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钻采工艺论文

时间:2023-02-13 06:41:53

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钻采工艺论文

第1篇

论文关键词:海洋 石油 钻井 现状 发展

论文摘 要:随着海洋石油的大力开发,钻井技术的研究至关重要,本文主要阐述海上钻井发展及现状,我国海上石油钻井装备状况,海洋石油钻井平台技术特点,以及海洋石油钻井平台技术发展分析。

1 海上钻井发展及现状

1.1 海上钻井可及水深方面的发展历程

正规的海上石油工业始于20世纪40年代,此后用了近20年的时间实现了在水深100m的区域钻井并生产油气,又用了20多年达到水深近2000m的海域钻井,而最近几年钻井作业已进入水深3000m的区域。图1显示了海洋钻井可及水深的变化趋势。20世纪70年代以后深水海域的钻井迅速发展起来。在短短的几年内深水的定义发生了很大变化。最初水深超过200m的井就称为深水井;1998年“深水”的界限从200m扩展到300m,第十七届世界石油大会上将深海水域石油勘探开发以水深分为:400m以下水域为常规水深作业,水深400~1500m为深水作业,大于1500m则称为超深水作业;而现在大部分人已将500m作为“深水”的界限。

1.2海上移动式钻井装置世界拥有量变化状况

自20世纪50年代初第一座自升式钻井平台“德朗1号”建立以来,海上移动式钻井装置增长很快,图2显示了海上移动式钻井装置世界拥有量变化趋势。1986年巅峰时海上移动式钻井装置拥有量达到750座左右。1986年世界油价暴跌5成,海洋石油勘探一蹶不振,持续了很长时间,新建的海上移动式钻井装置几乎没有。由于出售流失和改装(钻井平台改装为采油平台),其数量逐年减少。1996年为567座,其中自升式平台357座,半潜式平台132座,钻井船63座,坐底式平台15座。此后逐渐走出低谷,至2010年,全世界海上可移动钻井装置共有800多座,主要分布在墨西哥湾、西非、北海、拉丁美洲、中东等海域,其中自升式钻井平台510座,半潜式钻井平台280座,钻井船(包括驳船)130艘,钻井装置的使用率在83%左右。目前,海上装置的使用率已达86%。

2我国海洋石油钻井装备产业状况

我国油气开发装备技术在引进、消化、吸收、再创新以及国产化方面取得了长足进步。

2.1建造技术比较成熟海洋石油钻井平台是钻井设备立足海上的基础。从1970年至今,国内共建造移动式钻采平台53座,已经退役7座,在用46座。目前我国在海洋石油装备建造方面技术已经日趋成熟,有国内外多个平台、船体的建造经验,已成为浮式生产储油装置(FPSO)的设计、制造和实际应用大国,在此领域,我国总体技术水平已达到世界先进水平。

2.2部分配套设备性能稳定海洋钻井平台配套设备设计制造技术与陆上钻井装备类似,但在配置、可靠性及自动化程度等方面都比陆上钻井装备要求更苛刻。国内在电驱动钻机、钻井泵及井控设备等研制方面技术比较成熟,可以满足7000m以内海洋石油钻井开发生产需求。宝石机械、南阳二机厂等设备配套厂有着丰富的海洋石油钻井设备制造经验,其产品完全可以满足海洋石油钻井工况的需要。

2.3深海油气开发装备研制进入新阶段目前,我国海洋油气资源的开发仍主要集中在200m水深以内的近海海域,尚不具备超过500m深水作业的能力。随着海洋石油开发技术的进步,深海油气开发已成为海洋石油工业的重要部分。向深水区域推进的主要原因是由于浅水区域能源有限,满足不了能源需求的快速增长需求,另外,随着钻井技术的创新和发展,已经能够在许多恶劣条件下开展深水钻井。虽然我国在深海油气开发方面距世界先进水平还存在较大差距,但我国的深水油气开发技术已经迈出了可喜的一步,为今后走向深海奠定了基础。

3海洋石油钻井平台技术特点

3.1作业范围广且质量要求高

移动式钻井平台(船)不是在固定海域作业,应适应移位、不同海域、不同水深、不同方位的作业。移位、就位、生产作业、风暴自存等复杂作业工况对钻井平台(船)提出很高的质量要求。如半潜式钻井平台工作水深达1 500~3 500 m,而且要适应高海况持续作业、13级风浪时不解脱等高标准要求。

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3.2使用寿命长,可靠性指标高

高可靠性主要体现在:①强度要求高。永久系泊在海上,除了要经受风、浪、流的作用外,还要考虑台风、冰、地震等灾害性环境力的作用;②疲劳寿命要求高。一般要求25~40 a不进坞维修,因此对结构防腐、高应力区结构型式以及焊接工艺等提出了更高要求;③建造工艺要求高。为了保证海洋工程的质量,采用了高强度或特殊钢材(包括Z向钢材、大厚度板材和管材);④生产管理要求高。海洋工程的建造、下水、海上运输、海上安装甚为复杂,生产管理明显地高于常规船舶。

3.3安全要求高

由于海洋石油工程装置所产生的海损事故十分严重,随着海洋油气开发向深海区域发展、海上安全与技术规范条款的变化、海上生产和生活水准的提高等因素变化,对海洋油气开发装备的安全性能要求大大提高,特别是对包括设计与要求、火灾与消防及环保设计等HSE的贯彻执行更加严格。

3.4学科多,技术复杂

海洋石油钻井平台的结构设计与分析涉及了海洋环境、流体动力学、结构力学、土力学、钢结构、船舶技术等多门学科。因此,只有运用当代造船技术、卫星定位与电子计算机技术、现代机电与液压技术、现代环保与防腐蚀技术等先进的综合性科学技术,方能有效解决海洋石油开发在海洋中定位、建立海上固定平台或深海浮动式平台的泊位、浮动状态的海上钻井、完井、油气水分离处理、废水排放和海上油气的储存、输送等一系列难题。

4海洋石油钻井平台技术发展

世界范围内的海洋石油钻井平台发展已有上百年的历史,深海石油钻井平台研发热潮兴起于20世纪80年代末,虽然至今仅有20多年历史,但技术创新层出不穷,海洋油气开发的水深得到突飞猛进的发展。

4.1自升式平台载荷不断增大

自升式平台发展特点和趋势是:采用高强度钢以提高平台可变载荷与平台自重比,提高平台排水量与平台自重比和提高平台工作水深与平台自重比率;增大甲板的可变载荷,甲板空间和作业的安全可靠性,全天候工作能力和较长的自持能力;采用悬臂式钻井和先进的桩腿升降设备、钻井设备和发电设备。

4.2多功能半潜式平台集成能力增强

具有钻井、修井能力和适应多海底井和卫星井的采油需要,具有宽阔的甲板空间,平台上具有油、气、水生产处理装置以及相应的立管系统、动力系统、辅助生产系统及生产控制中心等。

4.3新型技术FPSO成为开发商的首选

海上油田的开发愈来愈多地采用FPSO装置,该装置主要面向大型化、深水及极区发展。FPSO在甲板上密布了各种生产设备和管路,并与井口平台的管线连接,设有特殊的系泊系统、火炬塔等复杂设备,整船技术复杂,价格远远高出同吨位油船。它除了具有很强的抗风浪能力、投资低、见效快、可以转移重复使用等优点外,还具有储油能力大,并可以将采集的油气进行油水气分离,处理含油污水、发电、供热、原油产品的储存和外输等功能,被誉为“海上加工厂”,已成为当今海上石油开发的主流方式。

4.4更大提升能力和钻深能力的钻机将得到研发和使用

由于钻井工作向深水推移,有的需在海底以下5000~6000m或更深的地层打钻,有的为了节约钻采平台的建造安装费用,需以平台为中心进行钻采,将其半径从通常的3000m扩大至4000~5000m,乃至更远,还有的需提升大直径钻杆(168·3mm)、深水大型隔水管和大型深孔管等,因此发展更大提升能力的海洋石油钻机将成为发展趋势。

参考文献

第2篇

【关键词】封堵技术 桥接材料 屏蔽暂堵 低渗透成膜

随着资源勘探开发的纵深发展,我国深井钻探的数量逐年增加,然而深部钻探所钻遇地层更加复杂多样,因此更易发生井壁不稳定问题。

为了控制井壁失稳,提高钻探效率,必须提高地层的承压能力,影响地层承压能力的因素很多,主要有地层本身性质(内因)和钻井、封堵工艺水平(外因)两个方面的影响。前者包括地层岩性,胶结程度,裂缝发育方式、开度、宽度,地层温度,近井壁岩石水化程度等;后者则包括钻井液性质、种类、封堵剂组成,所使用的封堵工艺以及相应的钻井参数、工艺等。然而,钻探时地层压力本身往往具有不确定性和不可控性,而钻井液的封堵性能则可以根据实际进行调控,所以钻井液的封堵性能往往决定着提高地层承压能力的高低。

1 桥接材料封堵技术

桥接封堵就是通过不同配比将不同形状和级配的惰性材料,混合加入到钻井液中,随着钻进液循环而封堵漏失层的方法。

此种封堵方法较为传统,但实际施工时却得到广泛应用,主要原因在于此种封堵方法不仅可以有效解决井内孔隙和裂缝造成的部分及失返漏失,而且材料具有易买价廉、使用安全、操作方便等优点。

常见桥堵材料根据形状一般分为颗粒状材料、纤维状材料及片状材料三种类型(具体情况见表1),他们级配和浓度应根据井内漏失层性质及严重程度进行合理选择。堵漏时钻井液中添加桥接材料的含量一般为4%~6%,且上述三种材料在施工时常用的混合复配比例为2∶1∶1,并且应尽可能使大于桥堵缝隙尺寸的惰性材料含量不低于5%;此外需要注意的是如果使用过程中常用尺寸的桥接材料堵漏不成功,应根据情况及时换用更大尺寸的颗粒并增大使用比例。

采用桥接封堵的施工方法有两种,即挤压法和循环法。施工前应准确地确定漏层位置,钻具尽量下光钻杆,钻头不带喷嘴(不然应选择合适的桥接材料的尺寸,以避堵塞钻头水眼);钻具一般应下在漏层的顶部,个别情况可下在漏层中部,严禁下过漏层施工,以防卡钻。施工时要严格按照施工步骤进行。封堵成功后,应立即使用振动筛筛除井浆中的堵漏材料。特别要提出的是,对于在试压过程中出现的井漏,由于漏失井段长、位置不清楚,采用大量桥浆(通常为40~60m3)覆盖整个裸眼井筒的封堵方法,经常可取得成功。

但是,在使用过程中桥接类封堵材料仍然存在以下3点主要问题:

因纤维类封堵材料在井壁无法形成有效低渗阻挡层,故其在微裂缝上搭桥时不具备阻止钻井液侵入和防止井眼失稳的能力;

在渗透地层利用不同尺寸和级配的封堵材料形成泥饼屏蔽层的条件是要具有足够的瞬时滤失。但实际情况是由于井内微裂隙的瞬时滤失过低,致使封堵材料很难形成保护性泥饼;

片状云母类材料使用时通常需要在高浓度快速作用才可以在裂隙处搭桥,发挥封堵作用。但是此种材料在钻井液中浓度的增加会使钻井液循环当量密度也随之增加,导致井底压力进一步提高,最终可能加剧滤失或漏失;

部分桥接材料在使用时因条件限制达不到最好功效,如沥青,其使用时温度必须达到软化点温度以上方可发挥最强封堵作用,但实际施工中绝大多数地层都达不到这个温度。

2 屏蔽暂堵技术

钻井液中起主要暂堵作用的惰性材料称之为屏蔽暂堵剂。屏蔽暂堵技术就是将钻井液中加入屏蔽暂堵剂利用井内钻井液液柱压力与地层液柱压力之间形成的压差压人地层孔喉,并在短时间内形成渗透率接近零的暂堵带技术。

屏蔽暂堵带主要具有以下两方面功能:一是能够有效使地层避免固井水泥浆的污染,二是降低钻井液对地层浸泡时间,降低钻井液污染,进而起到保护作用。

一般来说,暂堵颗粒由起桥堵效的刚性颗粒和起充填作用的粒子及软化粒子组成。在各种处理剂材料中,各种粒度碳酸钙是常用的刚性粒子;沥青、石蜡和油溶性树脂等是常用软化粒子。

引起压差卡钻的主要原因是钻井液在滤失过程中形成的泥饼较厚,泥饼与钻杆的接触面积较大,进而增加了卡钻的概率。但使用低渗透钻井液时,由于其能够在井壁上迅速形成一层低渗透薄膜,相较于传统钻井液而言可以大幅度降低滤失量,所以压差不会传递到地层,从而有效避免了卡钻问题的发生。

(4)防止钻井液漏失

超低渗透钻井液含有气泡和泡沫,这些气泡和泡沫可使过平衡压力降到最低,并且气泡和泡沫可桥塞各种孔径的喉道,阻止钻井液的渗漏,防止地层层理裂隙的扩大和井下复杂情况的发生。

4 结语

桥接材料封堵、屏蔽暂堵以及低渗透成膜封堵是现阶段国内施工实践中主要应用的三种封堵技术手段,其中桥接材料封堵及屏蔽暂堵技术因材料价格低廉、易购买等因素而在实际生产中得到广泛应用,低渗透成膜封堵也因适用地层范围广、封堵性能出色而得到越来越多的研究与关注,发展潜力巨大。所以在施工生产中我们应结合施工实际对封堵剂进行综合考量和使用,争取达到经济效益最大化。

参考文献

[1] 张洪利,郭艳,王志龙.国内钻井堵漏材料现状[J].特种油气藏,2004,11(2):1-2

[2] 黄进军,罗平亚,李家学,等.提高地层承压能力技术[J].钻井液与完井液,2009,26(2):69

[3] 申威.我国钻井用堵漏材料发展状况[J].钻采工艺,1997,20(1):57

[4] 薛玉志.超低渗透钻井液作用机理及其应用研究[D].博士学位论文.山东:中国石油大学(华东),2008

[5] 袁春.隔离膜水基钻井液体系研究[D].硕士学位论文.四川:西南石油学院,2004

第3篇

1 引言

对于高分子量聚合物的性能检测,首先要搞清楚该高聚物的简单聚合工艺以及所带的各种基团。这将有利于检测工作的顺利进行。

1.1 阳离子化试剂的选择

采用不同的聚合工艺,引入不同的官能团,可得到具有不同分子量和不同电荷密度的产品。本实验采用的是水溶液自由基共聚合工艺,因此涉及到阳离子化试剂的选择。目前可供选择的阳离子化试剂大多为带有季铵基团的物质,其中3―氯―2―羟丙基三甲基氯化铵[1]、(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(简称DMC)[2]及二甲基二烯丙基氯化铵(简称DMDAAC)等是近几年研究较多的几种阳离子化试剂。

本实验中选用DMC作为阳离子单体。

1.2 性能检测方法[3]

本实验合成高聚物的电荷密度采用胶体滴定法测定。胶体滴定技术是由日本学者寺山宏于1948年发明,以后经多方研究和开发,使之成为适应广泛pH值范围的最简单的高分子电解质的定量方法。胶体滴定是一种测定水溶液中带电聚合电解质的滴定方法。

1.2.1 胶体滴定原理

胶体滴定基于带正电与带负电的聚合电解质之间可发生反应,聚合电解质由于带电荷而在水溶液中保持稳定,如果它们的电荷被带相反电荷的聚合电解质所中和,聚合电解质就会趋于相互结合,并最终生成沉淀。所以,把一种阳离子聚合电解质的溶液加入到另一种阴离子聚合电解质的溶液中时,反应将以电荷一一化学计量进行。

实验中,胶体滴定通常是用标准阳离子或阴离子的聚合物滴定样品,这些聚合物含有与样品带相反电荷的物质进行反应,形成一对一的电荷复合体,使用终点指示剂或相关仪器来判定滴定终点。终点时添加的滴定电荷的量正好等于样品中电荷相反的溶解电荷的量。

1.2.3 AC流动电流的测定

流动电流的测定是在一个细小的狭缝中进行的,将水溶液样品装入测量池,在范德华力的作用下,高分子胶体状的溶解电荷载体优先吸附在测试室和活塞的表面,而“反离子”(胶体表面聚集的相反电荷离子)保持相对自由。这样可以利用振荡活塞迫使样品液来回通过细小狭缝,产生剧烈的水流。水流带走了自由的“反离子”,使之脱离胶体物质,这样“反离子”在内置电极上便产生了流动电流。

使用AC流动电流法来确定胶体滴定的终点,一个最重要的问题就是需要绝对的清洁,否则结果是不可靠的,这是该方法中误差最大的根源。

2 实验部分

2.1 实验原料及药品

聚乙烯醇硫酸钾(PVSK):国产

聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDADMAC):德国Mütek公司生产

2.2 实验过程

2.2.1 NMR、FT-IR用待测样品的处理

将以水溶液形式存在的聚丙烯酰胺样品,反复用丙酮洗涤,去除溶液中的杂质。最后在常温下晾干,待测。

2.2.2 胶体滴定用待测样品的处理

将以水溶液形式存在的聚丙烯酰胺样品,用容量瓶稀释至所需要的浓度,每次用移液管移取10ml于PCD的塑料测量池内,用标准滴定液测量。

2.3 实验分析方法

2.3.1 CPAM的结构分析:

采用核磁共振技术。

2.3.2 CPAM的电荷密度或阳离子化度的测定:

电荷密度的计算按下式进行:电荷密度(meq/g)=

式中:

C-PVSK标准溶液的电荷密度,meq/ml;

V-消耗PVSK溶液的体积,ml;

m-10ml待测聚合电解质溶液所含样品量,g。

阳离子化度按下式计算行:

式中:

N-PVSK溶液的浓度,mol/l;

V-样品消耗的PVSK溶液的体积,ml;

A-样品中丙烯酰胺单体的摩尔数,mol;

B-样品中阳离子单体的摩尔数,mol。

3 结果与讨论

3.1 高分子量阳离子聚丙烯酰胺的核磁共振谱图分析

174.989ppm峰表征AM单体中酰胺基上的碳,254.552ppm、92.185ppm和62.570ppm峰分别表征DMC单体中酯基(O-C=O)上的碳、O-CH2基上的碳和CH2-N+基上的碳。利用粗略估算法,可以知道174.989ppm和254.552ppm的峰面积之比与实验的理论值2.33基本一致。从以上这些信息也可以说明该聚合方法是成功的。

3.2 对共聚法合成的高分子量CPAM阳离子化度(或电荷密度)的考察

3.2.1 高分子量CPAM阳离子化度的测定

采用胶体滴定法测定的CPAM的阳离子化度和合成时的理论值相差很小。关于测定CPAM的电荷密度,对比文献[4]中介绍的硝酸银滴定氯离子的方法,胶体滴定法操作简单、快速、而且适用测定的pH值范围很广;而硝酸银滴定氯离子的方法步骤繁琐,pH适用范围窄。

3.2.2 pH值对高分子量CPAM电荷密度的影响

pH值对自制的CPAM的电荷密度影响很大。随着pH值的增加,自制CPAM的电荷密度逐渐减少,尤其是在pH值大于7的碱性范围内。虽然共聚的季铵型CPAM电荷密度随pH值的增加逐渐减少,但即使pH值为9时,仍保持其一定的正电性。

4 结论

4.1 运用核磁共振技术,对高分子量阳离子聚丙烯酰胺的结构进行检测。均表征其相关基团的存在,而且单体间的比例基本与理论上的一致。

4.2 胶体滴定法操作简单、快速、准确性高、成本低,适用广泛pH范围测定聚合电解质的电荷密度。

4.3 采用胶体滴定法测定的CPAM的阳离子化度和合成时的理论值相差很小,说明采用共聚的方法合成CPAM是可行的。

4.4 CPAM以溶液形式存放时,其电荷密度随放置时间的延长逐渐下降。PH值对CPAM的电荷密度影响也很大,随着pH值的增加,CPAM的电荷密度逐渐减少,尤其是在pH值大于7的碱性范围内。

参考文献:

[1] 金树人,贺均林,彭民伟等. 季铵型阳离子醚化剂CHPTA合成与应用. 造纸化学品,2001,(2):36

[2] 周效全. 阳离子单体在油田化学的开发和应用. 钻采工艺,1996,19(4):71~75

第4篇

关键字:薄煤层开采技术发展趋势

中图分类号:P618文献标识码: A

当前我国薄煤层开采技术现状

薄煤层的定义

薄煤层是指地下开采时厚度1.3m以下的煤层;露天开采时厚度3.5m以下的煤层。我国薄煤层资源丰富,分布面广,而且煤质好。据统计,全国薄煤层的储量占全部可采储量的20%,在近80个矿区中的400多个矿井中就有750多层为薄煤层。其中,厚度在0.8-1.3 米的共占86.02%,小于0.8米的占13.98%,0.8-1.3米的缓倾斜煤层占73.4%,开采条件相对较好。一些地区薄煤层储量比重很大。贵州省占37.2%,山东省占43.9%,四川省占51.8%。尽管有较好的储存条件,但由于受 “工人劳动强度大、采煤机械化程度低、安全系数低、工作面单产和效率低、掘进率高、开采成本高”影响,每年从薄煤层中采出的煤量仅占全国总储量的10.4%,而且还有继续下降的趋势,产量与储量的比例严重失调,造成国家资源的浪费,矿井服务年限缩短。

现行薄煤层开采技术

2.1 用刨煤机开采薄煤层

刨煤机采煤自20世纪40年代在德国问世以来,很快就得到推广和发展,成为薄煤层采煤机械化的强大支柱。原欧洲的主要产煤国德国、俄罗斯、法国等,使用刨煤机开采的煤炭产量占总产量的50%以上,刨煤机的日产量可达到5000t以上。

刨煤机的主要优点:

①能实现极薄煤层的综合机械化开采,便于实现开采过程中的自动化;

②采煤过程连续进行,工作时间利用率高;

③采出的块煤率高,工作面煤尘量少;

④结构简单,维护方便。

2000年铁法小青矿采取国内配套的方式引进一套德国DBT公司全自动化刨煤机系统,生到2002年产煤炭106万t,最高日产量6480t,小青矿全自动化刨煤机开采技术的成功极大地提高了国内煤炭行业使用刨煤机的积极性。近年来,国外刨煤机技术又有了较大的发展。

2.2 滚筒采煤机开采薄煤层

现在使用的滚筒式采煤机是传统的采煤设备,其应用十分广泛,发展速度也比较快。随着缓倾斜中厚煤层至厚煤层综合机械化成套技术的逐渐成熟,“三软”和大倾角煤层等困难条件下综采配套技术也得到了应用。以电牵引、故障自动诊断、支架电液控制等为核心的技术也应用到了滚筒式薄煤层综合机械化设备上,这种采煤技术也正趋于成熟。薄煤层综合机械化采煤经过多年的试验,已经取得了显著的开采效果。

滚筒采煤机由于适应性强、效率高、便于实现综合机械化作业,因而发展迅速。它的整体结构、性能参数、适应能力、可靠性等诸方面,都有了较大创新和提高。薄煤层滚筒采煤机是在中厚煤层滚筒采煤机的基础上发展起来的,它也具有许多优点:

①积木式无底托架结构、液压螺母紧固、多台截割电动机横向布置、抽屉式部件安装等技术的应用,使得薄煤层滚筒采煤机结构更加简单,安装更为轻便;

②整体结构和传动方式的改进,使得滚筒采煤机的机身变得更窄、更低;

③采煤机功率的不断加大,以及电气调速行走和远程无线控制技术的应用,使得薄煤层滚筒式采煤机更能适应较复杂的开采地质条件;

④薄煤层采煤机比较适合小型煤矿的综合机械化开采。

2.3无人工作面采煤技术

无人采煤或无人开采是指工人不长时间在工作面跟机操作,而是在巷道或其它地点控制或操纵工作面机械,完成采煤、装煤、运煤、顶板管理及采空区处理等工序的一种采煤方法。60年代我国在江西、徐州、广东等地试验过煤锯采煤,原始的无人采煤。由于设备可靠性差,顶板管理问题没有解决,仃止了。无人开采目前主要适用于薄煤层中,重点解决工人的劳动环境问题,采煤方法是回采巷道布置和回采工艺的组合,分类应考虑各种因素在内,包括落煤、运煤、支护、矿压控制,工作面推进方向,开采方式和有无改变煤的聚集状等,这样比较全面。

2.4螺旋钻机采煤法

螺旋钻采煤机适用于煤厚0.45~1.5m,倾角在15°以下的煤层.新汶引进了两台薄煤层螺旋钻采煤机,分别在潘西和南冶煤矿进行了采煤工艺试验,获得成功.在引进使用的同时,对螺旋钻机设备进行了7项技术改进,以便适应我国各种地质条件下薄煤层开采

2.5连续采煤机巷柱式采煤法

连续采煤机巷柱式采煤法主要具有以下特点:

(1)采掘合一

(2)设备少、投资省

(3)机动灵活

(4)机械化程度高

我国引进多套薄煤层连续采煤机设备,先后有大同四台矿、鸡西小恒山矿、河南大峪沟煤矿等处使用,但使用效果并不理想,主要是对设备性能没有很好掌握。

薄煤层采煤技术未来发展趋势

发达国家薄煤层开采技术发展水平

国外发达国家的薄煤层开采机械化程度比较高,在采煤工作面配套设备中液压支架、刨煤机、滚筒采煤机、刮板运输机在设计方法和结构上有了重大发展。总趋势是:

1、采煤机采用了多电机电牵引技术,并且向大牵引速度、大功率、高电压、大截深发展。有的实现了滚筒自动导向。

2、液压支架应用了电液控制技术,使支架的动作自动连续进行,移架速度大大提高,配合采煤机的煤岩识别系统运输机的故障诊断和自动运行监测系统等先进技术。实现了工作面的智能自动化生产。

3、刮板运输机实现了大功率、高速度、高可靠性。

薄煤层工作面综采三机配套设备的发展,使薄煤层生产能力、工效都接近中厚煤层水平,实现了高产高效。

2、国内薄煤层开采技术发展水平

我国厚煤层及中厚煤层开采已经基本实现了机械化,逐渐向自动化方向发展。据了解,对薄煤层开采,相当一部分矿区还在采用传统的炮采,或者开采工艺的机械化程度较低,工作面产量小效益差,工人劳动强度大,安全也没有保障。

随着国家及煤炭企业对薄煤层开采重视程度的提高,我国薄煤层机械化开采技术与装备开始快速发展。2013年6月15日,宁夏回族自治区科技支撑计划项目“薄煤层采煤机截割用高压隔爆电动机研制”通过了专家验收。专家认为,该项目自主研制出了我国首台高压大功率薄煤层采煤机截割电动机,首创了两种无外水套薄煤层采煤机水冷截割电动机,填补了国内空白,产品主要指标达到国内领先水平,无外水套薄煤层采煤机水冷截割电动机研制水平达到了国际先进。

未来薄煤层开采技术发展趋势

薄煤层比中厚煤层经济效益差的现实,决定了其开采技术及装备的相对滞后,尤其受条件影响,设备的安装、检修、操作等均受到很大的限制。此外,薄煤层生产能力低,单产水平低,巷道消耗率高、接替紧张等特点使得设备难以进行有效开采,部分条件极为复杂的薄煤层只能弃而不采,资源损失严重。 我国薄煤层煤炭资源十分丰富,研制生产薄煤层采煤机截割电动机,为薄煤层开采提供装备配套,解决薄煤层资源开采难题,提高薄煤层煤炭资源开采利用率,对促进能源节约和安全具有重要意义,应用前景十分广阔。

而要实现薄煤层安全高效开采,根本出路在于机械化。当前,开采技术和设备重要性凸显,尤其对中小矿井而言,精选适合薄煤层开采的液压支架、采煤机、运输机等“三机”配套设备,大功率、重型化、小体积和高可靠性的设备,实现工作面的自动化操作和控制是恰当的是实现矿井增产增效的有效手段。

参考文献

第5篇

【关键词】无意外风险钻井技术 概念 发展方向

油气资源是人类生产发展和日常生活所必须的能源资源,然而其开采和发掘却具有一定的高危险性和高投入性。尤其是对深海内部的油气资源进行钻井开采,其发生意外的可能性会更大,风险性会更高。为了改变这种现状,科学工作者研究和开发了一种无意外风险钻井技术。

1 无意外风险钻井技术1.1 无意外风险技术的概念

无意外风险钻井技术,英文缩写为NDS。它是在21世纪初,国外的BP公司利用其丰富的钻井作业技术,同时结合斯伦贝公司先进的工具,共同开发的一种新型钻井技术。后来,经过多次试验和现场检查,证明其应用性、目的性较强,故而得以在钻井技术中被广泛使用。

在开发无意外风险钻井技术的过程中,两家公司主要坚持这样一个核心思想,即集合各领域的专家,先进的预测和钻井数据库软件,先进的硬件,为它们提供整套工作框架及工艺方法,通过这些要素的协作和交流,让其以结构化的方法对深海井下的风险进行鉴别、分析,之后采用适当的预防措施,控制这些风险。最终根据不同的条件设计不同的钻井方案,解决井筒压力、井壁稳定等问题,消除钻井过程中,可能出现的意外事故,达到降低钻井成本的目的。

1.2 无意外风险钻井技术的系统组成

通常情况下,无意外风险钻井技术系统的主要工作环节为:

由图可知,无意外风险钻井技术综合了最先进的硬件、软件、网络等技术,通过参数测量、井下信号采集与传输系统、井下控制技术,将地层信息和深海井下的风险控制相结合,又采用钻井专家系统、井下风险评价系统、三维可视化技术构造的地质模型,对钻井区域的信息进行收集和分析,之后向硬件设备发出反馈工作指令,调整钻井方案,控制钻井风险。

1.3 无意外风险技术的特点

根据无意外风险钻井技术的系统图,可知这项技术有以下几个特点:

(1)利用多种学科解决高难度问题。无意外风险钻井技术中包含了石油钻井、深海测绘、计算机网络、多媒体、地理等各个学科的先进技术,通过这些技术主要解决深水复杂地形探测和钻井等高风险和高投资的问题。

(2)强大的信号采集和传输功能。要完成整个无意外风险钻井技术,就要获取与之相关的地层流体、放射性、动态钻井液、钻井工具、井眼轨迹、地层物理等各项参数。在采集参数的过程中,需要强大的信号做支撑,数据采集完成后,需要有快速高效的传输讯号做支撑。

2 无意外风险钻井关键技术

无意外风险钻井的关键技术主要包括:钻前风险预测技术;随钻风险发现技术;随钻风险决策技术;钻后风险评价技术等。

通常在进行钻井前,工作人员会对钻井过程中可能会出现的风险进行提前预测,之后采用一定的办法避免这些风险,这个就是钻前风险预测技术的实施过程。在这个过程中,工作人员一般要使用WellTRAK知识系统、地质力学模型、RiskTRAK数据系统或者邻井资料进行对比,完成钻前风险预测。

而在随钻风险发现技术中,NDS技术最核心的钻井工程信息和地质信会被获取和分析。其获取信息的过程主要是通过随钻测量工具以及实时动态监控软件共同完成。通过这些数据,工作人员能够制定相应的方案,优化钻井作业,评价地层状况。

通过随钻风险发现技术,能够鉴别和发现钻井过程中的某些风险。在此基础上,就要使用随钻风险决策技术,解决这些风险。而要完成这一技术的实施工程,通常要借助于三维以及斯伦贝协作和决策中心等方面的技术。

钻后风险评价技术是整个无意外风险钻井技术的最后一环。一般在完成钻井工作之后,工作人员会利用数学模型对钻井过程中发现的风险进行统一评价和总结,将其收集到数据库中,完善和更新钻井风险的数据。

3 无意外风险钻井技术的发展方向

当前,无意外风险技术已经在国外和国内部分油田中,有了一定的应用,但是在应用的过程中也存在一定问题,故而未来的无意外风险钻井技术的发展方向就是解决好这些问题,促进整个技术的发展。

国外无意外风险技术中的随钻测量、旋转导向等工具,以及阻碍信息共享网络技术发展较为先进,同时其无意外风险技术已经具备了一定的钻井能力。然而受技术和各种因素的影响,其随钻测量工具的精度较差、像素分辨率也较低,影响了数据的准确性。另外,由于受网络技术的限制,其数据处理和风险评价软件主要以静态为主,而动态的实时的软件系统仍不够完善。所以在未来的无意外风险钻井技术中,解决随钻测量工具的精度,建立和开发实时动态的数据处理和风险评估软件,将是主要发展方向之一。

与国外的无意外风险钻井技术相比,中国的NDS钻井技术起步较晚,虽然在随钻测量和导向工具的研发上,取得了一些成绩,并且也提高了NDS钻井技术的系统和应用能力,但与国外的技术仍旧有一定的差距。同时为了提高NDS钻井技术的数据监控能力,中国搭建了中石油钻井实时数据监测分析汇中心,并且建立了完善的钻井专家系统和钻井信息库系统。通过这样的方式,可以是全国甚至全世界范围内的石油钻井数据完成采集、传输和交流,为国内的无意外风险钻井技术提供相应是软件和硬件保证。

无意外风险钻井技术能够对深海或者复杂地形中的油气资源开采提供相应的预测、鉴别方案,减少钻井过程中的意外风险,同时控制钻井的投资,减少其成本。在未来的钻井技术中,具有良好的发展前景,应该被广泛使用。

参考文献

[1] 连志龙,周英操,申瑞臣.无意外风险钻井(NDS)技术探讨[J].石油钻采工艺.2009,31(1):90-94

[2] 夏炎,申瑞臣,袁光杰.NDS(无风险)钻井技术及展望[D].第七届石油钻井院所长会议论文集.石油工业出版社,2008:43-46

第6篇

【关键词】潜山裂缝储层 压裂液 储层损害 造缝岩心 导流能力

辽河油区大民屯凹陷油气非常富集,潜山油气藏也是主要的产油层位,裂缝一般较为发育。该区属低孔、超低渗油藏,有效孔隙度为1.6%~4.1%,多发育垂直缝和高角度缝,岩性以砂泥岩互层、灰质白云岩和油斑混合花岗岩为主。为了提高油井产能改善油藏渗流条件,水力压裂是常用的增产措施。压裂液作为压裂改造油气层的入井流体,在压裂过程中起传递压力和携带支撑剂的作用,但也会对储层造成不同程度的伤害[1,2]。其滤液、残渣伤害会造成近压裂区域储层渗透率急剧降低,同时也降低了填砂裂缝的导流能力,进而影响单井储层改造效果,降低储层整体开发效果。因此,本文开展了压裂液对裂缝性储层伤害实验研究,并对下一步压裂液选择提出技术对策。

1 裂缝性储层压裂液损害机理分析

裂缝性储层孔隙性砂岩明显不同的是,裂缝既是裂缝性油藏流体的储集空间,又是渗流通道,裂缝是受损害的敏感部位,应主要考虑裂缝受到的损害[3-6]。总体来说压裂液对潜山裂缝性储层损害主要体现在以下方面:

(1)侵入裂缝的压裂液滤液会引起粘土矿物水化膨胀、分散运移,造成裂缝渗透率降低;

(2)压裂液沿地层裂缝进入地层,破胶后残渣堵塞地层及裂缝内孔隙和喉道,同时增强了滤液与油形成乳状液的界面膜厚度,难于破乳,降低裂缝渗透率损害地层;

(3)压裂液滤液进入地层,与裂缝充填物相互作用引起裂缝有效宽度减小,从而降低裂缝渗透率;

(4)压裂液滤失会在裂缝壁面形成内外滤饼,该层滤饼极为致密(如表1所示),渗透性极差额外增加了油气渗流阻力,如不清除将对油气由地层进入压裂填砂裂缝产生极为不利影响。

(5)压裂液对填砂裂缝导流能力的损害主要是由于压开的裂缝闭合,支撑剂嵌入储层,滤饼占据了部分以至整个支撑剂之间的间隙,导致裂缝导流能力大大降低,阻碍压裂液的反排和原油的产出[7]。综合以上分析压裂液对潜山裂缝储层油气渗流的不利影响主要体现在对储层裂缝渗透率和填砂裂缝导流能力的损害。

2 压裂液对储层损害人造裂缝岩心评价

储层岩石在井下受上覆地层压力和地层流体压力的共同作用,由于开采取心等作业过程中导致岩石受到的有效应力发生变化,引起储层渗透率的改变,这种现象称为应力敏感性[4]。目前对于裂缝性储层的入井液伤害研究多采用天然岩心进行纵向劈裂,即人造裂缝岩心进行驱替与污染实验,采用该方法关键在于井下裂缝实际宽度的准确模拟

2.1 围压对裂缝参数的影响

实验中选取辽河油田沈288、沈299井的岩心并分别将其劈裂人工造缝,利用岩心流动实验装置在常温下静态改变围压,测定岩心的气测渗透率。所采用的两口井岩心基质渗透率均极低,其基本参数如表1。

实验测得造缝岩心裂缝渗透率随着围压的变化,可以看出随着岩心围压的增加造缝岩心气测渗透率急剧下降,当围压超过3.5MPa后岩心气测渗透率下降缓慢趋于稳定。在不考虑基质孔隙有渗透能力的前提下,Mckoe根据达西定律的一般原理采用平行板模型,推导得到裂缝渗透率与裂缝宽度的关系如下[10,11]:

W——裂缝有效宽度,μm

可知裂缝渗透率与裂缝宽度的平方成正比关系,因此根据所测试的渗透率可以反推得到不同围压条件下的裂缝宽度,在污染评价实验中可以通过调节围压模拟井下不同的裂缝宽度。

2.2 压裂液造缝岩心动态污染评价

采用辽河油田常用的HPG和GHPG压裂液体系对造缝岩心进行动态污染,以模拟压裂液进入裂缝性储层并进行动滤失的过程,测定一定缝宽条件下污染前后渗透率值并计算渗透率恢复率。实验所用仪器为JHMD-Ⅱ高温高压岩心动态损害评价仪。

2.2.1?压裂液的配制与基本性能测定

压裂液制备:按交联比20∶1量取交联剂溶液和配比所需冻胶。

破胶液制备:将所制备的压裂液冻胶在地层温度100℃条件下密封恒温静置2h破胶,即可得到破胶液。

实验中分别测定了两个体系的粘度、残渣和滤失性 。

从实验结果可知,HPG和GHPG压裂液粘度较高,携砂性能、破胶性能较好,但GHPG体系的滤失速度较快,HPG体系的残渣含量较高。

2.2.2?造缝岩心压裂液动态污染

将人造裂缝岩心装入岩心夹持器中,根据围压与岩心渗透率和缝宽的关系,设置合理的围压值。正向采用煤油由平流泵低速驱替至稳态并测定岩心未受到污染的渗透率Ko。开启磁力泵将压裂液泵至岩心反向端面并动态循环以模拟压裂液注入过程,对岩心端面进行污染125min。最后再次采用煤油进行正向驱替测试岩心受压裂液污染后的渗透率Kod。根据以上步骤即可测得岩心在某一裂缝宽度条件下的压裂液污染渗透率恢复率。

从数据可以看出H P G压裂液对大民屯凹陷潜山裂缝储层的损害率为25.34%~36.28%,GHPG压裂液对裂缝储层的损害率为23.42~32.73%。实验规律:

(1)压裂液对于宽裂缝的损害率要大于窄裂缝;

(2)GHPG压裂液体系的储层保护性能优于HPG体系。

5 结论

(1)压裂液对潜山裂缝致密储层增产效果的不利影响主要是压裂液滤液、残渣和滤饼对于裂缝的堵塞与液相圈闭损害,导致储层裂缝渗透率降低,不利于油气由储层向填砂裂缝中流动;另外压裂液破胶不彻底,高粘度破胶液、固相残渣的存在会显著降低填砂裂缝的导流能力,影响增产效果。

(2)通过控制围压定量模拟地层条件下不同缝宽,采用造缝岩心进行压裂液动态污染测定渗透率恢复率,结果表明压裂液对宽裂缝的侵入深度更深,污染程度更大,压裂液对大民屯凹陷潜山裂缝性储层造成的损害率为23.42%~36.28%。

(3)通过对比加入不同压裂液体系支撑剂裂缝导流能力随闭合压力的关系,定量评价了压裂液对于压裂所形成裂缝导流能力的损害,结果表明压裂液破胶不彻底严重降低了压裂增产效果,其对裂缝导流能力的损害率高达44.42%~68.39%。

(4)在大民屯凹陷潜山裂缝储层开展压裂液损害评价及机理研究具有重要的现实意义,可以为大民屯潜山保护裂缝性储层压裂液技术提供对策,进而为大民屯潜山高效勘探开发提供技术支撑。

本文在编写过程中得到了中国石油大学蒋官澄教授的热情指点,勘探项目部陈振岩教授也在百忙中帮助修改,在此一并表示谢意。

参考文献

[1] 郑晓军,苏君惠,徐春明.水基压裂液对储层伤害性研究. 应用化工. 2009(11):1623-1628.

[2] 刘建坤.低渗透砂岩气藏压裂液伤害机理研究:(硕士学位论文).中国科学院研究生院(渗流流体力学研究所),2011

[3] 崔迎春,刘媛,陈玉林,等.裂缝性油气储层保护技术研究. 石油钻采工艺. 2003(6):10-13

[4] 杨枝,孙金声,张洁,等.裂缝性碳酸盐岩储层保护技术研究进展. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2009(11):4-10

[5] 顾军,张玉广,高玉堂,等.裂缝性储层保护技术与钻井完井液. 油田化学. 2007(1):87-92

[6] 汪伟英,张顺元,王玺,等.钻井过程中裂缝性储层伤害机理及试验评价方法. 石油天然气学报. 2011(10):108-111

[7] 温庆志,张士诚,王雷,等.支撑剂嵌入对裂缝长期导流能力的影响研究. 天然气工业. 2005(5):65-68

[8] 叶艳,鄢捷年,邹盛礼,等.碳酸盐岩裂缝性储层钻井液损害评价新方法. 石油学报. 2008(5):752-756

[9] 吴彬,鄢捷年,邹盛礼,等.吐孜3井裂缝性储层保护技术. 石油大学学报(自然科学版). 2002(1):32-34

[10] Jiao D,Sharma M M. Mud Induced Formation Damage in Fractured Reservoirs. SPE Drilling& Completion. 1996,11(1):11-16.

第7篇

[关键词]机电类专业CDIO卓越工程师教育课程体系培养模式

[中图分类号]G640[文献标识码]A[文章编号]2095-3437(2013)08-0046-03

一、卓越工程师教育与CDIO的关系

“卓越工程师教育培养计划”是国家宏观的培养目标要求,其工作思路是借鉴世界先进国家高等工程教育的成功经验,创建具有中国特色工程教育模式,通过教育和行业、高校和企业的密切合作,以实际工程为背景,以工程技术为主线,着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力,培养造就一大批创新能力强、适应企业发展需要的多种类型优秀工程师。CDIO工程教育理念和培养模式注重培养学生系统的工程技术能力,尤其是项目组织、设计、开发和实施能力,以及较强的沟通和协调能力,体现了当今工程教育的国际共识。可见,CDIO人才培养模式和理念与卓越工程师教育培养计划的教育理念是高度一致的,而且CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果,应该作为实现卓越工程师教育培养计划的重要途径,也是加入卓越工程师教育培养计划的基础。

二、机自专业卓越工程师教育培养要求

机械设计制造及其自动化专业是典型的工科机电类专业,培养卓越工程师正是这类专业教育教学所追求的理想目标。根据近年来专业进行CDIO工程教育改革实践取得的经验,开展卓越工程师教育培养模式的探索具有更积极的意义,而且卓越工程师教育对学生的知识、能力和素质的培养要有具体的要求。

1.接受通用知识的基础教育,具有扎实的数学、物理、化学等自然科学基础知识,较强的外语和计算机应用能力,较好的人文、艺术和社会科学基础,初步的经济管理知识。

2.接受专业基础教育,较系统地掌握机械制图、力学、机械设计、电学、机械工程专业基础领域的基本知识和技能。

3.接受专业基本技能训练,掌握本专业必须的零件测绘、力学分析计算、实验、测试、数据分析、文献检索和基本工艺操作等方面的基本实践技能。

4.接受专业知识教育与专业技能训练,具有本专业领域或方向所必需的专业知识,了解专业领域技术标准,相关行业的政策、法律和法规,了解本专业及相关学科前沿及发展趋势。

5.接受工程意识与创新意识的培养与训练,具有综合运用所学理论、分析解决工程实际问题的能力,能够参与生产、并具有基本的运行和维护能力,具有进行产品开发和设计、技术改造与创新的初步能力。

6.获得综合素质的教育与培养,具有较强的交流沟通、环境适应和团队合作的能力,具有较好的组织管理能力,具有良好的质量、环境、职业健康、安全和服务意识,具有应对危机与突发事件的初步能力,以及较高的综合素质和职业道德修养。

三、课程体系改革规划与实践

课程体系改革始终是贯彻CDIO工程教育改革理念,落实人才培养方案的具体保证。

(一)调整两课开设学期,优化课程布局

两课是标示中国特色高等教育的重要课程,共有356学时,16个必修学分,一般集中开设在大学一、二年级,在限制每学期计划学时的要求下,一些基础性课程被迫后延,对学生的工程意识和创新能力培养和训练非常不利。本专业在CDIO工程教育改革实践过程中,多方考察、学习,并与学校主管领导和教务处领导多次研究,做出了调整两课开设学期的重大决定。将两年完成的两课主要教学任务调整为四年完成,即每学年开设一门政治哲学类课程,保证两课四年不断线:大一第一学期开设 “思想道德修养与法律基础”,大二第一学期开设“中国近代史纲要”,大三第一学期开设“基本原理”,大四第一学期开设“思想和中国特色社会主义理论体系概论”。在两课教学过程中,可以通过课程内容的改革,重点教育和培养学生的职业道德和社会责任感。在大三、大四学年开设政治课更有利于准备考研的学生学习和复习,大二调整两课余出的学时由技术基础课来递进填补,优化了课程布局,为学生开展创新训练提供了专业基础,更有利于专业培养目标的实现。

(二)公共基础课程体现工程应用意识

英语课分层次教学,入学即可参加大学四、六级考试,通过者可以进入专业实验室接受工程意识和创新能力训练。

数学课教学内容与方式改革,在讲述数学知识的过程中,启迪学生的数学思维方式,教会应用数学理论进行工程建模的方法,数学中的实例应该以机械工程的具体对象为目标,使学生体会到学以致用的感觉,激发其学习兴趣。

大学物理课教学内容与方式改革,在讲授物理知识的基础上,传授和训练进行物理实验的基本方法、基本技能,训练观察现象与数据分析的能力,为工程实验奠定基础。

(三)技术基础课程培养工程意识

在大一第二学期新增开设机械工程导论课程,介绍机自专业的培养目标、教学计划、学科发展、工程案例,为学生提供一个开发产品、装备和系统的理论知识与工程实践的基本思维框架;勾勒出一个工程师的任务和职责,以及如何应用科学知识来完成这些任务的思维方法;并有意识地引导学生培养必要的个人能力和人际交往能力;进行学为所用的工程意识的启蒙教育。

改革机械制图课程体系,增加三维图形教学内容,将独立开设的零件测绘教学环节融入机械制图理论课的进程中,理论与实践应用综合在一起,同步进行,初步培养学为所用的工程意识。

机械原理和机械设计课程体系改革,将独立开设的机械原理课程设计和机械零件课程设计教学环节调整到对应的理论课学期,将课程设计内容与理论课内容综合在一起,同步进行。在机械原理或机械设计理论课开始之初,将课程设计的任务布置给听课学生,并要求理论课程结束时完成课程设计任务。教师讲授理论课时始终关注课程设计内容,督促和指导学生完成所讲相关内容的课程设计任务,使学生边学、边练、边用,理论紧密联系实际,不断建立学为所用的工程意识。机械原理与机械设计课程与原培养计划比较,分别提前1个学期开课,以便为后续专业基础课提供前期知识。

(四)专业课程增强实践能力训练

专业课程的改革方式是减少专业课的理论授课学时,大幅度增加实验、实践训练学时,尽量将CDIO理念贯穿于课程教学中。根据培养目标、对主要课程及学时比例进行了综合调整,构成如表1所示,其中单片机原理及应用、井下作业设备与工具和海洋石油装备概论为新增课程,目的是增强机电基础和突出石油特色;合计增加100个实验学时、88个理论学时。取消了独立的专业英语课程,设置两门以上的专业课程采用双语教学,从而保证学生专业外语应用水平;专业英语(64学时)和思想和中国特色社会主义理论体系概论(96学时)后置余出的160个必修课程学时基本平衡了增加的专业课理论和实验学时。

表1课程改革新增实验学时课程列表

(五)课程设计实施CDIO模式

“机构分析创新设计”和“机电一体化系统创新设计”是东北石油大学机械设计制造及其自动化专业参加教育部CDIO工程教育改革试点,实现“卓越工程师教育培养计划”的目标,为培养本专业学生的个人、人际交往和团队合作能力,产品、过程和系统的设计、建造和控制能力,而分别在大二和大三短学期新增设的2个理论与实践相结合的教学环节。目的是为学生逐步获得优良的工程素质和综合能力(学会求知、学会做人、学会做事、善于合作)奠定基础。

每个班分成6~7个设计小组,每个小组独立承担一个设计题目,由4~5人组成,自选组长,组长负责设计小组任务分配、组织管理和工作协调。每个小组提交一份设计报告和每个小组成员的个人工作过程记录(手写),并进行ppt汇报答辩。机构分析创新设计提交的设计报告包括:设计分析说明书、CAD 设计图纸;机电一体化系统创新设计提交的设计报告包括:设计分析说明书、CAD 设计图纸、控制原理图、电气回路图、程序设计图。

课程设计的考核方式进行了如下探索:

1.组长给定本设计小组成员的个人贡献或成绩排序。设计小组组长根据小组同学的个人贡献、合作表现,按分差不小于2分给出小组成员个人成绩,或给出小组成员成绩排序。

2.指导教师组成的答辩组评定设计小组成绩。答辩组根据每个小组设计总结报告撰写的质量(结构层次、语言表达、分析计算、撰写规范);设计图纸的质量(图纸完整、表达正确、符合规范);答辩过程表现(汇报讲述、回答问题、PPT质量)等项目按百分制综合给出该组设计的综合成绩。小组的答辩综合成绩为小组成员的个人成绩中间值偏上。

3.指导教师还可以根据设计小组每个同学的平时表现(出勤情况、工作态度、提问情况)调整个别同学的个人成绩,更好地维护公平性。

4.学生自评与团队成员互评可以调整小组组长给出的成绩排序偏差。小组成员自评主要考核学生的诚实性;团队成员互评主要考核学生的公正性和团结互助精神。

(六)毕业设计实施CDIO模式

大四第二学期全部进行毕业设计,将毕业设计从13周延长至18周,有利于完整系统地实施CDIO工程教育模式。

在毕业设计的准备、进行和总结的全过程中,对各个环节都进行严格把关。首先在选题上,采取指导教师申报题目,然后由教研室从中优选确定,保证工程实际设计题目占到80%的比例。将确定好的设计题目下发给学生,使学生有很大的选择权利,在个别严重冲突的题目上,由教研室做适当调整。这样做,能够激发学生的兴趣,提高学生对毕业设计的积极性。

学生在毕业设计过程中,把几年中所学的理论知识综合应用于工程实际,不仅锻炼了他们分析研究问题的能力,而且增强了他们的工作责任感,从而使他们投入更多的精力;遇到疑难问题,指导教师能及时地给予启发,并与之研究、讨论,激发他们的创新意识。对于常出现的问题事先讲给学生,使其自检、互检,有问题及时修改,争取交出一份质量较高的毕业设计答卷。

在毕业设计的最后阶段,教师根据毕业设计的任务书对设计图纸严格审查,杜绝在答辩时出现“设备无法安装、机构不能转动、机件互相碰撞、工件不能加工”等原则性问题。随着毕业设计的完成,多数学生基本掌握了进行工程设计和解决工程实际问题的方式和方法,并培养了创新意识,已具备直接服务于生产与工程建设的能力。在教师严格要求、认真把关下,学生完成较好的毕业设计可以直接转化为生产力,经过近两年的统计,学生的毕业设计经修改后直接应用于工程实际生产的占18%左右。

四、CDIO实践总结

2010年机械设计制造及其自动化专业代表东北石油大学成为教育部CDIO工程教育模式第二批试点院校。经过多年的实践探索,机自专业基于CDIO教育理念的人才培养模式已经逐步形成,对专业培养目标、培养方向、教学计划、课程教学大纲、实践环节教学大纲、课程教学体系等进行了卓有成效的改革与建设。

东北石油大学机械设计制造及其自动化专业已经分别在机自07级、08级、09级的部分课程和环节逐步开展了CDIO工程教育模式的探索性实践,完成了机电一体化原理及应用、数控加工技术、电气控制技术、液压与气动、机械控制工程、石油钻采机械等课程为载体的CDIO三级项目实施试点工作,都取得了预期的效果,并获得了良好的经验;机自2010级、2011级的人才培养方案已经融入了CDIO理念,并根据调整后的课程体系有序地进行全面实践和总结;机自2012级、2013级的人才培养方案在CDIO实践基础上又加入了卓越工程师培养计划的新要求,正在进行着初步的实践探索。

CDIO工程教育模式的广泛实践有效促进了本专业大学生创新创业训练计划和科技创新活动的开展。在创新实践活动中,学生明确自己的发展目标,积极性、主动性非常高, 2010~2013年本专业学生承担或完成 “国家大学生创新创业训练计划项目”15项,发表科技论文10篇,获得以“挑战杯”为主的科技竞赛奖励30余项。

五、结束语

东北石油大学机械设计制造及其自动化专业在CDIO工程教育改革实践过程中不断探索和总结,逐渐积累了一些工程教育改革的经验,基本建立起CDIO工程教育的实施环境,为培养一批工程意识好,实际工作能力强的优秀学生奠定了良好的基础。同时,我们也在实践中渐进性地理解卓越工程师教育培养计划的内涵,并逐步明确:CDIO工程教育与卓越工程师教育培养计划的理念是一致的,卓越工程师教育培养计划是宏观指导方针,CDIO是具体实施模式和重要基础。

[参考文献]

[1]顾佩华,包能胜,康全礼,等.CDIO在中国(上)[J].高等工程教育研究,2012,(3).

[2]吴恭兴,刘文白,张宝吉,等.基于CDIO模式的卓越工程师培养方案的探索与实践研究[J].大学教育,2013,(9).

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