新工科背景下信号测试类课程教学改革探究

作为过程装备与控制工程专业的核心主干课程,信号测试类课程对学生实践创新能力、综合应用能力的培养具有重要作用,是新工科建设背景下高素质应用型人才知识体系的重要模块。然而,面对新阶段下的新形势、新要求,测试类课程仍未出现新突破。该文根据常州大学的办学定位和过程装备与控制工程专业的培养目标,对信号测试与处理课程的特点进行阐述,并聚焦教学设计、教学内容、教学方法和课程评价四个重点方面对该课程的教学现状进行深刻剖析。基于新工科建设培养复合型创新人才的本质要求,针对性地提出具体的课程建设思路,为新工科背景下测试类课程的教学改革提供参考和应用实践。

基于主客体识别作用的油藏深部调剖体系

油藏深部调剖作为一类改善开采效果、提高采收率的重要技术,已广泛应用于非均质油藏水窜治理。为改善水窜治理过程中调剖剂注入性与深部封堵这一矛盾,基于主客体识别作用,提出自组装深部封堵技术。首先,以丙烯酰胺、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、烯丙基-β-环糊精和苯乙烯为原料,通过乳液聚合法制得粒径为170 nm、表面含有β-环糊精基团的主体纳米颗粒;然后,以十六烷基二甲基烯丙基氯化铵和丙烯酰胺为原料,通过可控自由基聚合法制得数均分子量低于4000、分子量分布为1.1~1.4的客体聚合物。通过主体纳米颗粒和客体聚合物,构筑具有自组装性能的调剖体系。通过调剖体系的黏度来评价纳米颗粒与聚合物的自组装性能;通过岩心驱替实验,评价了调剖体系的注入-封堵性能。结果表明,由于客体聚合物分子中的疏水烷基链与主体纳米颗粒表面的β-环糊精基团具有主客体识别作用,β-环糊精基团包合疏水烷基链形成包合物,客体聚合物发挥“桥连”作用,纳米颗粒自组装聚集形成团粒簇,使调剖体系黏度缓慢增至约90 mPa·s。0.1%纳米颗粒与0.2%聚合物组成的调剖体系的注入性良好,阻力系数为2.0;待自组装后进行后续水驱,残余阻力系数为3.42,封堵率为70.7%。该研究为缓解调剖剂注入性与深部封堵的矛盾提供了新的思路。

纳米颗粒调剖剂的制备、表征及其聚集封堵特性

研究提出了分散注入-原位聚集封堵的思路,以苯乙烯和丙烯酰胺为聚合单体,研制出一种表面含有酰胺基团且具有核壳非均质结构的纳米颗粒调剖剂,通过向油藏中注入粒径远小于油藏孔喉尺寸的纳米颗粒,将分散于地层水中的纳米颗粒移至油藏深部后,与预先注入到地层中的调控剂相接触,聚集成与水窜通道尺寸相匹配的颗粒簇,实现对水窜通道的封堵。制备的纳米颗粒热分解温度可达300℃以上,能够适用于高温油藏,并且纳米颗粒膨胀倍数小于2.0,可有效避免膨胀倍数过大导致的运移过程中剪切破碎的问题。封堵实验表明,纳米颗粒注入性良好,注入压力与注水时几乎无差别,纳米颗粒与预先注入的聚集调控剂混合后聚集成颗粒簇调剖剂,能够对岩芯孔喉进行有效封堵,在0.1μm 2岩芯中,纳米颗粒聚集堵率大于80%。

页岩气储层中甲烷运移的变分数阶导数模型研究

因页岩气开采过程中形成的复杂流动缝网系统,导致甲烷气体向浅层地下水迁移,从而引起地下水甲烷含量超标,引发的地下水污染问题是当前备受关注的环境问题之一.因页岩储层结构的复杂性与随机性,且非均质性较强,甲烷在页岩储层中的运移规律有待深入研究.甲烷在基岩中以扩散为主,在裂缝中以渗流为主,从流动建模的角度来看经典对流-扩散模型不能有效刻画甲烷气体的运移规律.针对强非均质性页岩储层结构特点,本文建立能够准确描述具有历史依赖性的运移过程的变时间分数阶导数模型,揭示甲烷在非均匀介质中的反常扩散特征,模拟甲烷的浓度穿透曲线,有效刻画甲烷运移规律.结果表明:变阶数α(t)能够表征甲烷运移过程的时间记忆性,刻画浓度穿透曲线具有的明显拖尾特征及停滞效应.本研究解决了传统整数阶方程无法准确描述的反常扩散现象,为预测双碳目标下的页岩气开采过程中的地下水污染风险提供一种理论指导.

油藏深部调剖-驱油技术

深部调剖-驱油技术是提高油藏采收率的重要手段。首先从水窜关键问题分析及残余油高效驱替关键问题分析两个方面,阐述了油藏深部调剖-驱油的两个主要矛盾:调剖剂注入性与油藏深部水窜通道封堵的矛盾以及深部调剖与剩余油驱替的矛盾。重点综述了油藏深部调剖技术的原理以及在低渗透油藏中的研究应用,指出了各技术的优势及存在问题,并分析了我国深部调剖-驱油技术发展趋势。

耐温抗剪切微球调剖剂的制备及评价

聚合微球深部调剖是一种改善油藏非均质性的有效方法,而常规聚丙烯酰胺微球耐温性、耐剪切性差,限制了微球适用范围。针对这一问题,文中以苯乙烯、二乙烯苯、丙烯酰胺为单体,失水山梨醇单油酸酯(Span80)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)为乳化剂,采用调整表面活性剂加量控制微球粒径大小,通过乳液法制备了微米与亚微米2种不同粒径级别的微球。结果表明:微米尺寸微球表面富含丙烯酰胺链段,而亚微米尺寸微球具有核壳非均质结构,并且微球的壳以交联的丙烯酰胺链段为主;热重分析显示这两种微球具有良好的耐温性能,耐温可达300℃以上,耐温性能明显优于传统聚丙烯酰胺微球;研究剪切速率与剪切时间对微球粒径的影响可知这两种微球具有显著抗剪切能力。

基于SR&NI ATRP引发机理延缓就地聚合凝胶成胶时间

针对热分解引发剂引发就地聚合凝胶成胶时间过快、聚合体系中活性自由基浓度难以控制的问题,提出将正向与反向原子转移自由基聚合方法(SR&NI ATRP)应用于成胶时间控制。在就地聚合凝胶中加入三氯化铁、配体和氯乙酸钠,可使自由基聚合机理转换成SR&NI ATRP引发机理,从而使活性自由基浓度维持在较低水平,达到延长成胶时间的目的。实验结果表明:在50~80℃条件下,使用热分解引发剂的就地聚合凝胶成胶时间小于10 h;相比于乙二胺四乙酸四钠(EDTA四钠)和1,10-菲罗啉(phen),2,2’-联双吡啶更适合充当SR&NI ATRP的配体,在60℃条件下,当加入其质量分数为0.05%~0.09%时,可使成胶时间达到25 h以上;另外,通过调整三氯化铁、2,2’-联双吡啶和氯乙酸钠的质量分数,可控制就地聚合凝胶成胶时间为20~40 h,满足就地聚合凝胶深部调剖的要求。

Pickering乳液在石油行业中的应用进展

Pickering乳液具有稳定性好、易调控、成本低和污染小等特点,在造纸、药物、化妆品和材料等方面有很广泛的应用,但在石油行业应用较少。近几年来,由于Pickering乳液在复杂条件下良好的稳定性,在石油行业中越来越受重视。在分析Pickering乳液形成机理及影响因素的基础上,综述了近年来国内外Pickering乳液在钻井、提高采收率、防砂和油田污水处理中的应用,并对Pickering乳液在石油行业中的发展潜力进行了展望。

微囊引发剂控制聚合凝胶体系成胶实验研究

就地聚合凝胶是改善油藏非均质性的重要手段之一。针对就地聚合凝胶体系成胶时间过快,以聚乙烯醇缩丁醛为壁材,乙醇与水混合液为溶剂,采用界面沉淀法制备了以过硫酸铵为活性芯的微囊延迟成胶剂,并对微囊调控就地聚合凝胶体系成胶时间的性能进行研究。将0.05%聚乙烯醇缩丁醛的乙醇溶液与含有过硫酸铵和0.6%复配稳定剂(OP-10和吐温80)的水溶液按体积比7∶3混合,可制得平均粒径0.7~1.5μm的微囊引发剂,其中水中过硫酸铵的最佳质量浓度为0.2%~0.4%。在40~90℃条件下,通过调节微囊引发剂加量,可使就地聚合凝胶体系成胶时间大于30 h。岩心评价实验表明,微囊引发剂能顺利注入平均渗透率为50×10^-3μm^2的岩心中,并引发就地聚合凝胶体系聚合成胶,产生有效封堵;非均质驱油实验表明,凝胶封堵后可提高采收率20.24%。

乌洛托品季铵盐缓蚀剂的合成与性能评价

以乌洛托品、直链卤代烃为主要原料,甲醇为溶剂,合成了乌洛托品季铵盐缓蚀剂。以静态腐蚀速率为评价指标,用单因素试验方法对合成条件进行优化。结果表明:乌洛托品季铵盐缓蚀剂最佳合成条件为卤代烃碳链长度为6,乌洛托品与卤代烃物质的量比为1∶1.5,反应温度为50℃,反应时间为7h;在15%(质量分数)HCl,90℃条件下,加入0.5%(质量分数)该缓蚀剂可使QT-800钢的腐蚀速率由236.334 6g·m^(-2)·h^(-1)降至3.760 6g·m^(-2)·h^(-1);该缓蚀剂属于以抑制阳极过程为主的混合型缓蚀剂,能够有效吸附在金属表面,抑制点蚀的发生。

新型双季铵盐缓蚀剂的合成与性能评价

以乌洛托品和二卤代烃为原料经季铵化反应合成了4种乌洛托品双季铵盐缓蚀剂:溴化1,2-二乌洛托品乙烷、溴化1,4-二乌洛托品丁烷、溴化1,6-二乌洛托品己烷、溴化1,8-二乌洛托品辛烷。采用失重法、电化学方法研究了双季铵盐缓蚀剂在15%(质量分数)HCl溶液中对QT-800钢的缓蚀性能,并采用量子化学计算对缓蚀剂的缓蚀机理进行了分析,通过电子扫描显微镜对QT-800钢的腐蚀表面进行分析。结果表明:双季铵盐缓蚀剂的缓蚀性能随缓蚀剂分子碳链长度的增加而提高,其中溴化1,8-二乌洛托品辛烷具有最好的缓蚀效果,其加量在0.7%~1.0%(质量分数)时,腐蚀速率低于4g/(m^2·h);溴化1,8-二乌洛托品辛烷属于能同时抑制阳极反应与阴极反应的混合型缓蚀剂;缓蚀剂分子的能隙以及它们在铁表面的吸附能均随着缓蚀剂碳链长度的增加而增大,且吸附能远大于水分子吸附能,缓蚀剂分子能够吸附在QT-800钢表面,抑制点蚀的发生。

基于ARGET ATRP原理控制就地聚合体系成胶时间

针对传统自由基聚合引发方式在油藏中控制就地聚合成胶时间难以实现的问题,提出了以电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)引发体系代替传统引发剂,优选了络合还原剂,考察了ARGET ATRP引发体系中引发剂1,2-二溴乙烷,催化剂三氯化铁,络合还原剂维生素C各组分加量对成胶时间的影响,采用优选的ARGET ATRP引发体系评价就地聚合调剖体系在岩心中的注入性和封堵性。研究结果表明,在80℃条件下,当1,2-二溴乙烷加量为0.35%数0.4%、引发剂加量为0.012%数0.02%、络合还原剂维生素C加量为0.18%数0.26%时,可调节各组分加量使就地聚合体系成胶时间大于24 h,成胶强度达I级;当矿化度低于7000 mg/L时,成胶时间随矿化度增大而延长,而凝胶强度由I级降至E级。岩心评价实验表明就地聚合体系具有良好的注入性,ARGET ATRP引发体系可以在岩心中引发聚合单体交联成胶,成胶后对岩心的整体封堵率达到77.71%。因此,基于ARGETATRP原理对就地聚合体系在油藏中的成胶时间调控具有可行性。

纳米级微球调剖剂的性能评价及自聚集封堵特性

低渗透油藏孔喉细小、结构复杂,常规体膨性微球调剖剂存在注入与封堵性矛盾,难以实现深部调剖。为解决这一矛盾,以苯乙烯、丙烯酰胺为单体,采用乳液聚合法制备了表面富含酰胺基团的聚合物微球调剖剂(CSA),向油藏中注入粒径小于孔喉直径的CSA微球分散溶液,运移到油藏深部后,在物理化学效应作用下微球自聚集成大尺寸的微粒簇,从而实现对流体通道的封堵。CSA微球具有低膨胀倍数,在向深部运移过程中能够有效避免剪切破碎;通过透射电镜可以观察到CSA微球在100℃老化35 d后,依然保持规则均匀的球形,热稳定性良好,并且微球具有核壳非均质结构。瓶试实验表明,随着阳离子浓度增加,CSA微球聚集时间逐渐缩短,并且二价阳离子的影响大于一价离子。岩芯驱替实验表明,CSA微球具有良好的注入性,聚集后的CSA微球团簇能够产生有效封堵并能运移至油藏深部起到调剖作用。

高温高盐油藏聚合物微球-CO2复合驱的适应性

高温高盐非均质油藏调剖困难,高含水期无效水循环严重。本文以二乙烯苯、丙烯酰胺为单体,采用乳液聚合方法通过调整脱水山梨醇油酸脂的量制备了粒径为2.89数57.05μm的聚(二乙烯苯-丙烯酰胺)耐温耐盐微球。考察了合成聚合物微球的表面形貌、热稳定性、在水中的分散性、膨胀性及长期热稳定性,并进行了注入封堵性实验和驱替实验。研究结果表明:聚(二乙烯苯-丙烯酰胺)微球的耐温可达370℃,在2.69×10^5 mg/L矿化度水中具有良好的分散性能,90℃下粒径为10.81μm的聚合物微球24 h后膨胀率为12.85%,且具有长期热稳定性。在高温高盐环境下,粒径为10.81μm的聚合物微球在渗透率1700×10^-3μm^2的岩心中有良好的注入性和封堵性;水驱后,微球调剖+CO2驱的注入方式能更高效发挥微球的“调”和CO“2驱”的作用,驱油效果优于直接CO2驱和微球调剖+水驱,可以在高含水期提高原油采收率22.65%,高温高盐非均质油藏高含水期有必要进行“聚合物微球调剖+CO2驱”复合作业来提高采收率。

低矿化度水/月桂酰胺丙基羟磺酸甜菜碱复配溶液驱油技术研究

针对老油田开发过程中含水率高、采收率低等问题,选用低矿化度水和两性表面活性剂月桂酰胺丙基羟磺酸甜菜碱(LHSB)溶液为注入流体,通过基础参数量化和物理模拟实验手段研究了流体在低渗多孔介质中的驱油特征及流动特性。研究结果表明,低矿化度水环境中的LHSB溶液与岩石表面的作用性更强,使得原油流动的阻力更小,采收率更高。分别测定了低矿化度水(2500 mg/L)和高矿化度水(25000 mg/L)在岩石表面的润湿接触角分别为72°和83°;而在低矿化度下LHSB溶液通过岩石表面前后之间的吸附量差值为26.33%,高矿化度水环境中LHSB的吸附损失量为15.24%,与原油界面张力为0.0075 mN/m。岩心驱替提高采收率实验结果表明,高/低矿化度水驱的采收率分别为33.4%和35.5%;高矿化度水驱后转注低矿化度水和LHSB的复配溶液,其采收率提高了6.5%;低矿化度水驱后转注低矿化度表面活性剂驱可提高采收率10.4%,总采收率为45.9%。因此,低矿化度水与LHSB表面活性剂的复配体系能够提高原油采收率,为低渗油藏开发提供科学理论依据,对油田高效开发剩余油具有指导意义。

乌洛托品季铵盐缓蚀剂的合成与复配研究

以乌洛托品、溴己烷为主要原料,甲醇为溶剂,合成了一种乌洛托品季铵盐缓蚀剂,采用失重法研究了季铵盐缓蚀剂在15%(质量分数)HCl溶液中的缓蚀性能及复配性能,并采用量子化学计算对缓蚀剂机理进行分析,通过红外光谱、SEM对腐蚀后表面进行分析。结果表明,季铵盐缓蚀剂具有良好的缓蚀性能,在15%HCl、90℃下,加量0.5%(质量分数)时,缓蚀率达98.41%,并且与聚乙二醇、KI、丙炔醇复配后协同增效效果较好;量子化学计算表明该季铵盐缓蚀剂分子活性主要分布在分子环上,与乌洛托品相比具有更小的能隙,在Fe表面也具有更大吸附能,因此乌洛托品季铵盐活性更高。表面分析实验进一步验证了该缓蚀剂分子在QT-800钢片表面形成一层吸附膜。