基于機(jī)電耦合法油井增產(chǎn)超聲波換能器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著對(duì)技術(shù)采油的重視，如今超聲波技術(shù)已經(jīng)涉及到采油工藝和油田開發(fā)中。超聲波作用于近井解堵的機(jī)理不同于常規(guī)采油技術(shù)，超聲波作用油層具有安全穩(wěn)定、設(shè)備易于搭建、工藝流程簡單、成本低、見效快、對(duì)油水井、油層無污染無結(jié)構(gòu)破壞等優(yōu)點(diǎn)。石油開采領(lǐng)域里圓柱型超聲換能器占據(jù)設(shè)備的很大比重，主要原因是圓柱型換能器功率容量大、輻射能力強(qiáng)，不需考慮超聲波傳播的指向性，研制的主要目標(biāo)就是根據(jù)超聲波能量公式提高聲波能量。如此多的優(yōu)點(diǎn)使之成為油田三次采油和生物柴油

2、制備的主力設(shè)備，在大功率超聲清洗、聲波測(cè)井領(lǐng)域也有很明顯的作用。本文在換能器以及壓電陶瓷的理論基礎(chǔ)上，對(duì)換能器進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，并根據(jù)結(jié)果提出優(yōu)化方向，用有限元軟件對(duì)模型進(jìn)行構(gòu)建和計(jì)算，最終達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。
　　(1)對(duì)超聲波油井增產(chǎn)機(jī)理進(jìn)行分析，給出孔隙介質(zhì)中顆粒堵塞模型。之后對(duì)超聲波換能器進(jìn)行介紹，說明聲波增油的可行性。簡要介紹超聲波增油技術(shù)發(fā)展歷程和現(xiàn)狀及換能器設(shè)備的生產(chǎn)研發(fā)情況。
　　(2)分析換能器工作的核心特性，

3、即壓電陶瓷振子的壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。介紹壓電陶瓷材料的基本參數(shù)及設(shè)備組裝時(shí)采取不同的夾持條件和電學(xué)邊界條件對(duì)壓電方程的影響。換能器壓電陶瓷振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，振動(dòng)的能量大小可以通過聲強(qiáng)和聲壓來衡量，簡單介紹了兩者的定義和不同之處。在對(duì)陶瓷振子進(jìn)行振動(dòng)分析之前引用貝塞爾函數(shù)，給出了求解陶瓷環(huán)諧振頻率的一種方法。
　　(3)對(duì)換能器進(jìn)行整體的試驗(yàn)分析。測(cè)量換能器的主要工具為信號(hào)采集分析儀以及所配套的Coinv DASP-V10分析軟件。

4、信號(hào)采集分析儀連接著貼在換能器筒壁上的加速度傳感器，用該設(shè)備的信號(hào)采集功能收集振動(dòng)信息。在非工作狀態(tài)下我們選擇用LC系列力錘敲擊產(chǎn)生激勵(lì)，而在工作頻率狀態(tài)下我們直接用儀器收集振動(dòng)信息。我們通過這兩種狀態(tài)下的試驗(yàn)得出靜態(tài)下?lián)Q能器的諧振頻率和最優(yōu)的工作頻率，然后我們將諧振頻率調(diào)整到最優(yōu)工作頻率附近作為優(yōu)化的目標(biāo)。
　　(4)我們用Patran和Nastran軟件對(duì)換能器進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模、網(wǎng)格劃分之后再進(jìn)行模態(tài)分析和頻響分析。模擬部分的目的