用定性和定量分析方法與工具，找到影響Y的X因素。項(xiàng)目組運(yùn)用MTBF和MTTR可靠性研究思路，通過數(shù)據(jù)整理，篩選出每口油井生產(chǎn)時(shí)間不足24 h的數(shù)據(jù)，計(jì)算得出油井MTBF，根據(jù)停井時(shí)間及維修后開井時(shí)間計(jì)算得到MTTR[4]，對30口油井的MTBF、MTTR以及停井原因進(jìn)行分析。

對其中1口井進(jìn)行分析，其余29口油井均按此分析。以油井GDGB21-7為例，根據(jù)GDGB21-7的MTBF，做出MTBF均值控制圖，從圖2可以分析出，MTBF為22.3 d。

圖2 GDGB21-7的I-MR控制圖

根據(jù)GDGB21-7 MTBF的Weibull分布概率圖和百分位數(shù)表，可以查出80%的概率下MTBF為35.4 d，與實(shí)際MTBF22.3 d相比，實(shí)際平均無故障運(yùn)行時(shí)間較短。

根據(jù)GDGB21-7 MTTR數(shù)據(jù)，做出MTTR的控制圖（圖3），分析出MTTR為13.7 h，查閱停井原因記錄表，查出第7個(gè)數(shù)值為油井作業(yè)占井時(shí)長，不做剔除處理。

圖3 GDGB21-7 MTTR的I-MR控制圖

按照GDGB21-7MTBF和MTTR的分析方法，對其余29口油井進(jìn)行分析匯總，計(jì)算出30口油井的MTBF為21.183 d和MTTR為11.32 h。項(xiàng)目組從人、機(jī)、料、法、環(huán)五方面進(jìn)行原因分析，通過魚骨圖找出不可控因子和可控因子，著重對可控因子進(jìn)行分析。匯總30口油井停井原因及發(fā)生次數(shù)，做出帕拉圖（圖4），可以分析出設(shè)備設(shè)施故障占比最大，井筒故障次之。

圖4 一級因素帕拉圖

對設(shè)備設(shè)施故障和井筒故障細(xì)分原因做出帕拉圖（圖5）,可以看出更換盤根、更換皮帶、蠟卡、換電機(jī)原因?qū)τ途甅TBF影響較為明顯，其中管桿泵、電機(jī)為不可控因素，所以不對管桿泵、電機(jī)等不可控因素進(jìn)行分析優(yōu)化[7-8]。

圖5 二級因素帕拉圖

4 改進(jìn)階段

改進(jìn)階段的目標(biāo)是針對分析階段找到的關(guān)鍵因子提出改善方案，并且篩選最優(yōu)方案，按照改善方案試運(yùn)行，效果顯著。

4.1 改進(jìn)方案制定

項(xiàng)目組統(tǒng)計(jì)樣本井中因設(shè)備設(shè)施故障停井相鄰兩次故障之間的MTBF為20.14 d和MTTR為1.6 h。

項(xiàng)目組查詢停井計(jì)劃統(tǒng)計(jì)表，分析出影響MT?BF和MTTR的主要因素為更換盤根和皮帶的施工水平引起維修質(zhì)量較低，造成MTBF較短，維修過程中等待時(shí)間長引起MTTR較長。

高頻率故障對策及零件壽命延長的技術(shù)改造措施如下。

1）完善生產(chǎn)管理考核制度。對井口及皮帶四點(diǎn)一線調(diào)整等工作量化考核，提高更換盤根和更換皮帶的施工質(zhì)量。

2）利用新工藝、新技術(shù)解決井口盤根泄漏等問題。依據(jù)SMED快速換模理論，對油井維修流程進(jìn)行改進(jìn)，在日常維修維護(hù)作業(yè)時(shí)，進(jìn)行內(nèi)外作業(yè)分離，縮短內(nèi)作業(yè)時(shí)間，制定標(biāo)準(zhǔn)化新的生產(chǎn)準(zhǔn)備程序。

對于油井維修作業(yè)，將準(zhǔn)備工作放在停井之前，待設(shè)備配件準(zhǔn)備完畢后再停井，同時(shí)提高維修質(zhì)量和速度，縮短停井時(shí)長。

4.2 制定預(yù)防油井結(jié)蠟對策

統(tǒng)計(jì)30口樣本井筒原因停井兩次故障之間的MTBF為208 d和MTTR為152.1 h。項(xiàng)目組調(diào)取樣本井蠟卡躺井?dāng)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，油井載荷差、日耗電與結(jié)蠟程度之間存在相關(guān)性，從蠟卡前數(shù)據(jù)可以看出，日耗電持續(xù)上升，載荷差增大，功圖面積增大等數(shù)據(jù)變化。項(xiàng)目組根據(jù)蠟卡前各項(xiàng)參數(shù)的變化進(jìn)行PCS閾值的設(shè)置，能夠提前發(fā)出預(yù)警，提前干預(yù)，預(yù)防結(jié)蠟故障的發(fā)生，從而提高M(jìn)TBF，減少故障率。

5 控制階段

控制階段是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)維持改進(jìn)成果的重要步驟，主要目的是保持項(xiàng)目取得的成效。內(nèi)容包括輸出過程改進(jìn)成果的文件化，包括新流程與規(guī)范，過程控制計(jì)劃和新的過程指標(biāo)測量與監(jiān)控。

5.1 建立皮帶打滑預(yù)警模型

項(xiàng)目組對更換或調(diào)整緊固皮帶的油井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，尋找皮帶松緊度與電流、載荷、沖次等參數(shù)之間的關(guān)系。以組合預(yù)警模型功能中趨勢、閾值的兩大建模方式，建立模型如圖7所示。

圖7 皮帶打滑預(yù)警模型

通過制度的完善和皮帶打滑預(yù)警模型的建立，統(tǒng)計(jì)30口樣本井換盤根的次數(shù)由137次下降到91次，皮帶更換由67條下降到47條，樣本井設(shè)備設(shè)施相鄰兩次故障之間的MTBF由20.12 d延長到38.37 d，而MTTR由1.6 h降至0.7 h，方案的實(shí)施效果明顯。

5.2 建立油井結(jié)蠟預(yù)警模型

利用油井載荷差、日耗電與結(jié)蠟程度之間相關(guān)性，找出變化規(guī)律，按照規(guī)律設(shè)置參數(shù)和閾值，形成三級結(jié)蠟預(yù)警模型（表1）。

表1 三級結(jié)蠟預(yù)警機(jī)制

通過預(yù)警模型的建立，提前對油井進(jìn)行加清蠟劑應(yīng)急治理，及時(shí)安排熱洗進(jìn)行徹底的清蠟作業(yè)，避免因蠟卡導(dǎo)致躺井由同期內(nèi)9井次降至3井次，井筒MTBF由208 d上升到321 d。

6 結(jié)論

項(xiàng)目實(shí)施后，統(tǒng)計(jì)30口樣本油井生產(chǎn)時(shí)率的能力報(bào)告，每周生產(chǎn)時(shí)率均值在97.58%，均值落在94.5%~100%控制線內(nèi)，流程穩(wěn)定達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。通過項(xiàng)目實(shí)施年增油約159.7 t，創(chuàng)效約37.8萬元；通過預(yù)警模型的建立減少蠟卡作業(yè)9井次，節(jié)約作業(yè)費(fèi)用54萬元，總創(chuàng)效金額91.8萬元。