PDF《基于正交试验设计的压裂管线冲蚀磨损参数效应分析》

467 动状态,从机理层面解释了管内压力、速度、冲蚀磨 损等参数的分布状态及其对冲蚀结果造成的影响.文献[11]探究了冲蚀介质对冲蚀结果的影响.文献[12] 针对八通注入头部件探究了压裂液流速差与冲蚀速率 的关系.此外,针对直角弯管[13] 、双弯头弯管[14] 、连 续管[15-16] 、多种连接方式弯管[17] 等对冲蚀磨损效应的 影响研究也取得了一定成果.综上所述,目前压裂管 线抗冲蚀磨损方面的理论研究多是讨论特定因素对冲 蚀结果的影响(包括单一参数对冲蚀磨损结果的影响 以及基于控制变量法的多参数作用对冲蚀磨损结果的 影响).其中 多参数作用对冲蚀磨损结果的影响研 究 缺乏各参数间作用效果的横向比较,未讨论各参 数对冲蚀磨损结果的影响力大小. 有鉴于此,本文采用基于正交试验设计的方法研 究多种因素与管线冲蚀磨损结果之间的显著性关系, 对比得出各因素对冲蚀磨损结果的影响力排序,为工 程管线抗冲蚀磨损方案设计中各控制因素、操作步骤 的优先级设置提供依据.

1 正交试验设计 正交试验设计(Orthogonal Design)是由日本质量管 理专家田口玄一博士在多因素试验设计方法基础上提 出的一种优化试验设计技术[18] ,旨在基于正交表的优 越特性(正交性、代表性、综合可比性)通过较少次数 的多因素试验取得较为准确、可靠的优选结论. 对于常规的单输入单输出系统,作为输入的初始 状态、特征等,在一些因素的影响下会产生不同的响 应输出.人们关注于不同因素及某一因素在不同水平 对系统响应输出的影响,最直接的方法是进行多因素 全面试验,即穷举所有对试验结果可能有影响的原因 或要素(试验因素)及其变化的状态和条件(因素水平) 分别进行试验以获取与响应输出对应的试验结果特性 值(试验指标).多因素全面试验能够完整覆盖与所选 系统相关的全部因素水平,结果准确可靠、原理简单 易懂,但试验次数随考察因素水平数的增加呈爆炸性 增长,运算成本太高且效率低下. 正交试验设计基于均衡分布的思想,按照科学的 构造准则从全面试验水平组合中挑选具有代表性的部 分组合进行试验,既保证分析结果的准确性,又能大 幅缩减试验次数,提高分析效率,是一种应用性极强 的多因素系统分析处理的工具.其工作原理为:针对 m因素n水平的试验对象(待考察试验指标有m个影响 因素,每个因素有n个水平,全面试验共需nm 次试验) 建立正交表Lq(nm ),其中L表示正交表,q表示水平组 合数,即该试验基于正交试验设计需进行的试验次数, 或称正交表行数;

n为各因素的水平数,即某列不同 信息的个数;

m为因素数,即正交表的列数.根据生 成正交表Lq(nm )的q个水平组合进行q次试验,分别得 到q组对应的试验指标,再由正交试验结果分析确定 优化水平组合,为进一步试验明确目标和方向.其中, 基于均值主效应分析的计算方法如式(1)所示. xm = ∑ i= n

1 n xi m (1) 其中, x ――试验指标代号,不同试验指标用不 同字母表示;

m ――因素序号;

n――第m个因素包含的水平序号;

xm ――第m个因素对应的试验指标均值主效应 值;

xi m ――第m个因素第i个水平对应的试验指标值. 正交试验方差分析计算方法如(2)~式(7)所示. SS SS SS T i e = + ∑ (2) SS x T = ? ∑