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摘要论文以中国地质大学（武汉）国家大学生创新实验计划项目“油田注水悬浮物快速含量检测试验”开展过程为例，讨论大学生创新性试验计划对教学的实践意义。
关键词：大学生创新性试验计划 油田注水 悬浮物 过滤
1. 背景
“国家大学生创新性实验计划”是贯彻落实《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》（教高[2007]2号文件精神、实施本科教学质量工程而启动的一项重要工作。通过该计划的实施，可以推动大学生在本科阶段得到科学研究与发明创造的训练，改变目前高等教育在人才培养过程中实践教学薄弱环节，动手能力不强的现状，倡导以本科生为主体的创新性实验研究，调动学生学习的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，逐渐掌握发现问题、分析问题、解决问题的方法、提高其创新实践的能力，进而推动高等学校人才培养模式改革。
本项目依据相关文件精神，结合所学专业知识，提出了“油田注水悬浮物快速含量检测试验”项目，在油田采油过程中，需要油田需要通过注入井将水注入油层，保持油层压力，以提高采油速度和采收率。油田注入水中悬浮物含量过高会腐蚀仪器，造成巨额经济损失，严重时引发地层堵塞，导致油层通透性下降，采油效率降低，甚至使油田提前报废。如果对注入水中悬浮物含量检测不及时不准确，容易将不合格的注入水注入油田，将会导致上述灾难的发生。本实验着眼于设计一套完整实验仪器，并对水样做悬浮物含量检测试验。
2. 项目分工
本实验项目由三名同学组成，基于每个人在各方面都有所参与、有所渗透，只是工作重点不同的原则，我们做了如下工作分配。一名同学负责仪器研发，试验实施工作。一名同学负责团队资料搜集，数据测算、整理，试验设计工作。还有一名同学负责团队项目开展日程安排，协调各类关系，是项目负责人。指导老师要及时对团队各项工作开展进行指导，提出了合理化建议。
3. 实验创新点及特色
1．实现原位测量
本项目研究实现了悬浮物含量测定技术中最关键的原位测量，避免了水样在运输和保存过程中产生的絮凝沉淀、污染变质等现象对测定结果的影响，解决了市场上同类仪器在测定时易产生较大误差的缺陷，使测定结果更真实可靠。
2、过滤、洗油、洗盐一次同步密封完成
本研究项目过滤、洗油、洗盐过程一次同步密封完成，不需拆卸仪器，避免了拆卸安装过程中空气中悬浮物进入滤膜或者已吸附在滤膜上的悬浮物丢失等现象的发生，保证了结果的准确性并可节约大量时间。
3、全新采样头设计
传统仪器采样部分没有对滤膜进行压紧固定，容易导致滤膜在过滤时旋转、破损和悬浮物粘黏等现象的发生。本研究项目采用压膜式过滤头设计，通过快速夹具使过滤头上端体将滤膜紧密压附在滤膜托上，防止了悬浮物的丢失，使测定准确度更高。同时，独创的上端体、滤膜托、下端体组合式设计使得滤膜安装拆卸更快速，成功率更高。
本实验特色在于：针对石油资源紧张，水环境保护不容乐观的局势，提出了快速检测水中悬浮物含量的研究课题，并自主设计实验仪器，实验步骤，自主处理实验数据。为检测水中悬浮物提供实施方案。
本实验最终设计方案可用于石油行业、环保监测部门、科教部门，对保证油田安全、减少油田污染、防止油田伤害，实现油田的可持续发展，以及合理地开发利用水资源，帮助水资源的回收利用，实现水资源的可持续开发利用，促进经济、社会和环境的和谐发展等。
4.方案设计原理
本试验设计原理来源于“国标方法”。该法是使水通过经恒重处理的滤膜，根据过滤水的体积和滤膜的增重来计算水中悬浮物固体颗粒的含量，具体按下式计算：
-------------------------------------- (1)
式中：C —悬浮物固体颗粒含量，mg / L
m1 , m2—实验前、后滤膜质量，mg
V —通过滤膜的水样体积，L
由上式可知，要测定悬浮物的含量，需要分别测量滤膜过滤前后的质量和过滤水样的体积。
4. 实验系统设计
本试验设计的基本方案是利用微型气泵作为压力源，通过减压阀将容器中的样液压入采样头内，使现场新鲜水样以适当的压力通过经恒重处理的滤膜，将大于或等于滤膜孔径的固体悬浮物颗粒截留、吸附在滤膜上，同时测量流过滤膜的水样的体积，为悬浮物含量的计算提供数据支持。试验仪器的工作原理图如下：
1：微型气泵；2：分水滤气器；3：减压阀；4：压力表；
5：样液容器；6：采样头；7：压力表；8：量筒
图1实验仪器工作原理图
由图1所示，采样仪系统主要由以下几个部件组成：微型气泵、分水滤气器、减压阀、压力表、样液容器、采样头和量筒。工作时，微型气泵1提供一定压力的气体，通过分水滤气器2对气体进行过滤，再由减压阀3对气体进行减压，使其输出压力稳定在一定范围内，同时由压力表4对输出压力进行显示。稳压气体通过软管进入到装有样液的样液容器5中，在压力的作用下，样液进入到装有滤膜的采样头6中，将大于或等于滤膜孔径的固体悬浮物颗粒截留、吸附在滤膜上，过滤后的液体进入到量筒8中，在采样完毕之后读取量筒8中的液体体积。
下列图2 、3分别为核心部件采样头主视图和采样头实物图，图4为试验仪器实物图。
5. 试验系统测试
试验仪器对相关水体进行检测。我们针对自主设计的悬浮物测定采样仪设计了完整试验方案，其中其测定步骤如下：
1．首先进行滤膜的前处理。将滤膜浸泡于蒸馏水中30min，取出烘干至恒重（烘干前后质量差小于0.2mg）；
2．将水样倒入到容器内，将滤膜平铺在滤膜托上，再将滤膜托放入采样头下端体，用快速夹具将上端体与滤膜托及下端体紧密压合；
3．将气泵出气管插入到样液容器的快速接头内，样液容器的出液管插入到采样头上端体的快速接头内，最后将采样头放到量筒上，使采样头下端体的凸台进入到量筒内；
4．开启电源，同时调节减压阀，观察压力表示数，使采样头内压强保持在0.10-0.15MPa；
5．当滤出液体体积接近300-500ml或无法连续流出时，关闭电源，记录滤出液体积以便后续计算；
6．洗盐使用的是蒸馏水，洗油使用的是乙醚，只需将样液换成蒸馏水或乙醚即可，步骤和刚才相同，进行洗盐、洗油工作3到4次，每次30秒；
7．关闭电源，缓慢拧开卸压阀，卸下采样头，用镊子取出滤膜，按照行业标准烘干滤膜并称重。
8．根据过滤水的体积和滤膜的增重来计算水中悬浮物固体颗粒的含量，具体计算公式如下：
C=
式中：C—悬浮物固体颗粒含量，mg/L；
， —实验前后滤膜质量，mg；
V—通过滤膜的水样的体积，L。
6. 试验对教学意义
1.实验的新思路：化学、生物、水资源、环境等专业都需要进行悬浮物的过滤和检测实验，本实验为他们提供了一套新的实验思路和方法。
2.学以致用：在实验开始到完成学生都注重用自己的知识，如化学知识提供作品设计的原理，机械设计课程完成作品的设计，流体运动理论完成作品动力源和滤膜的选择等。
3过程性：实验开展过程中学生注重过程中做好每一步，不刻意追求实验的结果是否成功，关键在于是否在其中学到知识，掌握基本的创新方法，培养学生做科学研究项目的素养。
作者简介：李记渊（1987-），男，汉族，学生，研究方向：机电一体化 游钊(1987-),男,汉族,学生,研究方向:检测技术与自动化装置。蒙启勇（1987-），男，汉族，学生，研究方向：机电一体化
关键词：大学生创新性试验计划 油田注水 悬浮物 过滤
1. 背景
“国家大学生创新性实验计划”是贯彻落实《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》（教高[2007]2号文件精神、实施本科教学质量工程而启动的一项重要工作。通过该计划的实施，可以推动大学生在本科阶段得到科学研究与发明创造的训练，改变目前高等教育在人才培养过程中实践教学薄弱环节，动手能力不强的现状，倡导以本科生为主体的创新性实验研究，调动学生学习的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，逐渐掌握发现问题、分析问题、解决问题的方法、提高其创新实践的能力，进而推动高等学校人才培养模式改革。
本项目依据相关文件精神，结合所学专业知识，提出了“油田注水悬浮物快速含量检测试验”项目，在油田采油过程中，需要油田需要通过注入井将水注入油层，保持油层压力，以提高采油速度和采收率。油田注入水中悬浮物含量过高会腐蚀仪器，造成巨额经济损失，严重时引发地层堵塞，导致油层通透性下降，采油效率降低，甚至使油田提前报废。如果对注入水中悬浮物含量检测不及时不准确，容易将不合格的注入水注入油田，将会导致上述灾难的发生。本实验着眼于设计一套完整实验仪器，并对水样做悬浮物含量检测试验。
2. 项目分工
本实验项目由三名同学组成，基于每个人在各方面都有所参与、有所渗透，只是工作重点不同的原则，我们做了如下工作分配。一名同学负责仪器研发，试验实施工作。一名同学负责团队资料搜集，数据测算、整理，试验设计工作。还有一名同学负责团队项目开展日程安排，协调各类关系，是项目负责人。指导老师要及时对团队各项工作开展进行指导，提出了合理化建议。
3. 实验创新点及特色
1．实现原位测量
本项目研究实现了悬浮物含量测定技术中最关键的原位测量，避免了水样在运输和保存过程中产生的絮凝沉淀、污染变质等现象对测定结果的影响，解决了市场上同类仪器在测定时易产生较大误差的缺陷，使测定结果更真实可靠。
2、过滤、洗油、洗盐一次同步密封完成
本研究项目过滤、洗油、洗盐过程一次同步密封完成，不需拆卸仪器，避免了拆卸安装过程中空气中悬浮物进入滤膜或者已吸附在滤膜上的悬浮物丢失等现象的发生，保证了结果的准确性并可节约大量时间。
3、全新采样头设计
传统仪器采样部分没有对滤膜进行压紧固定，容易导致滤膜在过滤时旋转、破损和悬浮物粘黏等现象的发生。本研究项目采用压膜式过滤头设计，通过快速夹具使过滤头上端体将滤膜紧密压附在滤膜托上，防止了悬浮物的丢失，使测定准确度更高。同时，独创的上端体、滤膜托、下端体组合式设计使得滤膜安装拆卸更快速，成功率更高。
本实验特色在于：针对石油资源紧张，水环境保护不容乐观的局势，提出了快速检测水中悬浮物含量的研究课题，并自主设计实验仪器，实验步骤，自主处理实验数据。为检测水中悬浮物提供实施方案。
本实验最终设计方案可用于石油行业、环保监测部门、科教部门，对保证油田安全、减少油田污染、防止油田伤害，实现油田的可持续发展，以及合理地开发利用水资源，帮助水资源的回收利用，实现水资源的可持续开发利用，促进经济、社会和环境的和谐发展等。
4.方案设计原理
本试验设计原理来源于“国标方法”。该法是使水通过经恒重处理的滤膜，根据过滤水的体积和滤膜的增重来计算水中悬浮物固体颗粒的含量，具体按下式计算：
-------------------------------------- (1)
式中：C —悬浮物固体颗粒含量，mg / L
m1 , m2—实验前、后滤膜质量，mg
V —通过滤膜的水样体积，L
由上式可知，要测定悬浮物的含量，需要分别测量滤膜过滤前后的质量和过滤水样的体积。
4. 实验系统设计
本试验设计的基本方案是利用微型气泵作为压力源，通过减压阀将容器中的样液压入采样头内，使现场新鲜水样以适当的压力通过经恒重处理的滤膜，将大于或等于滤膜孔径的固体悬浮物颗粒截留、吸附在滤膜上，同时测量流过滤膜的水样的体积，为悬浮物含量的计算提供数据支持。试验仪器的工作原理图如下：
1：微型气泵；2：分水滤气器；3：减压阀；4：压力表；
5：样液容器；6：采样头；7：压力表；8：量筒
图1实验仪器工作原理图
由图1所示，采样仪系统主要由以下几个部件组成：微型气泵、分水滤气器、减压阀、压力表、样液容器、采样头和量筒。工作时，微型气泵1提供一定压力的气体，通过分水滤气器2对气体进行过滤，再由减压阀3对气体进行减压，使其输出压力稳定在一定范围内，同时由压力表4对输出压力进行显示。稳压气体通过软管进入到装有样液的样液容器5中，在压力的作用下，样液进入到装有滤膜的采样头6中，将大于或等于滤膜孔径的固体悬浮物颗粒截留、吸附在滤膜上，过滤后的液体进入到量筒8中，在采样完毕之后读取量筒8中的液体体积。
下列图2 、3分别为核心部件采样头主视图和采样头实物图，图4为试验仪器实物图。
5. 试验系统测试
试验仪器对相关水体进行检测。我们针对自主设计的悬浮物测定采样仪设计了完整试验方案，其中其测定步骤如下：
1．首先进行滤膜的前处理。将滤膜浸泡于蒸馏水中30min，取出烘干至恒重（烘干前后质量差小于0.2mg）；
2．将水样倒入到容器内，将滤膜平铺在滤膜托上，再将滤膜托放入采样头下端体，用快速夹具将上端体与滤膜托及下端体紧密压合；
3．将气泵出气管插入到样液容器的快速接头内，样液容器的出液管插入到采样头上端体的快速接头内，最后将采样头放到量筒上，使采样头下端体的凸台进入到量筒内；
4．开启电源，同时调节减压阀，观察压力表示数，使采样头内压强保持在0.10-0.15MPa；
5．当滤出液体体积接近300-500ml或无法连续流出时，关闭电源，记录滤出液体积以便后续计算；
6．洗盐使用的是蒸馏水，洗油使用的是乙醚，只需将样液换成蒸馏水或乙醚即可，步骤和刚才相同，进行洗盐、洗油工作3到4次，每次30秒；
7．关闭电源，缓慢拧开卸压阀，卸下采样头，用镊子取出滤膜，按照行业标准烘干滤膜并称重。
8．根据过滤水的体积和滤膜的增重来计算水中悬浮物固体颗粒的含量，具体计算公式如下：
C=
式中：C—悬浮物固体颗粒含量，mg/L；
， —实验前后滤膜质量，mg；
V—通过滤膜的水样的体积，L。
6. 试验对教学意义
1.实验的新思路：化学、生物、水资源、环境等专业都需要进行悬浮物的过滤和检测实验，本实验为他们提供了一套新的实验思路和方法。
2.学以致用：在实验开始到完成学生都注重用自己的知识，如化学知识提供作品设计的原理，机械设计课程完成作品的设计，流体运动理论完成作品动力源和滤膜的选择等。
3过程性：实验开展过程中学生注重过程中做好每一步，不刻意追求实验的结果是否成功，关键在于是否在其中学到知识，掌握基本的创新方法，培养学生做科学研究项目的素养。
作者简介：李记渊（1987-），男，汉族，学生，研究方向：机电一体化 游钊(1987-),男,汉族,学生,研究方向:检测技术与自动化装置。蒙启勇（1987-），男，汉族，学生，研究方向：机电一体化