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阵列式声波发生器结构设计及防垢实验研究

作　者: 郝爱刚
导　师: 张建国
学　校: 中国石油大学
专　业: 油气田开发工程
关键词: 防垢 谐振频率 声波振幅 参数优化
分类号: TE357.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 95次
引　用: 1次
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内容摘要


油田开发过程中油水井结垢现象普遍存在,严重影响了油井的正常生产,这一问题一直成为严重制约和影响油气田开发的重要因素。在结垢以后再考虑除垢问题,不仅增加生产消耗,而且由于频繁作业施工严重影响油田的正常生产时间,大大增加了开采成本,况且由于各种化学剂的使用难免对储层造成不同程度的伤害,而且一旦形成伤害很难解除。为了降低开采成本同时不伤害油气资源,依据声波在防垢方面的独特作用设计阵列式声波发生器,并通过流体激励产生声波达到防垢目的。文中详细调研了国内外防垢技术现状、污垢的形成过程及其危害;归纳了目前油田生产中的结垢机理,并从多个角度分析了影响污垢形成与沉积的因素;此外,总结了油田生产中各种防垢措施的作用机理并指出了其存在的问题与不足,并重点分析了声波防垢机理及其独特优势;分析了流体激发振动的机理,根据振荡流体力学的基本理论导出振幅连续方程、能量方程与动量方程;针对声波采油技术在防垢方面的独特优势,并依据流体激发振动机理,设计了新型流体激振阵列式声波发生器,该声波发生器振片采用阵列布置方式,改善了振片的固定方式,延长了其使用寿命;采用有限元分析软件ANSYS对阵列式声波发生器进行了强度分析,并重点对发生器的关键部件振动片进行了强度分析与模态分析,经过分析发生器主体与振动片部分均达到强度要求;对阵列式声波发生器进行室内模拟实验,研究了其流量特性、频率特性与振幅特性,实验中重点研究了振片尺寸及流速对声波频率与振幅的影响规律,通过实验对振片厚度、倾角、宽度等几何参数进行优化;此外,为评价其工作效果,进行了室内防垢挂片实验,实验结果表明防垢率高达96.5%。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 前言  8-12
  1.1 问题的提出  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 主要研究内容和技术路线  10-12
第二章 地层与井筒结垢机理及其影响因素  12-23
  2.1 污垢成分及分类  13-15
    2.1.1 垢的成分  13-14
    2.1.2 污垢的分类  14-15
  2.2 污垢的形成过程及结垢机理  15-19
    2.2.1 污垢的形成过程  15-18
    2.2.2 结垢机理  18-19
  2.3 结垢影响因素分析  19-23
    2.3.1 热力学因素  20-21
    2.3.2 结晶动力学因素  21
    2.3.3 流体动力学因素  21-23
第三章 声波防垢机理  23-30
  3.1 油田常用防垢方法及其作用机理  23-26
    3.1.1 物理法防垢机理  23-24
    3.1.2 化学防垢机理  24-25
    3.1.3 工艺法防垢机理  25-26
  3.2 声波的防垢机理  26-30
第四章 流体激发振动机理  30-36
  4.1 强迫振动与自激振动  30-31
  4.2 振荡流体力学参数的基本关系式  31-33
  4.3 流体激振的振荡流体力学原理  33-36
第五章 阵列式声波发生器的设计及强度校核  36-53
  5.1 几种常用的声波发生器  36-39
    5.1.1 哈特曼(Hartmann)发声器  36-37
    5.1.2 帕尔曼(Pohlmann)发声器  37-38
    5.1.3 旋笛  38-39
  5.2 阵列式声波发生器的设计  39-43
    5.2.1 主体部分的设计  40-41
    5.2.2 振动片的尺寸设计与材料选择  41-42
    5.2.3 共振腔的设计  42-43
  5.3 阵列式声波发生器的强度校核  43-53
    5.3.1 主体部分强度校核  44-47
    5.3.2 振动片的强度校核  47-53
第六章 阵列式声波发生器工作特性实验研究  53-76
  6.1 阵列式声波发生器工作原理  53
  6.2 声波发生器工作特性实验研究  53-71
    6.2.1 声波发生器流量特性研究  53-58
    6.2.2 声波发生器频率特性研究  58-65
    6.2.3 声波发生器振幅特性研究  65-71
  6.3 声波发生器防垢效果试验  71-76
    6.3.1 实验方法  71
    6.3.2 实验原理  71-72
    6.3.3 实验内容  72
    6.3.4 实验步骤  72
    6.3.5 实验结果分析  72-75
    6.3.6 结论  75-76
结论与建议  76-78
参考文献  78-81
附录  81-82
致谢  82

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 油气田开发与开采 > 采油工程 > 提高采收率与维持油层压力（二次、三次采油） > 油井井底处理法
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