油田分析试验数据库

油田分析试验数据库（精选9篇）

油田分析试验数据库 篇1

1 基本概况

目前某油田已连续三年稳产300万t以上,但随着产建井数的逐年减少,油田稳产难度逐渐加大。在查层补孔、井网调整、精细注水等综合治理基础上,储层重复改造的作用至关重要,新工艺新技术的试验与推广成为新时期某油田稳产的重点方向之一。

2 体积压裂工艺体系

2.1 造缝机理

根据机理分析不难看出,要成功实现裂缝网络的搭建,须满足以下基本条件:

(1)地层基质岩石需具备一定的脆性特征;

(2)具有一定的层理与天然裂缝构造;

(3)满足裂缝净压力达到一定的限制,或通过射孔、缝内转向、排量优化等保证水平两向应力差与天然裂缝形成一定的角度,实现天然裂缝的开启且与人工裂缝的有效沟通。

2.2 工艺参数

通过模拟排量与净压力关系,采取6.0m3/min的排量基本能够满足天然裂缝开启所需的净压力,但为了产生更多的横向分支缝,需进一步提高缝内净压力。但并非是排量越大净压力越高,在8m3/min以后,净压力提升幅度变缓。因此,体积压裂排量的适用范围在6.0~8.0m3/min之间。

2.3 液体体系

由于体积压裂追求的不仅是原始裂缝的开启,同时要求形成一定规模的缝网,这就要求压裂液要满足以下几个条件:

(1)在改造初期,压裂液不能形成滤饼,应依靠液体的弹性携砂。这就要求压裂液体具备高滤失、高弹性、低粘度的特性,保证液体的有效作用距离及波及体积;

(2)由于施工排量大,应配备具有良好流变性能且降阻效果好的液体,可通过在基液中添加降阻剂实现;

(3)较大的压裂规模要求压裂液的成本较常规压裂降低,配置方便,存放要求低,酸碱腐蚀性小;

(4)对储层伤害小,易返排。

3 杏18-A井方案设计

根据地应力场分布判断,该井最大、最小主应力方向并未发生变化,此次压裂通过开展混合水体积压裂工艺,一方面开启主裂缝规模,延伸原有裂缝长度,增加裂缝导流能力;另一方面通过体积压裂工艺原理,沟通更多天然裂缝,扩大裂缝网格,增加泄油面积。

结合储层物性及初次改造程度,进一步提高加砂强度及施工排量,降低产层与隔层应力差值,增加纵向改造程度;增加入地液量,结合低砂比追求缝长,更多地沟通天然裂缝。降低基液粘度,液体体系采用滑溜水,要求基液粘度在170S-1下不低于9MPa·s。泵注前期石英砂支撑剂采用40~70目规格,后期采用20~40目,砂比逐渐增大,铺砂浓度逐步提高,确保在闭合应力下主缝优势。

4 现场应用

4.1 施工概况

2012年8月对杏18-A井实施混合水体积压裂施工,同时开展嵌入式震点探测实施裂缝监测。地层破裂压力17.8MPa,破压后工作压力14~16MPa,停泵压力9.5MPa,施工过程顺利无异常。裂缝监测显示压裂产生了一条NE55.2°主裂缝,裂缝总长245.8m,两翼相比,裂缝向东翼延伸较多。裂缝的影响高度为36.7m左右,产状为垂直。

4.2 压裂效果

杏18-A井重复压裂12h后开始抽汲排液,2d后抽深稳定在1150m,每天抽次保持在110次,日产油8.8m3,日产水10.6m3,连续抽汲三个班氯离子稳定在1 9300左右,于2012年9月7日下泵投产。

5 结论

结合微地震裂缝监测结果,该工艺从裂缝体积本身有了较大程度的突破,增大了泄油面积,导流能力的增加恢复了油井正常生产能力,较常规压裂裂缝体积扩大了126.7%,增油效果增加了1.7倍,且含水上升幅度较常规压裂低2个百分点,在储层重复压裂方面表现出较明显的改造优势。

摘要：以某油田杏18-A为例,通过研究表明,较常规压裂而言,重复压裂工艺形成的裂缝体积增大了126.7%,平均单井日增油提高1.7倍,重复改造效果显著,可在某油田等致密砂岩油藏推广实施。

关键词：体积压裂,致密砂岩油藏,工艺体系

参考文献

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[7]黄凯.套管完井水平井分段压裂管柱配套技术研究[D].荆州:长江大学,2014.

油田分析试验数据库 篇2

热力学开发的定义个人认为，是对设计出的基本型发动机，通过调整点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位、CBR状态等参数（对于增压直喷发动机则另有增压控制率、燃油压力、喷油正时等参数），使发动机在全负荷时得到最优的最大功率、最大扭矩、最低比油耗及在部分负荷得到最优的燃油经济性、燃烧稳定性和排放水平，如果基本型的发动机不能达到目标，则要针对问题更改相应的设计和硬件，直至满足目标。

一、试验设备

1、PUMA系统

记录发动机台架运行参数的数据，也可与其他系统相通信并记录其试验数据。

2、INDICATING系统

通过气缸燃烧压力传感器的压力信号，运算得到缸压曲线、平均指示有效压力IMEP、MFB50%、COV of IMEP、缸压波动振幅等。平时试验时，一般要根据缸压曲线，来判断发动机是否有爆震产生。

3、CAMEO系统

发动机自动标定及运行的工具。能自动调整ECU的标定参数如点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位及CBR控制状态等，便于标定参数的优化及标定时的数据采集。

4、INCA系统

发动机ECU标定工具，可调整点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位、CBR（可控燃烧速率）开关状态等发动机运行参数。

5、其他设备仪器

汽缸燃烧压力传感器、进气温度传感器、进气压力传感器、排气温度、排气压力传感器、空燃比分析仪、线性氧传感器及排放分析仪等。

二、试验内容与方法

1、全负荷优化试验

全负荷试验主要验证发动机的最大功率、最大扭矩及最低燃油消耗BSFC（全负荷燃油消耗率）。调整点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位等参数，使发动机发挥出最优性能。a）不同进气歧管的外特性试验

细长的进气歧管有助于提高低速段的扭矩，粗短的进气歧管有助于提高高速段的扭矩。b）不同凸轮轴（不同型线、升程）的全负荷试验

VVT（Variable valve timing）：

VVT的作用：降低燃油消耗、降低排放、提高燃烧稳定性、提高功率和扭矩输出。通过改变凸轮轴相位可控制内部EGR率，（重叠角大时，内部EGR率大）当内部EGR率大时要得到相同的功率输出必须，增大节气门开度，这将使进气管内的绝对压力升高，减小节流损失，提高燃油经济性。

通过控制内部EGR率，可显著的降低Nox的排放量，HC的排放量只是稍微提高。

发动机怠速时，为了得到良好的燃烧稳定性，需要较小的重叠角，大负荷时为了得到较大的功率输出，需要较大的重叠角，但此时由于一部分燃油进入排气系统内会牺牲燃油经济性。

较早的进气阀关（IVC）有利于低速段扭矩的输出，不利于高速扭矩的输出。较早的排气阀开（EVO）有利于减少泵气损失，但是较早的EVO减少了膨胀冲程，冲掉了减少的泵气损失，降低了IMEP。因此，低速时需要较迟的EVO，高速时需要较早的EVO。大的进排气阀重叠角，有利于发动机高速换气，但是活塞与进排气阀的间隙尤其是怠速的稳定性限制了允许的重叠持续期。c）不同压缩比的全负荷试验（不同活塞、燃烧室）c）不同排气系统的全负荷试验

主要验证发动机排气背压对发动机性能的影响。d）不同进气系统的全负荷试验。

主要验证发动机进气系统压降对发动机性能的影响。

2、部分负荷优化试验（主要以工况点2000rpm/2bar BMEP为主，其他如1500rpm/2bar、1500rpm/4bar、2000rpm/4bar、3000rpm/2bar、3000rpm/3bar、3000rpm/4bar）

调整发动机点火提前角、空燃比、进排气凸轮相位等发动机运行参数，使发动机发挥出最优性能。部分负荷主要检验发动机的燃油经济性（BSFC）、燃烧稳定性（COV of IMEP）、排放水平（PCO、PHC、PNOx）。

1）不同CBR结构的部分负荷试验。CBR（Control burned rate）：CBR发动机的气道由切向气道与中型气道组成，（切向气道形成涡流，中性气道形成滚流），部分负荷时通过关闭中性气道，使空气只从切向气道进入气缸，从而形成较强的紊流，可使燃烧加快。燃烧速度快可提高燃烧稳定性，此时可适当推迟点火提前角以提高排气温度，加快三元催化器的起燃，同时推迟点火提前角也能降低HC的排放。CBR的另外优点是可与VVT相配合，达到节油的目的，通过改变凸轮相位，可适当增大内部EGR，内部EGR的增大会使燃烧速度降低，燃烧稳定性降低，但这可通过CBR来补偿。调整点火提前角、空燃比、进排气相位等参数，使发动机发挥出最优性能。

2）不同凸轮轴的部分负荷试验 3）不同进气歧管的部分负荷试验 4）不同压缩比的部分负荷试验

3、喷油目标试验

不同工况下，燃油雾化良好，油束处于气道中心，尽量减少湿壁，湿壁面积大会使机油稀释严重和HC的排放升高。

4、火花塞选择试验

三、主要试验数据及分析

1、MFB50%(Mass fraction burned 50%、CA ATDC)

为了得到最佳燃烧热释放率MFB50%应处在上止点后8度，对应的燃烧最高压力点应在上止点后12度附近，此时发动机的燃油经济性、燃烧稳定性最好，其位置可通过点火提前角调整，点火角提前其位置提前，点火角推迟其位置推迟。在低速低负荷区域，MFB50%能达到止点后8度的位置，但在高速高负荷时由于爆震等原因，要迟于上止点后8度。

2、SA（Spark advance、CA BTDC）

点火提前角，调整点火提前角应尽可能使MFB50%应处在上止点后8度的位置，如果发生爆震则要推迟点火角。点火角过大会发生爆震或处于爆震极限，检查点火角是否适当的方法是：缸压曲线的波动振幅应小于不同转速的规定值（一般规律：发动机转速n千转，允许压力波动振幅值为n bar）。另外点火提前角滞后会使排温升高，高速高负荷必须注意。

3、BMEP（Brake mean effective pressure、bar）

制动平均有效压力是通过发动机台架的制动力矩计算得到，其值一般与进气管绝对压力有如下关系：进气压力1bar时平均制动有效压力为10-11bar，进气压力为1.6bar时平均制动有效压力为16-17bar。

4、IMEP（Indicated mean effective pressure、bar）

指示平均有效压力，通过缸压传感器的压力信号，计算得到。

5、FMEP（Friction mean effective pressure、bar）摩擦平均有效压力FMEP= IMEP-BMEP。FMEP值过大将会影响发动机的功率扭矩输出，1.6L CBR VVT发动机在额定功率点的理想值为1.6~1.7 bar。

6、PMEP（Pumping mean effective pressure、bar）

泵气平均有效压力，提前开启排气阀可降低泵气损失，但有可能缩短作功冲程，减小指示平均有效压力。

7、COV of IMEP（Coefficient of vibration of IMEP）

该值主要是评定发动机部分负荷与怠速时燃烧稳定性的重要指标，其值越小燃烧越稳定，一般地，燃烧速度越快其值越小。低速低负荷时其值较大，高负荷时其值较小。2000rpm/2bar时其限值为5%，怠速时其限值为20%。

8、BSFC（Brake specific fuel consumption）

评价发动机燃油经济性的重要指标，全负荷工况点的最低值为275g/kw*h（此时空燃比应小于1），2000rpm/2bar时其限值为372-399g/kw.h（RON 95）。

9、Max pressure rise（bar /CA）

平均压力上升率，当点火角设定的过早时，平均压力上升率增大，输出扭矩增大，油耗降低，但燃烧噪声变大，工作粗暴，因此需对此限制。1.6L CBR VVT和2.0L TCI GDI发动机的最大值为4bar/CA。

10、Lambda 空燃比有实测空燃比和通过排放分析仪计算的空燃比两种。

部分负荷空燃比为1；全负荷时为了得到较大的扭矩输出需将空燃比加浓，一般情况下空燃比为0.9时，发动机的输出功率较大；高速高负荷时，为了降低排气温度而将空燃比设的更加浓，可为0.85，空燃比加浓排气温度降低的原因主要是燃油蒸发吸收部分热量，另外空燃比过浓将会使燃烧不充分，而是排气温度降低。

11、喷油正时

对于直喷发动机，喷油正时比较重要。因为当加大气门重叠角时，可利用新鲜空气将废气尽可能排除，然后开始喷油，这样避免了燃油随新鲜空气进入排气系统，因此适当的喷油正时可以提高燃油经济性。有一点要注意，由于一部分新鲜空气未参加燃烧便进入排气系统，这使排气系统中氧传感器的测得空燃比值高于实际燃烧的空燃比值。

12、最大燃烧爆发压力

最大燃烧爆发压力过大，活塞、曲轴等运动件的强度也必须提高，否则容易损坏。1.6L CBR VVT 发动机的最高燃烧爆发压力70bar、2.0L TCI GDI最大燃烧爆发压力90bar。

13、发动机最大功率

满足开发目标。1.6L CBR VVT发动机的开发目标为87kw/6200rpm（RON 95），2.0L TCI GDI发动机的开发目标为144kw/5500rpm（RON 95）。

14、发动机扭矩

满足最大扭矩的开发目标，低速段扭矩的开发目标。最大扭矩点的转速不要太高一般小于4500rpm，低速段的扭矩较低，会影响整车的加速性能。

1.6L CBR VVT 发动机的最大扭矩开发目标值为147 Nm/4300rpm、低速段扭矩的开发目标值为121 Nm / 1500rpm（RON 95）；

2.0L TCI GDI 发动机的最大扭矩开发目标值为290Nm/1800rpm、低速段扭矩的开发目标值为249 Nm/1500rpm（RON 95）。

15、PCO 其排放量主要与空燃比有关，空燃比浓排放量升高。

16、PHC 点火角推迟排放量降低，空燃比浓排放量升高。

17、PNOx 燃烧温度高，氮氧化物的含量高。通过内部EGR可显著降低其含量。

18、CO2

19、O2 一般排气中氧气的含量在1%内，则说明燃烧正常，可通过此数值方便的判断发动机工作状态是否正常。20、发动机出水温度

一般控制在90摄氏度。

21、发动机进水温度

进出水温的差在4摄氏度比较合理，说明发动机的冷却系统的冷却能力满足要求。

22、发动机机油压力

机油压力正常保持在4-5 bar。

23、机油温度

一般控制在90摄氏度，最高温度不能超过140度。

24、环境压力

25、空滤口温度、压力

空滤口温度一般控制在标准温度25度。

26、进气软管温度、压力

27、进气管温度、压力

全负荷试验时，进气歧管的压力与环境压力的差值不能太大，否则将影响发动机的充气效率也就影响了发动机的功率输出，1.6L CBR VVT发动机的限值为25-30mbar。

增压发动机进气管温度控制的过低，有利于功率扭矩输出，但实际上增压发动机进气管内的一般较高（本发动机规定，外特性试验时为50摄氏度），因此要注意进气管内的温度是否适当。增压发动机进气管压力控制的高，有利于功率扭矩输出，但进气压力过高（如绝对压力超过1.8bar），将会使增压器的工作负荷加大，工作环境恶化，可靠性降低，另外也减少了高原时进气增压的余量。

28、各缸进气口温度

29、油轨压力

1.6L CBR VVT发动机的油轨燃油压力为4bar。2.0TCI GDI 发动机的油轨压力可调，一般控制在7-11Mpa，中低负荷时燃油需求量小，为了降低高压油泵的功率消耗，将油压设定的低一些，高负荷时为了满足燃油量，应将油压设定的高些。30、进回油温度

31、各缸排气温度

32、排放物采样

33、三元催化器前的温度、压力

1.6L CBR VVT发动机的最大功率点的排气背压规定值为350mbar。三元催化器前的最高排气温度应低于850摄氏度。

2.0L TCI GDI发动机最大功率点的排气背压规定值为450mbar（最大不能超过550mbar）。增压器前的最高排气温度应低于950摄氏度。

34、三元催化器温度

一般三元催化器内部的最高温度不能超过920度，否则三元催化器将会被烧结损坏。

35、三元催化器后的温度、压力

注：在进行台架试验时一定要注意三个重要的参数：点火提前角、排气温度和空燃比。

点火角不当则会引起爆震，损坏发动机；排气温度过高将会使三元催化器烧结损坏；空燃比不当将会影响油耗，也会影响点火提前角和排气温度。

发动机产品的数字化开发

作者：长安汽车工程研究院 詹樟松 来源：AI汽车制造业

在市场竞争趋于白热化的今天，汽车和发动机制造企业的成功取决于能否持续地向市场提供一流的汽车和发动机产品。富有创新的高效产品开发流程则是企业向市场持续提供一流产品的保证。

产品开发流程概述

发动机产品开发是一个庞大的，具体的产品开发管理程序集，其范围涵盖了从项目研究分析到批量生产整个过程，随着信息技术的发展，将数字化的开发成为一种趋势，发动机产品开发流程的数字化就是在PDM等平台上通过计算机和网络来处理、固化和集成整个发动机产品的开发过程见图1。

图1 发动机产品开发流程及其数字化示意图

本文选取发动机开发流程中的设计和验证阶段，以一款发动机从市场概念确定到虚拟样机开发完毕进入样机制作和物理试验开发为止，简单地介绍发动机产品的虚拟开发过程。

本文定义的设计和验证阶段的数字化开发可细分为概念设计阶段、布置设计阶段和详细设计阶段，每个阶段都包含了数字化设计和验证工作的并行和协同：设计工程师按照时间进度提交零部件、装配的子系统及整机的CAD设计数据；验证工程师应用CAE手段对设计部门提交的CAD数据进行包括最基本的尺寸和运动学校核、复杂的动力学分析和功能实现以及最复杂的可靠性分析等进行全方位验证。在整个数字化开发过程中，CAD设计和CAE分析都在PDM系统的统一管理下实现最大化的并行、交互和协同。

概念设计阶段

概念设计阶段是发动机产品开发流程中进入工程化开发过程的第一阶段，也是最重要的阶段。理论上来说，有关所开发产品的所有重大决策性问题都要在这一阶段内解决。概念设计阶段的主要工作有：对前期项目策划阶段完成的市场、法规、竞争对手和竞争机型调查研究的结果进行分析和评估，并转换为概念设计阶段的设计输入；产品设计、工艺设计、生产制造、市场销售和零部件供应商的专家们在概念设计阶段需协同进行可行性研究工作；根据产品的市场定位和企业品牌的内涵，结合当前行业的技术发展水平等因素，确定所开发产品在性能、质量、成本等方面适当的目标水平、具体指标和规格要求；进行整机系统总体布置研究；确定产品的总体技术方案和各子系统的总体技术路线等。

概念设计阶段的数字化开发工作以CAE仿真分析为主，在整机级和各大系统级建立虚拟样机进行CAE分析，根据仿真分析的结果设定各项设计目标和确定总体技术路线。对于发动机产品开发而言，概念设计阶段的主要CAE仿真任务有：

1、发动机气体交换过程模拟

建立一维的CFD模型，分析发动机经进气系统吸入新鲜空气直至经排气系统排出的整个过程，目的是确定进气系统和排气系统以及气缸盖气道的总体技术方案和主要参数，目标是保证发动机整个气体交换过程顺畅有效。此类分析软件主要有GT-Power和AVL-Boost等。

2、发动机热动力学分析和整机性能预测

在气体交换的基础上增加发动机缸内燃烧过程的仿真分析，预测发动机的总体性能，如功率、扭矩和燃油消耗率等，然后反过来确定进气系统、排气系统、由缸盖、缸体和活塞组成的燃烧系统等子系统的主要参数和技术方案，如图2所示。

图2 发动机热动力学和整机总体性能预测

3、发动机冷却系统一维CFD分析

用于确定发动机水套的主体结构使发动机得到有效而适当的冷却，保证发动机热力学性能和可靠性的实现。此类分析软件有GT-Cool等。

4、发动机润滑系统一维CFD分析

用于确定发动机润滑系统，主要是发动机缸盖、缸体的润滑油道的主体结构和主要参数，使发动机各运动部件，如凸轮配气机构、曲柄连杆机构等得到有效而适当的润滑，保证发动机的可靠性。此类分析软件有FlowMaster等。

5、装备该发动机的整车的基本性能仿真分析

目的是确定与该发动机匹配的变速器，以及预测装备此动力总成的汽车的动力性和燃料经济性，图3所示的即为整车性能分析CAE模型及其相应的分析结果——新欧洲循环工况下的汽车燃油消耗量和汽车性能指标（反映汽车的动力性）之间的关系。该类分析软件主要有AVL-Cruise和GT-Drive等。

图3 汽车动力性和燃料经济性能预测和变速器选型分析

布置设计阶段

布置设计阶段主要是确定各主要零部件的尺寸和相互之间的关系及接口，进一步对概念设计阶段确定的技术方案进行细化。布置设计阶段的CAD设计工作主要是根据概念设计阶段的CAE仿真结果建立发动机各大子系统的表面模型，确定和建立各大子系统之间的装配关系和模型，以及明确发动机在所装配的整车发动机舱中的坐标位置等。CAE仿真分析则需要对所有的概念设计阶段的分析模型进行更新，使之更加具体和复杂，仿真的输出结果也更加详细和准确。同时，增加新的一些CAE仿真分析内容和领域，如发动机前端轮系动力学分析，配气机构动力学分析，以及发动机的缸盖、缸体、曲轴、凸轮轴和连杆五大零部件的初步有限元分析等。

1、发动机的前端轮系和配气机构动力学分析

应用AVL-Tycon或MSC.ADAMS等行业常用的专业软件建立分析模型，首先对前端轮系和配气机构子系统的布置设计结果进行各运动零部件之间的装配和运动学关系进行检查和校核，然后开始动力学分析，主要的分析内容是考察各运动零部件的位移、速度、加速度等运动学和动力学指标以及各零部件在各种状况下的受力情况，分析目的是要求各运动部件的各力学指标在合理范围之内以确保动力学系统的可靠性和良好振动和噪声水平，图4即为发动机配气机构的动力学分析。

图4 发动机配气机构动力学分析

2、主要零部件的有限元分析

在布置设计阶段部分主要的零部件，如缸盖、缸体、曲轴、凸轮轴和连杆五大件将进行第一轮的有限元计算分析，考察和验证零部件CAD结构设计的合理性，主要计算各零部件的刚强度、模态和疲劳等。在布置设计阶段，有限元分析是静态分析，相对简单，主要考察零部件CAD设计的静态结构参数的合理性。图5和图6分别给出了发动机连杆的强度分析和曲轴的扭振分析，常用的分析软件有HyperWorks、NASTRAN、ABAQUS、AVL-EXCITE等。

图5 发动机连杆强度分析

图6 发动机曲轴扭转振动分析

详细设计阶段

详细设计阶段，数字化开发范围将覆盖所有新设计零部件的全部特性，在详细设计阶段结束时将保证每一个零部件的CAD设计数据（包括三维实体设计数据和二维平面设计数据）将能具体指导工厂的生产制造，因此，CAD设计的工作量急剧增长，成为详细设计阶段的主要工作。同时，在详细设计阶段将应用CAE分析手段对所有新设计零部件的CAD设计进行分析和验证，以确保在数字化开发阶段解决每个新设计的零部件以及从零部件到各子系统、最后到整机的每个层次都不存在问题。

此时，CAE分析的首要任务是对前两个阶段所有的分析模型根据详细设计阶段能够获得的最全面的设计信息进行最后的更新和拓展，进一步更准确地验证各零部件、系统和整机的功能和特性。比如在概念设计和布置设计阶段进行的发动机气体交换一维CFD分析的基础上将进一步拓展和更新到进行一维或三维的进排气噪声分析（见图7），进排气系统和发动机缸内流动的三维CFD分析（见图8）。目的是从三维角度考察发动机的气体交换过程和流体在发动机缸内的流动过程，保证发动机各缸进排气的均匀度和发动机缸内流动的最佳化，以及在保证发动机性能设计指标的前提下尽量降低发动机的进排气噪声。又如在前阶段发动机冷却系统的一维CFD分析在本阶段将更新为最详细的三维CFD分析，以详细考察冷却液在发动机冷却水套中的流动情况，包括冷却液的流动速度、压力损失等参数，要求整个冷却水套没有流动死区或冷却液发生沸腾等，使发动机得到恰当的冷却，从而确保发动机的工作的可靠性。在汽车和发动机产品开发领域，常用的三维CFD分析软件有Fluent、Star_CD和AVL-Fire等。

图7 发动机进排气气动噪声分析

图8 发动机进排气系统和缸内流动三维CFD分析

在此着重介绍发动机缸体缸盖一体化分析（见图9），该CAE分析项目是整个发动机开发流程中最复杂、最困难的、也是最重要的分析项目之一。发动机缸体缸盖一体化分析是一个典型的流固耦合分析，整个分析由发动机缸内燃烧和传热、冷却润滑系统的三维CFD计算分析和缸体缸盖的受热、受力、变形等有限元分析两个过程的交互耦合完成，考察发动机缸盖、缸体、缸套、汽缸垫等在极限或典型运行工况下的温度变化和变形等，尤其是一些关键部位的关键指标必须被验证确认。比如缸盖鼻梁区的最高温度、缸套的最大变形量、汽缸垫的变形量等，这些部位任何一处设计不当导致温度过高或变形过大都会给发动机带来致命的失效。例如缸盖鼻梁区温度过高会导致材料蠕变失效、开裂等，缸套变形过大会带来拉缸等，这些故障一旦发生将直接导致发动机完全失效而报废。

图9 发动机缸体缸盖一体化分析

在详细设计阶段所有零部件和子系统新的CAD设计都必须经CAE仿真分析验证，确保任何设计问题解决后，开发流程才能进入样机制造和物理试验开发和验证阶段。

结语

本文概述了数字化技术在现代发动机产品开发流程中的应用，从概念设计到详细设计，CAD设计和CAE分析始终在PDM统筹下并行、协同工作，例如PDM系统会规定CAD设计工程师在一定的时间间隔内发布以百分比方式表示的CAD设计成熟度（完成度），负责该零部件的CAE分析工程师则根据CAD设计的不同成熟度建立不同层次的分析模型，进行相应层次CAE校核或验证，并及时把分析结果反馈给CAD设计工程师，以保证其后续设计的正确方向。可见，整个数字化开发过程就是一个CAD设计和CAE验证的“实时”交互和协同过程，该过程使得现代发动机产品的设计质量提高、周期变短并且降低了费用。(end)

油田分析试验数据库 篇3

罗38区长81油藏属半深湖-深湖相沉积环境, 发育曲流河三角洲相, 沉积砂体分布受物源和沉积体系展布控制, 砂体以水下分流河道为主, 平面上主要呈西北至东南条带状展布, 西部砂体较东部砂体发育, 沿分流河道展布方向砂体连通性好。

2009年以长81为目的层围绕罗23井大规模开发, 控制含油面积80k m2, 地质储量3200×104t, 动用含油面积12.36km2, 动用地质储量549.42×104t。主要开采层位长81, 井网形式为菱形反九点, 井排距480×130, 埋深2680-2720m, 平均砂层厚度22.2m, 平均油层厚度16.2m, 岩心分析孔隙度10.8%, 渗透率0.69×10-3μm2。原始地层压力19.4MPa, 已完钻402口, 建成产能35×104t, 平均钻遇油层16.2m;完试357口, 单井日产油19.5t;投产355口, 初期单井日产液4.0m3, 日产油2.6t;目前单井日产液2.6m3, 日产油1.6t。投注118口, 平均单井日注水20m3。

2 试验目的

选择罗38区单井产量小于1吨的两个井区, 对油井进行关井恢复地层压力, 利用压力监测资料, 摸索累计注水量与压力恢复的关系, 以确定开井时机。并监测复产后生产情况, 结合液面、液量、注水量等数据摸索优化间开制度。为同样物性条件的产建井提高单井产量积累技术。

3 试验内容

3.1 试验井组生产情况

从小于1吨的油井分布情况看, 主要位于油藏北部高含水带以及甩开实施探边的骨架井, 钻遇油层厚度薄 (9.7m) , 岩性致密 (声波时差211) , 投产初期表现为高含水、低液量。根据地质情况, 考虑现场的可操作性, 4月份选择罗38区北部罗38-63、罗38-67、罗38-71、东部的罗24扩、罗38-28、罗38-23共6个井组进行油井停井恢复地层压力试验。实验前平均单井日产液0.9m3/d, 日产油0.3t/d, 含水53.8%, 动液面1708m。

3.2 试验井组注水情况

北部试验区:试验油井11口, 对应注水井7口。平均油层厚度13.8m, 平均电阻38.2Ω·m, 声波时差220.6μ.s/m。试油平均日产油10.4t, 日产水6.4m3。试验前单井平均日产油0.2t, 含水58.9%;对应注水井7口, 试验前日注79方, 平均单井日注16方, 累计注水9006方。目前日注151方, 单井日注22方, 累计注水60647方。

东部试验区:试验采油井13口, 注水井7口。平均油层厚度14.7m, 平均电阻37Ω·m, 声波时差219μ.s/m。试油平均日产油16.3t, 日产水5.0m3。试验前单井平均日产油0.4t, 含水43.5%, 对应注水井7口, 试验前日注109方, 平均单井日注15方, 累计注水23285方, 目前日注105方, 单井日注15方, 累计注水57539方。

4 关井试验效果

4.1 液面恢复情况

4月中旬低产停井试验井 (24口) , 由关井前的1707m上升到10月上旬的569m, 液面恢复1138m左右, 恢复效果较好。其中, 北部试验区液面由关井前的1647恢复至718m, 东部试验区由1757m恢复至418m。各井于10月下旬陆续复产。

4.2 流压恢复情况

通过6个月的液面恢复, 9口一类油井流压大于19MPa, 平均流压由9.9MPa上升至23.7M P a, 上升13.8M P a;9口二类油井流压恢复在16-19 MPa, 平均流压由9.3MPa上升至17.6MPa, 上升8.3MPa;6口三类油井流压恢复在10-15 MPa, 平均流压由7.8MPa上升至12.8MPa, 上升5.0MPa。

5 关井试验效果分析

根据油层物性的差异, 通过液面恢复速度, 流压恢复状况及地层压力恢复状况对本次试验井分类制定开井制度。

5.1 恢复速度

从液面恢复速度来看, 一类井液面恢复速度大于7m/d, 液量0.11m3/d, 地层供液能力较好;二类井恢复速度在5-7m/d, 液量0.07m3/d, 液面恢复速度较慢, 地层供液能力差;三类井恢复速度在小于5m/d, 液量0.04m3/d, 液面恢复速度最慢, 地层供液能力差。

5.2 压力监测情况

从压力恢复情况来看, 共测试8口油井, 压力由关井前的16.6MPa上升到目前的18.9MPa, 上升2.3MPa, 其中3口可对比井压力上升1.7MPa。

6 开井试验效果分析

6.1 开井制度初步制定

通过上述指标计算, 由于最大恢复速度在11米/d以内, 按 (1.2方/100米) 计算, 考虑现场情况, 暂对泵径、泵挂不改动, 冲程/冲次:1.8/2.0, 理论排量3.2-4.2m3, 一类开井制度井由于地层供液能力相对较好, 连续开井, 二类井实施停1开1, 三类井实施停2开1的开井制度。

6.2 试验效果跟踪分析

通过对比三类井不同开井制度进行效果跟踪, 至11月底, 一类井液面下降速度25m/d, 产量递减率52.3%;二类井液面下降速度13m d, 递减率1.8%;三类井液面下降速度10m/d, 递减率36.2%。对比地关前液面、油量变化, 二类井试验效果比较显著, 产量回升明显, 液面下降速度较慢, 地层供液能力相对较好。

6.3 注水见效井统计

通过地关压力恢复试验以及间开试验, 发现注水见效井12口, 其中北部见效5口, 东部见效7口。见效率57.2%。

7 结论及认识

(1) 罗38区长8油藏属于低渗透油藏, 压力传导慢, 油水井短期内无法建立起互动关系, 非超前注水区域, 地层压力得不到及时补充, 导致油井投产后压力下降速度快。对低产井实施间开或地关, 可以有效提高地层流压, 防止因生产压差过低, 导致原油密度增大, 导油能力降低, 出现地层长期供液不足的现象。

(2) 通过地关及间开试验, 开井数21口, 注水见效井12口, 累计注水量由地关前3.2w上升至目前11.8w, 液量由地关前的0.5m3回升到12月的1.4m3, 油量由0.2t上升至0.9t。其中:

(1) 北部开井10口, 见效5口, 见效率50%。地关前液量0.5m3, 油量0.2t, 含水60%;12月液量1.2m3, 油量0.7t, 含水32%。

(2) 东部开井11口, 见效7口, 见效率6 4%。地关前液量0.6 m3, 油量0.3t, 含水3 9.0%;1 2月液量1.5 m3, 油量1.0t, 含水17%。东部效果较好。

(3) 根据所选试验区注水现状, 油层物性不同, 通过调整工作参数, 控制流压, 8口井含水有明显下降, 由地关前69.5%下降至12月的22.2%。建议:

(1) 北部试验区油层厚度薄 (9.7m) , 岩性致密 (声波时差211) , 物性较差, 投产初期即表现为高含水、低液量, 建议采取温和注水, 控制采液强度, 减缓含水上升。

(2) 东部试验区地关前累计注水量较低 (2.3w) , 地层能量不足, 建议加大注水强度, 补充地层能量, 提高注采比, 从而提高单井产能。

(4) 通过对试验井关井及开井后间开试验效果的跟踪。

(1) 常开井:液面下降速度25m/d, 关井液面恢复速度7-10m/d, 产量由地关前0.3t上升至12月0.4t, 下降速度远远大于地关时液面恢复速度, 导致破坏生产压差, 液面下降过快, 出现地层供液不足现象, 下步建议调整为停1开1;

(2) 停1开1井:液面下降速度13m/d, 关井液面恢复速度5-7m/d, 产量由地关前0.3t上升至12月1.0t, 产量回升明显, 液面下降速度慢, 建议加大注水强度, 补充地层能量;

油田分析试验数据库 篇4

Weibull分布下恒定应力加速寿命试验分组数据的统计分析

对Weibull分布恒定应力加速寿命试验的分组数据,利用形状参数的线性无偏估计将分组数据转换为指数分布的加速寿命试验分组数据,建立相应的.似然方程,求解得到加速模型参数最大似然估计,最后对某实例进行了分析.

作 者：郑德强 张正平李海波 胡彦平ZHENG De-qiang ZHANG Zheng-ping LI Hai-bo HU Yan-ping 作者单位：北京强度环境研究所,可靠性与环境工程技术国防科技重点实验室,北京 100076刊 名：强度与环境 ISTIC英文刊名：STRUCTURE & ENVIRONMENT ENGINEERING年，卷(期)：35(6)分类号：V524.3关键词：Weibull分布 恒定应力加速寿命试验 分组数据 似然函数

油田分析试验数据库 篇5

我国对防治土壤污染修复技术研究与应用起步较晚, 多以室内机理性研究为主, 实际应用较少。对油田开采区污染的土壤进行治理, 选择一种既经济又快捷有效、无二次污染的修复治理方法, 已成为了环境治理的当务之急。我们利用河南省人民政府与中国地质调查局共同实施的《河南省黄淮平原经济区多目标区域地球化学调查》项目, 以地球化学、植物学、土壤学、生态学等学科为技术支撑, 在自然环境条件下, 用传统的农业种植方式, 对采油区被污染土壤中的石油类、Hg、Cu、Pb、Cd、As、PH、全盐量进行评价, 选用苜蓿、黑麦草两种植物进行了栽培和修复试验, 以达到油田开采区污染土壤治理, 探索污染区植物修复的环境生态效应。

1 试验区概况

1.1 位置

种植试验区位于河南省中原油田采油区, 试验面积3亩。

1.2 地理概况

种植试验区处于黄河冲积平原, 地形较为平坦, 地貌体主要为黄河近代泛流平地。土壤类型主要为砂质潮土, 是发育在黄土性河流沉积物母质上, 经地下水参与成土过程, 在旱耕熟化条件下形成的土壤[4]。春季干旱多风, 夏季炎热多雨, 秋季凉爽潮湿, 冬季严寒多雪, 一年四季分明。多年平均降水量592mm, 最大冻土深度37cm。

1.3 地质条件

出露地层为第四系全新统黄河冲积物。包气带的物质组成多为黄河泛滥所带来的冲洪积物。包气带岩性主要为粉土、粉砂、粉质粘土及细砂等, 隔水性能差, 为一弱透水层。

1.4 组织管理

为保证项目的正常开展, 种植试验施工成立了专门的项目经理部, 下设耕作施工组、技术组, 负责科研技术事宜。为防止自然灾害和人为破坏 (如防家禽到地里刨食) , 成立安全协调组, 负责种植区安全协调事宜。种植试验场地由项目组与当地老乡共同管理模式, 以保证种植试验顺利进行。

2 种植试验

根据污染区水文、气象、土壤、地质、污染物类型及污染现状, 选择切实可行植物进行石油污染治理研究。

2.1 室内种植试验

室内试验按不同比例加入污染区已受重污染土放在盆中, 用分盆栽的方法研究植物的适应性。试验表明苜蓿生长良好 (图1) , 适宜种植。

2.2 实地种植试验

2.2.1 土壤耕作

根据试验区地势低洼, 土壤含水量高的情况, 采用机耕晾墒方法进行处理地。采用悬空耙作业, 整地深度在30cm左右, 晾晒二天再作业一次, 再晾晒, 反复作业四次, 目的是使土壤均匀, 适于种植。项目组人员与当地村民一道顺利完成了土壤耕作。

2.2.2 播种

播种前将种子与原地粉土混合掺匀, 以利于出苗。播种采用撒播、条播两种方法共同作业, 确保播种效果。将种子均匀的播撒在整好的地里, 使种子浅覆土, 播种深度1.5~2.0cm, 考虑土壤污染的实际情况, 每亩播量按正常土壤播量的2倍确定, 每亩播量定为4kg。

播种黑麦草1 亩, 紫花苜蓿1 亩, 黑麦草与紫花苜蓿混播区1亩。

2.2.3 田间管理

出苗前尽量避免种子被破坏, 如:避免家禽到示范区中大规模刨食等。在雨水较多的情况下, 植物会因淹水而死亡。管理期间, 做好田间排水工作保证田间无积水。

考虑此次工作在11月中旬进行, 为确保种植试验出苗率及幼苗安全越冬, 在试验区内建设保温棚一座 (图2) 所示。

本次工作在收割留茬高度为5~7cm, 收割时期, 第一茬在现蕾期收割, 以后各茬在初花期收割为宜, 尽量避免人为破坏。

3 试验对比

油田区污染土壤植物种植试验研究, 样品采集包括水和土壤样品, 土壤样品分析项目为石油类、Cu、Hg、As、Pb、Cd、p H值及颗粒分析共八个项目;水样品分析项目为石油类、Cu、Hg、As、Pb、Cd、p H值共七个项目, 分析测试工作委托有资质的实验室进行。

3.1 样品采集

项目组与实验室一道对样品的采集、分装加保护剂、盛样容器密封、运输、测试等工作严格把关。水样品的采集严格按要求现场加试剂, 现场记录, 现场贴标签, 并针对石油类的特性, 对测试石油类因子的样品采用玻璃容器取样现场密封。样品采集后24小时内样品送达实验室。检查每组样品的桶数量是否够, 样品的包装容器是否完好, 有无漏水、漏气现象。样品有专人负责管理, 水样和土壤样分库存放, 确保了样品无交叉污染。

3.2 样品分析

本次样品分析测试使用了先进的大型精密仪器, 如SOLAAS-M6 型无火焰原子吸收光谱仪, UV751GD型紫外分光光度计, 以及YYG-2A型冷原子荧光测汞仪。这些仪器检出限低、灵敏度高、分析结果准确, 分析方法的检出限和报出率均能满足实验要求。

准确度合格率100%, 加标回收率95%~105%范围内, 均符合规范要求。

精密度的控制采用重复分析的方法进行控制, 质量全部符合规范要求。

4 植物差异分析

4.1 植物长势差异

植物的生态长势受气象、水文、土壤、播种方式、田间管理及环境污染等多方面的影响, 呈现多样性。因其多样性, 导致修复植物的出苗、生长状受到抑制, 从气象方面说, 播种后突降大雨, 土壤水分含量极大, 不适宜种子的萌发条件, 加之播种后气温骤低, 幼苗大部分被冻死。从水文方面讲, 治理区地下水位埋深较浅, 土壤湿度较大, 难以出苗。从土壤和环境污染方面说, 土壤中因废油的散落, 造成石油类、含盐量高, 抑制幼苗生长, 在高盐碱地区 (含盐量在0.21%~0.74%) 幼苗死亡。

试验区种植苜蓿及黑麦草两种植物进行生态对比。中西部黑麦草长势良好 (图3) ;苜蓿在西部和南部长势一般 (图4) , 中部长势较好 (图5) 。在东部苜蓿无法生长, 只生长有杂草, 尤其是在东北角则杂草也无法生长 (图6) , 主要原因是地势低洼, 不利于排水。试验时间为11 月份, 采取自然和大棚保温两种方式进行对比。大棚区内苜蓿出苗率高, 长势好;大棚区外苜蓿出苗率低, 长势差。

东部土壤易溶盐含量在0.61ug/g, 石油类含量在31.4~96.3ug/g;而西部土壤易溶盐含量在0.1149~0.2406ug/g, 平均值为0.1604, 石油类含量在25.5-61.8ug/g, 西部土壤中易溶盐含量和石油类含量明显小于东部地区。土壤易溶盐含量高低是影响修复植物生长态势的主要因素。

4.2 种植前后对比分析

本次工作的检测项目以石油类、Hg、Cu、Pb、Cd、As为主要研究对象, 苜蓿和黑麦草植物对石油类降解、重金属的吸附有较好效果。根据两次分析结果进行分析对比 (表1) 。

从两次取样对比分析结果来看, 种植苜蓿和黑麦草植物, 对污染土壤中的石油类和重金属有一定的吸附作用。治理后土壤中石油类降幅31.57%, 重金属类降幅3.53%~35.71%。石油类含量降幅大于重金属下降幅度。

苜蓿是直根系植物, 根系可深达3~4m, 可以处理深部的污染物。本次试验对石油类、汞有明显的修复作用, 铜、镉、砷修复效果不明显。

黑麦草是须根系植物, 根系发达且主要集中在20~30cm, 适宜浅部污染物的处理;对石油类、汞有明显的修复作用, 对铜、镉、砷修复效果不明显。

5 结论

根据中原油田污染特征, 种植苜蓿和黑麦草试验后, 土壤中石油类和重金属含量有明显下降, 取得了预期治理效果, 选用苜蓿和黑麦草作为修复植物法治理石油类污染进行原位修复方法正确, 具有推广和借鉴价值。

摘要：石油资源的开发为国家经济做出重大贡献, 同时也对生态环境造成了一系列的问题。其中土壤环境承担着越来越多的污染负荷, 土壤污染修复治理是世界性环境问题之一。选择有效的植物对石油开采过程中土壤污染生态修复技术研究成为了国内外科研的热点。

关键词：油田开采,污染土壤,修复植物,种植试验

参考文献

[1]夏北成.环境污染生物降解[M].北京:化学工业出版社, 2003.

[2]张兴儒, 张士权, 等.油气田开发建设与环境影响[M].北京:石油工业出版社, 1998.

[3]连会青, 武强, 李铎.石油污染物在浅层孔隙介质中的吸附与迁移[J].辽宁工程技术大学学报, 2005 (2) :25-26.

油田分析试验数据库 篇6

1.1 实验仪器与药品

实验仪器:烧杯、瓦林搅拌机 (进口) 、试模、压力机、一次性塑料杯子等。

实验药品:水泥, 粉煤灰、石灰、硫酸铝、无机固化主剂A

1.2 固化实验验方法

结合过去现场施工的经验以及市内实验选择固化剂的原则, 我们将把粉煤灰、水泥、石膏作为主剂, 聚合氯化铝、固化主剂A以及硫酸铝作为辅剂。按规定的比例均匀混合主剂与辅剂, 再与100毫升的废弃钻井液充分搅拌, 将液体倒入固定模具中 (大小为70mm×70mm×70mm) , 放置6周, 使之成为一个固化体, 为进一步了解固化剂的实际效果, 我们将对固化体的强度以及浸出液的酸碱值、COD等进行测量, 以配出最理想的固化剂配方。

经过大量的配方试验, 确定选用以下配方:以7%~8%水泥+45%~46%粉煤灰+35%石膏+6%聚合氯化铝+2%硫酸铝+4%~5%无机固化主剂A组成的复合固化剂 (加量以占废弃钻井液体积百分比计) 。

2 现场试验与应用

2.1 废弃钻井液性能

试验用的废弃钻井液位为中原油田Y5-1236井的废弃钻井液池, 其固相含量28%, 密度1.6g/cm3, p H值8.0, API虑失量6.5m L, 塑性粘度67m Pa·s。

2.2 现场施工用具

(1) 挖掘机:型号PC220, 九米加长型。

(2) 座车斯太尔底盘。

(3) 运输车:翻斗车或卡车。

(4) 现场指挥车, 越野型。

2.3 施工材料

6%~8%水泥+44%~46%粉煤灰+34%石灰+6%聚合氯化铝+2%硫酸铝+3%~5%无机固化主剂A的复合固化剂组成的复合固化剂。

2.4 现场施工程序

2.4.1 准备工作

(1) 用现场指挥车踏勘现场, 确定井场位置。

(2) 将固化剂 (散装或袋装) 用运输车送至预固化的井场。

(3) 用座车将挖掘机背到井场, 挖掘机开始工作。

(4) 根据井场情况:a.如无水, 钻井液面低于地面0.5米以下, 可直接用挖掘机在池面加入固化剂, 并用挖掘机把固化剂和废钻井液搅拌均匀, 然后填土, 尽量还原挖平地面;b.如有污水, 则将污水拉到联合站处理或拉到其它生产井用于泥浆用水, 然后加入固化剂固化填土, 对于钻井液接近地面时要扩池, 让液面低于0.5米以上, 这样才能进行固化工作, 否则, 把固化剂加入后, 上面就无法填土。

2.4.2 固化处理

施工中固化剂应按如下的顺序投加。首先是聚合氯化铝与硫酸铝:作用是破坏废弃钻井液的胶体体系, 使胶体体系失稳脱水, 并与水发生水化反应, 和固相颗粒及有机物发生交联反应, 水化物与交联物相互作用形成凝聚结晶体系;其次是无机固化主剂A:作用为形成缩合交联体, 提高水化物的稳定性, 使水化物能够互相交叉、连接, 形成连续的空间网状结构;水泥+粉煤灰+石膏:在石膏的激发作用下, 粉煤灰与水泥可以大幅度地提高水化物的结晶速度, 使结构的有序度降低, 加速固相颗粒和水化物的紧密填充, 释放自由水, 加速自由水的挥发而提高固化体的形成速度。在投加固化剂时应用搅拌机械搅拌充分, 均匀混合, 投加一项固化剂一般至少需搅拌5~10min, 然后候凝固化。固化体在初凝前进行回填夯实, 回填过程中, 回填500~800mm深度时, 可使用挖工打夯机或振动泵对污泥进行实处理。

现场固化施工工艺流程如图1所示。

2.4.3 试验效果检测

对固化池封存前, 应将井场及周边所有的废液材料、废渣、油泥和所有被污染的土壤等污染物进行彻底清理, 回填到固化池内与废液一起作固化处理, 填平夯实后, 拆除剩余池墙, 设排水孔。经5~10天的候固化期, 固化体达到一定强度后, 在固化池上用耕植土进行覆盖, 覆土厚度约为300mm。在固化10~20d后, 分别于池顶、池深1m处、2m处和分层钻孔取样, 每个取样重量不小于250g。在浸出液实验中, 取100g样并将之破碎至粒径10~30mm大小, 然后浸泡于1L水中, 24h后分析浸出液污染物浓度。

固化胚体浸出液检测结果如表1所示。

固化后的固化胚体浸出液经中国石化中原油田公司环境监测中心检验合格, 钻井污水达到国家污水综合排放二级标准。

3 结束语

采用固化配方7%~8%水泥+45%~46%粉煤灰+35%石灰+6%聚合氯化铝+2%硫酸铝+4%~5%无机固化主剂A的复合固化剂组成的复合固化剂可有效处理中原油田Y5-1236井废弃钻井液, 固化强度好, 固化体浸出液毒性小, 能满足国家综合污水排放标准GB8978-1996中的二级标准。

摘要：随着钻井液体系日益增多, 钻井工艺的快速发展, 配方变得日益复杂。而中原油田钻井液中都含有重金属、无机碱、无机盐、原油及成品油、高分子有机物等[1], 在自然界液体的冲刷下不间断渗入地层, 对周边土壤及水源形成污染, 使作用过的耕地长期荒芜不能耕种。当今我国采用较为普遍的钻井液处理方法是固化法[2]。它相对成本低、应用性好、处理量大, 适合低成本大批量处理, 并且能够消除钻井废泥浆中的金属离子和有机物质对水体、土壤和生态环境的影响和危害, 能使CODCr、p H、总铬等主要污染指标达到GB8978-1996《污水综合排放标准》的要求, 具有施工简单、速度快、处理效果好、对环境影响小、经济等优点, 是一种较为理想的无害化处理技术。

关键词：油田,钻井液,固化试验

参考文献

[1]王眉山.石油钻井废弃钻井液处理的环境问题[R].北京:石油工业出版社, 2008.

油田分析试验数据库 篇7

目前,在井场原油生产输送过程中,在冬季使用燃烧煤、油、伴生气或电加热等常规方法对原油进行加热,造成大量的能源消耗和二氧化碳排放,在增大生产成本的同时也为生产安全管理增加了负担。

针对长庆油田探区的区域特点,结合国内外已有的关于原油加热方法的探索性研究以及近年来国际节能领域的技术发展成果[1,2],提出了井组太阳能原油辅助加热节能技术,这项技术把太阳能引入到油田开发和生产过程中,建立了一种橇装式太阳能辅助原油加热装置。

1 太阳能集热技术应用研究

1.1 系统组成

橇装式太阳能辅助原油加热装置由内置换热盘管保温水箱、系统控制柜、循环泵组、无机超导热管集热器阵列、热水循环管道,以及远程控制系统构成(图1)。

为了便于现场安装和检修,橇装式太阳能辅助原油加热装置采用了独特的橇装式设计,将内置换热盘管保温水箱、控制柜、循环泵组集成为一个标准橇装结构,每个橇装单元对应日产30 m3以内的输油管线,橇装部分在现场可一次吊装安放完成。为了增加设备运行的稳定性以适应设备分部区域广泛和现场的恶劣条件,为便于对设备运行情况的实时监控,系统采用基于组态软件和GPRS网络的远程控制系统,维护人员能及时了解设备运行状况并处理设备的故障及报警信息,同时满足数字化油田对设备的要求。无机超导热管的采用避免了常规集热管破裂造成系统瘫痪的现象产生,也将集热系统寿命延长至10～15年。

1.2 工作原理

该装置采用强制集热循环方法将太阳能量以热水方式保存至集热水箱,通过水箱内部的原油换热盘管实现对外输原油的加热。通过设置水箱温度,使原油输送温度保持在一定温度范围。

控制系统为远程PLC控制系统,具备手动和自动两种控制方式,并可通过GPRS和以太网口同时实现远程有线及无线网络在线监控,具体工作原理如下:

1)加热功能。

系统配备电加热,当水箱温度低于定温值时启动,可在阴天和夜间保持水箱温度,持续对原油加热。

2)集热循环功能。

在自动状态下,集热器温度和水箱温度的差值大于系统规定值,则开启循环泵集热,将水箱内的低温水循环至集热器加热后返回水箱。当集热器温度和水箱温度的差值小于系统规定值,表明集热器无法进行加热,则关闭循环泵。集热循环可将太阳产生的热量储存于保温水箱用于原油加温。

3)系统自检及报警保护功能。

系统运行过程中对各个传感器及设备运行状态进行自检,及时发出报警信息。报警类型包括传感器故障报警、低温报警、过热报警、低水位报警、泵故障报警。报警信息通过控制柜声光报警和触摸屏页面提示蜂鸣器报警,并以短信形式通知设备管理人员。关键设备发生故障后系统在发出报警信息的同时自动切换模式启动保障系统运行,特殊情况下维护人员可远程手动控制设备,保证系统异常得到及时处理。

4)远程控制系统原理。

远程控制系统是为实现装置的异地远程监控、实时数据采集和现场无人值守而建立的适合油田野外环境的高集成、高稳定的自动化控制系统。

系统由工控机/服务器、PLC、供配电设备、智能仪器仪表及执行器、无线传输系统、无线事件通知(短信发生器)等部分组成,采用彩色触摸屏操作界面,GPRS/以太网远程监控,实时动态显示和控制整个生产工艺过程。全部控制元器件采用标准工业元器件集成,抗干扰性强,硬件设备具备温度保护功能,可在零下40℃低温环境中稳定运行。现场操作简便,运行稳定。整个系统采用多路冗余设计,参数设置详尽灵活,可最大发挥系统能效。

终端服务器采用目前先进的组态软件,可同时监控256套装置,具备精美的工艺流程画面、完善的工艺参数分析、交互式报表、故障诊断与恢复,全方位监控过程,实现了过程参数的稳定化控制。

2 现场试验

试验选址位于采油三厂XX井组,井场海拔1 818 m,场内共有采油井4口,停产3口,其中一口生产井管输结蜡严重,日产液15 m3,含水70%,油井产油通过输油管道输送,为保持原油外输配置60 kW电磁加热器1套,根据现场调研,冬季电磁加热器全功率运行不间断使用,可将原油加温至40～50℃后外输,耗电量大。

橇装式太阳能辅助原油加热装置配置2 100 mm×60 mm无机超导集热管576支,理论上单日冬季集热能力为1 135 MJ,为确保系统在最不利天气状态下的日产热能力,采用了12 kW×3组(1备2用)辅助电加热。

图2、图3分别为橇装式储热换热水箱和太阳能加热系统。

3 效益分析

太阳能加热系统自2010年10月运行起,有效保证了原油外输温度维持在44～53℃,杜绝了油井结蜡造成管线运行不畅及冻堵现象发生。

根据现场调研,往年冬季该井场采用60 kW电磁加热器全功率运行不间断使用,可将原油加温至40～50℃后外输,单日耗电量1 464 k Wh。

因换热方式不同,在使用本系统的情况下,原油升温30℃外输所需功率为20～24 k W,其中65%的能耗由集热阵列提供,每日能耗应为375 kWh,单日节能1 089 kWh,按照1 kWh 0.6元计算,单日节约电费653元,冬季5个月节约98 000元;春秋季2个月每日节能470 kWh,日节约电费282元,共16 920元。相比原来的加热方式,本系统全年可直接节约电费支出11.5×104元。

4 结论

太阳能加热系统在低成本条件下实现了对井组外输原油的全年持续加热,设备运行稳定,实现了异地远程监控、实时数据采集和现场无人执守,是适应油田野外环境应用的高集成、高稳定性系统。

太阳能集热技术的应用是油田降低能源消耗、提高经济效益的可行性举措,为长庆油田低碳绿色发展开辟了一条新途径。

参考文献

[1]范玉平.太阳能节能技术在油田的应用[J].石油天然气学报,2005.27(3):568-569

油田分析试验数据库 篇8

关键词：油田分析化验,NoSQL,MongoDB,数据管理模式

0 引言

21世纪是信息时代,信息化己成为企业现代化的重要标志,国内油田企业更是积极投身于信息化建设浪潮之中。经过近十几年的飞速发展与不断完善,中国石油集团公司及其下属的各地区级油田企业的信息化均取得了长足进步,信息化范围和信息化深度持续拓展,信息化水平保持央企先进水平。在信息化建设中数据库建设起了关键性的作用。它是信息化建设的基础,没有数据丰富的数据库,信息化建设就是无源之水、无本之木。油田企业是一个多学科、多专业相互配合、相互渗透,协同攻关的知识、技术密集型企业。油田企业从勘探开发到生产经营管理,涉及到的数据类型复杂、数据量大,这其中又以分析化验数据库最有代表。分析化验数据库建设已经成为油田信息化建设的重要组成部分。然而随着分析项目和方法的增多,油田分析化验数据库所管理的数据类别日益增多,面临着数据模型单一查询效率低等问题,因此通过开展No SQL数据库技术研究,大胆尝试非关系型数据库在油田分析化验领域的应用。

1 油田分析化验数据库建设现状与存在问题

新疆油田信息化建设一直走在中石油集团公司的前列,新疆油田分析化验数据管理系统建立于2004年,经过十年运行和不断完善,目前已经发布4.0版本,开发并投产应用了6个实验室的75个检测项目,数据管理流程融于管理系统中,保证了数据入库质量和数据应用的可信度。分析化验数据管理系统的启用,规范了油田公司分析化验数据,为实验室人员处理、存储数据、输出报告等提供了很大方便,为研究人员收集、整理、运用数据提供了有利条件,提高了工作效率。这套分析化验系统底层数据库采用的是ORACLE 10g,部署在油田公司集群服务器上。目前存在的主要问题有:

(1)在用的模型无法以井为目标展示所有的分析化验项目。

分析化验数据模型通过样品编号,按不同专业类型来组织数据。各个不同的专业下面根据不同的分析化验项目建立对应的数据表。以分析化验项目气相色谱为例,它是有机地化的一部分,它通过样品编号把相关的各类分析化验数据与样品管理中心的样品信息数据建立起联系,6个专业分类包含75个分析化验项目,共有255张数据表。

这样的数据模型结构,有一个无法回避的问题就是,无法以业务人员熟悉的,面向对象的井的形式,展现一口井的所有分析化验项目和指标数据。而只能在具体的分析化验项目下,查询某口井的分析化验数据。

(2)EPDM模型单表数据量大,查询效率低。

随着数据库技术的不断发展,面向对象数据库模型作为新兴的数据模型,以更接近人的思维方式和对客观世界更有效和灵活的表达被广泛接受。中石油2005年启动了勘探与生产技术数据管理系统(A1)和油气水井生产数据管理系统(A2),亦采用了面向对象的数据模型方法。EPDM彻底改变了传统的分析化验数据管理模式,通过样品、分析、分析指标三张主要数据表来管理所有分析化验数据的模式,可以完全满足分析化验项目和分析化验指标的无限制扩展,而需要做的工作仅仅是维护对应的分析化验项目列表和分析化验指标列表即可。

新的问题又来了,在将分析化验数据库数据迁移至EPDM模型后,数据量达到千万条级别,即使普通的查询,效率也非常低下。

同时随着分析化验数据管理信息化地滚动发展,分析化验数据管理工作不断得到创新。新的分析化验项目不断增加,并且业务和报告格式需要不断变更,计算公式多而且经常修改,图表也各式各样,所以需要不断调整数据库结构,原来的关系型数据库渐渐不能满足业务的需求。

为了解决上述问题,本文开始尝试互联网企业广泛使用的非关系性数据库,在石油行业分析化验领域的应用。

2 No SQL概述

自上世纪80年代起,关系型数据库基本上占据了数据存储的统治地位,其稳定的地位与其突出的优势是密不可分的,尽管关系型数据库的性能非常高,但也有不擅长处理的情况:①数据库表字段不固定;②为有数据的表做索引或表结构变更。

随着计算机技术的发展,对数据存储的需求也慢慢在变化,例如:①非结构化数据的存储和处理需求日增;②对数据提供速度的要求越来越高;③应用场景对一致性,隔离性以及其它一些事务特性的需求可能越来越低,相反的,我们对性能,对扩展性的需求可能越来越高。这些新的存储需求,就是NoSQL数据库兴起的动力。

对于No SQL这个新兴的名词,有一个较为全面的解释:“下一代的数据库产品应该具备这几个特点:非关系型的、分布式的、开源的、可以线性扩展的。”No SQL数据库不使用传统的关系数据库模型,而是使用如key-value存储、文档型的、列存储、图型数据库、xml等方式存储数据模型。No SQL数据库有几个突出的优点:①横向易扩展;②大数据量的高可用性;③灵活的数据模型;④节省成本。

需要强调的是,研究这些新兴数据产品并不是要取代原有的数据产品,而是为不同的应用场景提供更多的选择。

3 基于Mongo DB的油田分析化验数据库设计与应用

针对分析化验数据管理中存在的问题,而NO-SQL又有那么多优势,本文尝试把这两者结合,解决中间的问题,发挥优势。

3.1 数据库选型

在数据库选型之初,研究了No SQL主流数据库的特点及适用场景再综合分析化验系统实际需求,选定了两种可用的数据库产品,分别是列族数据库Cassandra,文档型数据库Mongo DB。

在使用过Cassandra数据库后,发现有以下几个问题:①使用Cassandra的CQL需先创建表模式,因此数据操作受限制;②Cassandra提供的查询方式单一,数据的统计功能不完善且效率低;③Cassandra写性能较好,相比起来读性能较弱,但是系统后期发开对读性能要求高。

经研究后发现Mongo DB能很好的解决以上问题,首先Mongo DB添加数据时不需要创建模式,因此数据插入比较灵活,其次Mongo DB支持丰富的查询表达式,而且Mongo DB发展较成熟,可以提供很丰富的功能,还有强大的数据分析能力,它还比Cassandra具有更好的读取性能。因此,系统最终确定了使用Mongo DB数据库。

3.2 数据模型设计

在设计模型时,引入了面向对象建模的概念,将“单个样品”作为一个类,其中样品信息是类的属性,样品所做的分析项目是类的方法,数据存储的过程就是实例化类的过程。

表1就是实例化的一个对象。

根据这个对象,当需要知道样品的基本信息时,只需找到键“样品信息”,它的值就是所需信息,若需要了解样品做过的分析项目名,只需知道“分析项目”的键名即可,若要知道分析项目的具体指标值,只需再深入一次即可。它能很好的满足用户的各种查询模式的需求,在后期的开发过程中,也经住了考验。

3.3 系统设计与实现

(1)系统架构

系统是一个完整的MVC模式架构系统。MVC的优点是不言而喻的,这样的架构不仅方便模块化的开发,而且符合软件工程开发设计中高类聚,低耦合的特点。系统的架构图如图1所示。

由图1可见,数据访问层从数据库中取出数据,交给业务逻辑层,最后由表现层进行数据展示。

(2)模块的设计与实现

系统有四个具有代表性的模块,分别是井号查询,分析化验项目查询(以井为对象/以样品为对象),分析值查询,范围查询,就以井号查询模块为代表讲述实现的过程,如图2所示。

当点击界面上“查询”按钮后,会触发javascript文件里的select Panel函数,此时调用servlet,servlet调用数据访问层的search Jh Impl函数。search Jh Impl函数访问Mongo DB数据库,取回井号,并按照展示所需格式组织数据,封装后返回。

3.4 系统应用效果展示

图3为系统界面,首先选择井号,点击查询后,左边以树形列表形式展示出当前井所做的分析项目,点击其中一个分析项目,右边以表格形式展示出当前井中所有做过此分析项目的样品的分析数据。系统还提供了范围查询,选择所需的深度范围,点击查询后出现相应数据。

3.5 效率对比

表2中,将使用关系型数据库系统的效率与使用No SQL数据库系统的效率做了一个对比。使用了“程序运行时间”为标准对比效率,将程序开始时间减掉程序结束时间,就可简单地对比出两种方法的效率。

4 结束语

由上一节的效率对比可以看出,就分析化验系统而言,相比于关系型数据库,No SQL数据库的效率优势明显。当数据量增大需要数据库扩展时,相比于RDBMS的纵向扩展,No SQL数据库的横向扩展经济优势明显。由于No SQL数据库的非关系型特性,数据结构简单,所以它的读写性能很高,尤其是当数据量大时,No SQL数据库的效率优势会更明显。

由之前章节的阐述可以证明No SQL数据库在分析化验系统中的可行性,这不失为一个解决当前分析化验系统遇到问题的方法,后续将开发相应的模型管理系统,数据迁移工具等功能,形成一个完善的基于No SQL的数据管理模式。此管理模式就可以运用于其他适合No SQL数据库的油田系统,例如日志系统和单井日生产系统等。

参考文献

[1]秦义江.油田数据库建设探索[J].电脑编程技巧与维护,2012(16):35.

[2]李中泉.关系数据模型与面向对象数据模型的关系探讨[J].计算机与应用化学,2013(7):812-815.

[3]郭鹏.Cassandra实践[M].北京:机械工业出版社,2011.

[4][美]Pramod J.Sadalage,[美]Martin Fowler.No SQL精粹[M].北京:机械工业出版社,2013.

[5]申德荣,于戈,王习特,等.支持大数据管理的No SQL系统研究综述[J].软件学报,2013(8):1786-1803.

[6]姚林,张永库.No SQL的分布式存储与扩展解决方法[J].计算机工程,2012(6):40-42.

油田分析试验数据库 篇9

自开展测土配方施肥参数试验以来,“3414”试验得到广泛的应用。随着试验的实施,试验结果的数据分析虽然有相关的专用软件支持,但试验中常出现特殊的情况,如缺区、部分重复时常给回归方程的计算带来难度,当2水平设计较偏或产量异常时,甚至会出现最高产量和推荐施肥量均为负值的现象,给数据分析与应用带来一定难度。为解决这一系列问题,应用Visaul Basic6.0研究开发了一个针对“3414”试验数据分析的软件,并在Windows XP下测试通过。为共享对“3414”的分析方法,现将该软件的设计方法介绍如下。

1 软件功能

软件的功能设计主要有2个方面:一是进行数据分析,二是反馈设计。数据分析主要是完成试验数据的回归分析,计算其回归方程,并通过方程求取最高产量和最佳经济效益时的施肥参数。反馈设计是针对本次试验设计初定的2水平与试验结果获得的最高产量或最佳经济效益时的参数水平间的差异,对下一次试验的2水平进行修正设计,以便获得更好的回归模型和肥料效应参数。

2 模块结构

软件模块主要包括数据输入、回归分析和方程应用3个部分。一是数据输入。数据输入主要包括单个试验的设计参数输入和试验结果数据的输入,还包括相同实施处理小区的多点试验数据的输入。二是回归分析。根据设计参数、回归模型和试验结果数据,运用回归运算求取回归方程。三是方程应用。本模块主要是在取得回归方程后,完成方程的试验总体评价、边际产量配方分析、最佳效益配方分析、反馈设计配方分析功能。

3 模块设计

3.1 模型生成

“3414”试验的回归分析模型是以三元二次方程(Y=b0+b1X1+b2X2+b3X3+b4X12+b5X22+b6X32+b7X1X2+b8X1X3+b9X2X3)为基础进行生成。生成方法主要分3种:一是通过内置生成标准模型,二是通过对标准模型修改生成非标模型,三是通过人机输入生成所需要的模型。

3.2 数据输入

在试验实际操作中,试验结果常非常复杂[4,5,6],如可能是完全实施的n次重复,可能是部分重复,也可能是部分实施,还可能会出现缺区现象。因此,就某一试验结果的数据输入通过会出现很多情况,在软件设计时都必须给予充分的考虑。但是,不管“3414”试验实施过程中会出现什么样的情况,其结果仍可归纳出一个共同的规律:每个取得有效试验结果数据的小区都有1组与之对应的设计参数,从而数据的输入就可归纳为2种数据组的输入:一是各小区设计参数的输入,二是各小区试验结果数据的输入。在数据的输入方法上,可以通过文本框以字符串的方式输入,也可通过文本文件或电子表格文件导入。数据输(导)入后,再用Split函数分离给设计矩阵(A)变量和依变量矩阵(Y)变量,从而完成数据的输入。对处理小区均相同的多个试验,则可使用相同的设计矩阵参数,将各试验结果数据一并输(导)入,供一并分析,以方便统计和管理人员快速分析审核多点试验资料。

3.3 回归分析

回归分析分3个部分:一是通过设计矩阵A和回归分析模型计算生成结构矩阵X;二是通过X的转置矩阵X′与X的乘积矩阵的求取逆阵C;三是通过依变量矩阵Y、结构矩阵X和逆阵C求取偏回归系数矩阵B,从而完成回归分析,建立试验的回归方程。

3.4 方程分析

方程分析主要包括3个方面:一是方程显著性检验。首先是通过F测验对回归方程进行总体评价;其次是方程F检验显著再对偏回归系数进行显著性检验。二是方程合理性分析。通过对各试验因子(Xi)求导后,分析各因子的一元二次回归方程,看其一、二次项的系数的正负性及其顶点位置,判断其合理性,从而确定回归方程的可用性。三是最高产量和最佳效益参数分析。通过上述2步检验确认方程合理可用时,首先通过对回归方程求导,获取最高产量时的施肥参数方案;其次是通过对试验肥料数量替换为价值因子后,求取最佳经济效益时的施肥参数方案。

3.5 反馈设计

在获得试验的回归方程后,通常会出现方程的边际产量并不出现在设计的2水平,有的偏差较大,甚至超出了试验设计范围(如大于3或小于0),这常给试验分析和下一步试验设计带来困难。通过运用计算机的高效运算效能,通过对方程各因子进行一定级度(精度可调)试验全域(0~3)扫描,求取方程所反映出的实际边际产量水平时的施肥参数,再将此参数反馈给试验设计者,用于作为下一次试验设计2水平的参考,从而可有效加快试验实施的进程,提高试验精度。

摘要：测土配方施肥“3414”试验数据分析复杂,介绍了“3414”试验数据分析软件的功能、模块结构、模块设计,以期提高数据输入、回归分析、方程分析效率,并将分析结果应用指导生产和新的试验设计。

关键词：“3414”试验,数据分析软件,设计原理

参考文献

[1]莫惠东.农业试验统计[M].上海:上海科学技术出版社,1984:151-174.

[2]张建玲,赵宏儒,马丽萍,等.固阳县旱地马铃薯测土配方施肥田间肥效试验[J].内蒙古农业科技,2011(1):75-77,118.

[3]张明安,马友华,褚进华,等.基于WebGIS的县域测土配方施肥系统的建立[J].农业网络信息,2011(6):20-23.

[4]张国峰贺立源韩松,等.基于移动GIS的施肥推介系统研发[J].华中农业大学学报,2011(4):484-487.

[5]郭小军,王晓燕,白志荣.对测土配方施肥工程的思考[J].内蒙古农业科技,2007(5):9-10.