存储虚拟化技术的研究

[摘要]存储虚拟化技术是基于网络的存储管理技术，它屏蔽大量异构设备的差异性，向用户提供简单的逻辑存储访问接口；它简化了存储管理，优化了系统性能，提高了存储设备的利用率。本文从存储虚拟化的概念人手，详细分析了存储虚拟化的使用优点、实现方式、关键技术等方面的问题。

[关键词]存储虚拟化 优点 关键技术

中图分类号：TP334.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0301-02

1、存储虚拟化的概念

存储虚拟化就是通过映射或抽象的方式屏蔽物理设备复杂性，增加一个管理层面，激活一种资源并使之更易于透明控制。它可以有效简化基础设施的管理，增加IT资源的利用率和能力。

存储虚拟化是一种贯穿于整个环境、用于简化本来可能会相对复杂的底层基础架构的技术。存储虚拟化的思想是将资源的逻辑映像与物理存储分开，从而为系统和管理员提供一幅简化、无缝的资源虚拟视图。

对于用户来说，虚拟化的存储资源gila是一个巨大的“存储池”，用户不会看到具体的磁盘、磁带，也不必关心自己的数据经过哪一条路径通往哪一个具体的存储设备。

从管理的角度来看，虚拟存储池是采取集中化的管理，并根据具体的需求把存储资源动态地分配给各个应用。

2、存储虚拟化的使用优点

虽然是计算机网络上的虚拟模式，但在现实运用中却体现出了多个方面的功能。这些先进的功能不仅促进了计算机网络功能的调整，也给用户创造了多元化的运用平台。存储虚拟化技术的优点体现在：

2.1 整合数据。用户在计算机内运用了虚拟化存储技术后，能够将各种不同的数据信息集中到一起整合处理。通过对信息资源的针对处理把信息进行归类划分，让用户在选择数据信息时更加便捷，同时还能显著提高数据的使用效率。

2.2 降低成本。虚拟化操作平台的创建要比现实数据处理平台更容易，由于现实信息处理平台创建要添加诸多硬件设备，在投资成本上消耗较大。存储虚拟化则通过服务水平协议处理信息，大大降低了整个流程的运行成本。

2.3 增强性能。存储器是计算机系统的核心组成，对于数据信息来说是重要的存储区域。通过引进存储虚拟化技术能有效改善计算机存储环境，对不同的数据能及时监控操作，防止“漏存、少存、错存”等问题的出现。

2.4 管理数据。随着市场经济的不断发展，计算机已经成为企业日常经营的重要设备。通过存储虚拟化技术能改善企业数据管理效率，包括备份、恢复、数据归档、资源分配等方面的操作都能有效管理，降低了企业经营的难度。

3、存储虚拟化的实现方式

存储虚拟化可以在三个层次上实现：基于主机的虚拟化、基于存储设备的虚拟化和基于存储网络的虚拟化。

3.1 基于主机的虚拟化也称为基于服务器的虚拟化，是通过在服务器操作系统中嵌入或添加虚拟层来实现设备虚拟化的，该方法不需要添加特殊的硬件而只需安装具有虚拟化功能的软件模块，它以驱动程序的形式嵌入到应用服务器的操作系统中，呈现给操作系统的是逻辑卷，通过逻辑卷把分布在多机上的物理存储设备映射成一个统一的逻辑虚拟存储空间，逻辑卷管理系统实际上是一个从物理存储设备映射到逻辑卷的虚拟化存储管理层，它可实现系统级和应用级的多机间存储共享。

运行在服务器上的虚拟化软件需要占用服务器的CUP、内存、带宽等开销，对操作系统的依赖性较大，使得虚拟化系统不能兼容不同的平台，移植性较差。但是基于主机的虚拟化最容易实现的，一般只需在应用服务器端安装卷管理驱动模块就可以完成存储虚拟化的过程，具有成本低、同构平台下性能高的特点。

3.2 基于存储设备的虚拟化一般在存储设备的控制器中实现，又称为存储控制器的虚拟化。由于该虚拟化的实现方法直接面对具体的物理设备，在性能上达到最优，由于该虚拟化逻辑被集成到设备内部，存储虚拟化的管理简单方便而对用户透明，但由于这种虚拟化技术没有统一标准，一般只适用于特定厂商的产品，异构产品间很难实现存储级联，所以这种存储虚拟化产品的可扩展性易受到限制。另外，由于厂商的限制，用户对存储设备的选择面也很窄，如果没有第三方的虚拟化软件提供底层屏蔽服务从而实现存储级联和扩展，则该系统的扩展性就很差，但近期也有一些研究成果采用基于目录的虚拟化方式来克服这些不足。

3.3 基于网络的存储虚拟化。基于网路的虚拟存储化技术是当前存储虚拟化的主流技术，它当前在商业上具有较多的成功产品。典型的网络虚拟存储技术主要包括网络附加存储NAS Network Attached Storage和存储区域网络SAN Storage Area Network。由于这两种系统的体系结构、通信协议、数据管理的方式不同，所以NAS主要应用于以文件共享为基础的虚拟存储系统中，而SAN主要应用在以数据库应用为主的块级别的数据共享领域。存储区域网络SAN是当前网络存储的主流技术。虚拟化存储的实现可以分布在从主机到存储设备之间路径的不同位置上，由此可把基于网络的存储虚拟化细分为基于交换机的虚拟化、基于路由器的虚拟化、基于专用元数据服务器的虚拟化、基于局域网的存储虚拟化、基于互联网的存储虚拟化。

3.3.1 基于交换机的虚拟化。基于交换机的虚拟化是通过在交换机中嵌入固件化的虚拟化模块层来实现的，由于在交换机中集成有交换和虚拟化功能，交换机很容易成为系统的瓶颈，并可能产生单点故障。不过这种结构不需要在服务器上安装虚拟化软件，可以减少应用服务器的负载，也没有基于存储设备或者主机环境的安全性问题，在异构环境下有较好的互操作性。

3.3.2 基于路由器的虚拟化。基于路由器的虚拟化是将虚拟化模块集成到路由器中，使存储网络的路由器既具有交换机的交换功能，同时具有路由器的协议转换功能，它把存储虚拟化的范围由局域网范围内的虚拟存储扩展到了广域虚拟存储。

[摘要]通过剖析纯梁油田欠注水井的成因，完善应用成熟的增注技术，推广应用新的治理手段，形成了具有区块特色的技术系列，取得明显效果。针对注水井油藏物性、注入水水质、作业过程、注入方式等因素引起的油层堵塞等各类伤害，应用了盐酸、土酸、有机土酸、缓速酸、氟硼酸等增注工艺进行综合治理。

[关键词]欠注；增注；油层堵塞；治理措施

中图分类号：TE342 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0317-01

1、欠注水井成因分析

（1）油藏注采井网不合适。注采井距过大，由于渗流阻力大，注水井的能量扩散不出去，在注水井附近蹩成高压区，使得注水量很快降低；而生产井因注水井太远，难以见到效果，产量迅速降低。所以，井网不合理，注采井距偏大是造成注水压力过高的一个重要原因。（2）污水井水质不达标。采油厂回注污水，注入水中悬浮固体含量、SRB和平均腐蚀率等指标严重超标，这是造成梁家楼、纯化油田特别是纯化低渗透油田欠注的主要原因之一，由于连续回注不合格污水，地层注水压力上升，吸水指数下降等现象日益突出。（3）储层敏感性强。在注水开发过程中，由于存在着各种敏感性而造成油藏伤害，势必会影响到地层有效吸水。如注水过程中由于水敏、速敏等均可以使得油藏的粘土矿物发生膨胀和运移，从而造成新的堵塞。使得注水压力升高或注不进水。（3）作业过程中造成的伤害作业过程中，在实施某项中间工序时，所加入的外来人井液与地层不配伍，引起地层结垢、粘土膨胀、微小固体颗粒堵塞注水层引起地层不吸水等现象时有发生，此外，酸化、压裂措施中，酸液使用不当，排液不彻底等会对油层造成伤害。（4）注入水与地层水不配伍引起的地层伤害注入水与地层水不配伍或者注入水中含有可以产生沉淀的不稳定盐类，由于注入过程中温度、压力和配比的变化，使得沉淀物在油藏内和井筒中析出，从而造成堵塞，这种情况在采油厂注清水、注污水井中都存在。（5）注入过程及注入方式引起的地层伤害。注水过程中，由于动态调配的需要，往往减少配注水量，虽可以大大缓解区块相邻受效油井的含水的上升，减少油层注水指进现象的发生，但是储层岩石渗透率具有压力敏感性，由于油藏类型各异，地层所受到的压力敏感性伤害程度也不同，储层渗透率一旦受到压力敏感性伤害，当地层压力恢复到原始值时，储层渗透率有一定的恢复，但不可能恢复到原始渗透率值，存在一定的不可恢复量。储层性质不同，不可恢复量亦不同。由此判断，稳定注水形成的注水微裂缝通道会发生闭合，再次增压注水往往较难恢复原来的水平，因此注入过程及注入方式都会引起地层结构的变化。

2、欠注井配套工艺应用

针对各类油藏油层堵塞类型的不同以及堵塞的特点，通过优选酸液配方，优化施工工艺，逐渐形成了完善的增注工艺体系。

2.1 有机缓速酸增注工艺――基质酸化，提高渗流能力

有机酸含有甲醛、氟化铵、有机羧酸盐等组分，其中的甲醛与氟化铵在一定条件下经多级反应生成氢氟酸和六次甲基四胺，生成的氢氟酸在地层中消耗后促使该多级反应向正方向进行，从而不断提供氢氟酸以保持酸液的活性，实现深部酸化。同时有机羧酸盐与地层中的钙、铁离子络合，防止在地层中产生CaF2、Fe（OH）3等二次沉淀。这类增注工艺应用10井次。

2.2 有机土酸酸化工艺技术――减少二次伤害，延长酸化有效期

有机土酸是由盐酸、氢氟酸、乙酸及多功能添加剂组成，通过调整盐酸、氢氟酸的比例并优选适当的添加剂，减小酸化过程中酸液对油层造成的损害，达到提高酸化效果的目的。这类增注工艺应用6井次。

2.3 氟硼酸酸化工艺技术――稳定粘土

对于水敏性地层，采用氟硼酸酸化工艺，氟硼酸进入地层时能缓慢水解生成HF，因而在酸液耗尽之前可深入地层内部较大范围，达到深部处理的效果，此外，氟硼酸还可使任何不溶解的粘土微粒产生化学溶化，溶化后的微粒在原地胶结，使得处理后因流量加大而引起的微粒运移受到限制，并且通过不相溶流体的接触，用氟硼酸处理过的粘土敏感性下降，不易膨胀或分散。这类增注工艺主要在纯化等低渗透油田应用6井次。

2.4 盐酸除垢工艺――解除结垢堵塞

近年来随着注水油田的不断开发，由于注入水与地层水矿化度的差异以及地层颗粒运移及矿物中钙、镁离子成分等的影响，导致部分水井炮眼附近及近井地带结垢严重，堵塞了渗流通道，造成水井欠注，针对这种情况，我们采取以盐酸为主的增注工艺，即用常规盐酸辅以添加剂解除近井地带结垢及井筒结垢（酸溶性垢）、碳酸盐岩地层酸化解堵；盐酸可溶物大于20%的砂岩地层酸化等。这类增注工艺应用7井次。

3、转注井酸化工艺应用

3.1 转注井酸化改造原因

油井转注前，地层由于物性差、多次改造措施造成的地层伤害、地层本身结垢、结蜡等堵塞，因此通过针对性地酸化改造措施，增加地层渗透率，解除地层伤害，实现长期有效地稳定注水。

3.2 转注井配套酸化应用情况

针对油层存在泥质含量高、历次作业不同程度污染的实际，我们主要应用了常规土酸、有机土酸、缩膨防膨后期处理，来达到解除污染、增加地层渗透率的目的。共应用各类增注工艺9井次，有效9口井。

4、几点认识

（1）针对部分水井酸化时压力下降明显，增注效果明显，但是注水有效期短的实际，分析原因，有相当大的因素是注水后期管理跟不上造成的，比如说，注清水井一季度洗井一次，注污水井一月洗井一次，都不能落到实处，井筒脏、污物堆积、油层被颗粒堵塞、注入水进入地层产生的沉淀等等给注水带来了很大的隐患。建议有关部门加强水井措施后的管理力度。部分井在检管后原来能注进去水，作业开井后却一点注不进去，分析是作业过程中的入井液污染所致，此外作业过程中的洗井工序也没有很好的得到落实，出现洗井不彻底或者根本没有洗井的情况。建议有关部门加强这方面的监督考核力度。（2）注入水水质严格按照油田相关标准执行，但是部分井注入水经管线到达井口后，却没有达标，这主要是注入水沿程受到污染所致，因此建议加强注入水沿程检测，采取相关措施确保合格注入水注到地层。（3）应加强油藏方面的研究，在应用好现有酸化工艺的基础上，继续开展适应不同油藏的其它酸化工艺、配方的调研，引进并推广成熟的酸化工艺。2011年各类成熟增注工艺的应用取得了不错的效果，对夯实油田稳产基础起到了积极作用。