基于換能器陣的原油超聲波防蠟降粘技術(shù)研究.pdf

1、我國(guó)出產(chǎn)的原油大多是含蠟量多的高粘、高凝稠油，當(dāng)原油隨著集油管輸送到地面，原油中蠟晶不斷析出，沉積在管壁上，阻塞管道，減小有效管徑，降低輸油量，即形成“蠟沉積”。管輸原油中的蠟沉積現(xiàn)象是長(zhǎng)期困擾石油生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)難題，尤其是在寒冷地帶和海底輸油管路中。常用的清防蠟方法缺點(diǎn)在于作業(yè)成本高，或作業(yè)次數(shù)頻繁，或需停井作業(yè)，尤其是防蠟效果不明顯，易回復(fù)，不能從根本上消除蠟沉積。而超聲波可以改變蠟晶形態(tài)，抑制蠟晶生長(zhǎng)，分散蠟晶顆粒，有效地降低原

2、油的粘度，在不污染地層的前提下降低原油管輸過程中的能耗。
　　在理論分析石蠟沉積特性的基礎(chǔ)上，分別從超聲的機(jī)械作用，空化作用，乳化作用和熱效應(yīng)作用四個(gè)方面探討了超聲防蠟降粘的作用機(jī)理。并模擬了超聲聲參數(shù)對(duì)單一空化泡運(yùn)動(dòng)的影響，為超聲換能器設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇提供了理論依據(jù)。
　　基于一維變截面桿縱振波動(dòng)方程，采用邊界條件法和傳輸矩陣法分別設(shè)計(jì)了半波長(zhǎng)換能器振子以及半波長(zhǎng)變幅桿，二者通過螺釘連接組成全波長(zhǎng)聚能型壓電換能器。并通過仿真

3、和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了各參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，為超聲防蠟降粘裝置的研制奠定基礎(chǔ)。
　　原油超聲波防蠟降粘的效果與聲場(chǎng)分布的均勻性和聲強(qiáng)度有密切關(guān)系，而換能器陣能夠兼顧聲場(chǎng)均勻性和聲強(qiáng)度。因此根據(jù)Huygens積分定理，推導(dǎo)了圓形輻射面換能器及其組成的組合平面線列陣的指向性和聲場(chǎng)聲壓分布函數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，確定了換能器陣的有效聲場(chǎng)范圍，設(shè)計(jì)了原油超聲波防蠟降粘實(shí)驗(yàn)裝置，為下一步實(shí)驗(yàn)提供了條件。
　　實(shí)驗(yàn)研究了超聲處理時(shí)間、換能器工