曜文编译致力为大家分享更多更好的高质量论文，供大家学习参考。同时大家也欢迎大家通过转载的方式进行分享，让更多的人能够观看学习，从中获得经验和灵感，小编将为大家提供*新sci论文资讯。

　　1ARIZ算法概述

　　ARIZ(AlgorithmforInventive-ProblemSolving，发明问题解决算法)是TRIZ理论中的一个主要分析问题、解决问题的方法，其目标是为了解决问题的物理矛盾。ARIZ算法包括标准解、冲突理论、理想解、物质—场模型、9窗口方法、小人法等创新方法，分为9大流程，如图1所示。在ARIZ实际应用中不强调必须采用所有步骤，可以根据实际需要跳过一些无关的步骤来解决问题。如图1所示，经过ARIZ算法的前5个步骤可以将初始问题转化为矛盾描述并解决冲突，如果问题在前5步未得到有效解决，可以在第6个步骤将问题转换重新定义问题并回到第1个步骤;第7个步骤是评价问题解，评估解决方案的质量，第8个步骤是将解决方案的利用实现*大化，寻求方案在其他问题的通用，*后一步是由TRIZ专家评估改进ARIZ的流程，对修正完毕的系统进行分析防止出现新的缺陷。

　　2ARIZ算法在煤层气开采方法设计中的应用

　　目前我国的煤层气地面开采钻井技术主要采用垂直井和水平井进行作业。垂直井施工比较简单，成本较低，但主要适应于地形平坦和渗透性较好的硬质厚煤层，不适合松软、低渗透性的煤层;水平井技术与垂直井相比，比较复杂，但可以有效地增加煤层的裸露面积，提高煤层气开采量。水平羽状井由于增加了若干的分支井眼，煤层裸露面积显著提高，但单井筒水平羽状井无法解决井内积水问题，而双井筒水平羽状井增加了专门用于排采煤水气的直井，可以有效解决井内积水问题，但是水平井段位于地下目标煤层，为防止煤层坍塌而阻塞井眼，一般要选择煤质较硬的厚煤层施工并且需要下筛管固井。目前，我国拥有相当一部分松软和低渗透性的煤层，常规钻井技术在施工中难以奏效，水平段井眼难以完成，即使完成也易坍塌和阻塞，很难维持稳定的卸压空间。因此需要运用ARIZ算法进行分析，设计合适的解决方案。

　　2.1问题分析与表述

　　此步骤的目的是将*初模糊的问题通过具体信息分析进行**描述，并建立起清晰、简化的问题模型。1)陈述系统主要功能、问题情境涉及的有用功能和有害功能。系统主要功能是在松软、低渗的煤层条件下利用钻井技术开采煤层气;主要子系统：地面装置、目标煤层、垂直钻井、水平钻井;问题涉及的有用功能：运用钻井技术在目标煤层进行钻进，可以有效提高煤层气开采效率;同时产生的有害功能：水平井段一般要下筛管支撑，而且容易坍塌，对施工技术要求较高和容易产生积水。2)以缩小问题形式表述原问题。缩小问题：必须对系统进行尽可能小的改变，以尽量*小成本解决塌孔问题、技术问题和积水问题。3)检索TRIZ发明实例库，没有找到可供参考的类似问题。

　　2.2系统分析及矛盾表述

　　此步骤通过分析问题所在技术系统的各要素，构建技术矛盾，并尝试采用发明原理与标准解法解决问题。1)系统能量输入：动力带动钻头运动;工具要素：所需钻头;输出产品要素：煤和气。2)构建技术矛盾。TC1：如果水平井段施工简单，增加煤层气开采效率，但是水平井段塌孔问题无法解决;TC2：如果解决塌孔问题，但是对技术和煤层要求较高。技术矛盾TC1的示意模型如图2(a)，技术矛盾TC2的示意模型如图2(b)所示。由于TC1可以更好地表述问题，所以选择TC1作为待解决的技术矛盾。3)应用冲突矩阵和发明原理没有找到可用解。4)强化矛盾。假设有很强的冲击力很快就在目标煤层完成作业，形成卸压空间。5)应用标准解解决问题。现在问题的物—场模型如图3所示，钻头S1对目标煤层S2的作用力不易控制，水平段容易坍塌，即可应用标准解系统中的第二级中的第二类标准解“增强物质—场模型”。由标准解法16“向具有可控场的物质—场跃迁”，现有系统的有用作用力F1不易控制，可以找出一种更加容易控制的作用力F2来代替F1的作用，得到概念方案1：采用流体动力在目标煤层钻进，并能够将积水和流体混合，形成新的混合流体，重新利用，水平段也不易坍塌。由标准解法17“向带有工具分散物质的物质—场跃迁”，提高完成工具功能的物质分散度，得到概念方案2：多个钻头多方位钻进。由标准解法18“向具有毛细管多孔物质的物质—场跃迁”，将物质中增加空穴或者毛细结构，得到概念方案3：在水平井附近多开钻孔，使得积水排出水平井，形成卸压空间。由于标准解法得到的方案有3个，需要进一步选择*优的方案实施。

　　2.3陈述理想解和物理矛盾

　　这一部分列出系统内部资源、环境和超系统的资源，并且描述出理想解和妨碍达到理想解的物理矛盾。1)操作区域。钻头和目标煤层接触处，如图4所示。2)操作时间。矛盾发生前的时间t1：物料准备和钻头的加速时间;矛盾发生时间t2：钻头与目标煤层碰撞的瞬间。3)对煤层气开采系统的物质—场资源分析如表1所示。4)陈述IFR(系统改进后的理想状态)：在不增加系统复杂性的条件下，必须引进一个X元素，并把它转化为技术系统，即可以解决水平段塌孔问题，又能满足施工的技术要求和煤层的特点，使得系统在松软煤层实现采煤采气的同时解决井内积水问题[11]。5)从微观级表述物理矛盾：为了实现煤层气的开采，既要解决水平段塌孔问题，又要适应部分地区煤层的松软、低渗的特点。

　　2.4应用物—场资源

　　通过拓展可用资源的种类和形式，运用具体的小人模型或者派生资源等方法寻找*佳的解决方案。采用智能体模拟问题情境，假设智能体可以提供解决问题所需的功能，即定义可以解决问题的X元素应具有的属性，引导产生原理解：1)应该有某种作用力，能适应比较松软的目标煤层，不受水平井段坍塌影响;2)这种作用力在作用区域内(目标煤层)，在作用时间内钻进，同时不产生积水，形成卸压空间。由以上分析，利用小人模型解决问题。图5(a)为当前系统的小人模型，由于钻头在目标煤层的钻进过程中容易坍塌，而且可能产生积水，影响工程效率且易发生安全事故;图5(b)为利用智能体模拟问题并且引进X元素改进的系统小人模型，X元素如果与积水具有相同的属性，这样能够防止煤层坍塌，并且在目标煤层能够产生作用力，如此就可以解决矛盾冲突，得到新的解决方案。根据系统内外资源分析，结合经过改进后的小人模型，与应用标准解法16-18得到的概念方案1-3对应分析，可以得出问题的**解决方案——采用水平羽状井水力冲刷钻进卸压技术进行煤层气开采。

　　2.5原理解评价

　　在上述分析得到解决方案的基础上，对问题的解进行评价，检验解决方案的质量。检查解决方案：新方案重新引入新的场——水力场替换了原来的机械场，使得原来的技术冲突不复存在，解决了原来的塌孔问题和积水问题，降低了原料成本，重视了环境保护。初步评估解决方案：新方案实现了理想解，达到了预订的系统功能;用标准解和小人模型解决了一个物理冲突和技术矛盾;降低了系统的复杂性，提高了工艺的适应性，易于实现。

　　3煤层气开采方案创新设计

　　将初步得到的解决方案经过进一步的完善后，可以得到一套完整的用于煤层气开采的装置设计，如图6所示。图中标记为：1：地面;2：目标煤层;3：排采直井;4：口袋;5：洞穴;6：提升设备;7：气、煤、水分离设备;8：水平羽状井;9：直井段;10：造斜段;11：高压水泵;12：喷水软管;13：软管支撑装置;14：水平段主井眼;15：煤层气抽采设备;16：水平段分支井眼。图中实线箭头为水流方向;虚线箭头为气流方向。首先，完成排采直井、水平羽状井的直井段和造斜段的钻进工作并下套管固井，然后在目标煤层和排采直井交界处掏穴，穿过煤层后形成口袋。将与高压水泵相连的管路导入水平羽状井，然后经过洞穴，喷出高压水射流冲刷目标煤层，在水平方向形成水平段主井眼。此过程中的煤水混合物返流到口袋，经过提升装置排出，分离装置将气、煤、水分离，收集储存煤和气，水经过循环再次用于井下射流、冲刷[12]。这样即解决了目标煤层容易坍塌的隐患，而且根除了积水的问题，也提高了环保效应，降低了原料成本。*后改变高压水射流的方向，在水平段主井眼四周喷射出多个分支井眼，产生的煤水同样返流至口袋，进行分离和回收利用，如此以极小的成本提高煤层气的开采效率。同时水流作用于松软、低渗煤层，能够克服常规技术在松软煤层难以实施，水平井段难以获得和维持的问题，从而极大地增大了煤层气的卸压空间。该方法的工艺较简单，成本较低，为松软和低渗透性煤层采气提供了新的解决方案。

　　4结论

　　ARIZ算法集成了TRIZ的大多数工具，是TRIZ中用于解决复杂困难问题的高级工具，针对发明问题，以一套连续过程的程序，采取步步为营的方法，将一个复杂的系统问题转换为简单的问题模型，*终获得理想解。本文根据煤层气开采技术原理,结合我国部分地区煤层的特殊特点，基于ARIZ算法模型，创新了双井筒水平羽状井开采煤层气的方法——采用水力冲刷钻进，解决了水平段容易坍塌、难以维持的问题，并给出具体的装置设计方案，为松软、低渗透性煤层采气提供了新的理论依据。此外，该方法采用水力冲刷钻进技术，有利于提高煤层气的开采率，减少大气中温室气体的排放量，且工艺简单，成本较低，为特殊条件下的煤层气开采提供了一种新思路。

　　作者：王金凤 潘云波 冯立杰 单位：郑州大学管理工程研究所 河南省煤层气开发利用有限公司

　　声明：本文转载于网络，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;本站致力于为大家 提供更多，更好的新闻内容。曜文专业，专注，为您提供SCI论文润色，发表服务。

　　如果您还苦于没有选题思路，或者写作无法进展，请您联系曜文编译，我们会为您提供一站式学术服务解决方案。不管您是有sci翻译润色、sci润色，还是其他学术编译需求您都可以放心交给我们。