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三元复合驱油井管道超声波除垢技术研究

作　者: 师柱
导　师: 谭定忠
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 三元复合驱管道超声波除垢
分类号: TE39
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

石油工业生产过程中,随着原油长输管道的长时间运行,都存在不同程度的结垢,尤其三元复合驱结垢状况更是严重,给油田生产造成严重危害,垢的存在越来越成为制约油田高效益、低投入、快速发展的关键因素之一。为了保证油田的稳产、增产,如何合理有效地防垢、除垢,已经成为油田开发中不容忽视的一项需要解决的现实问题。本文结合大庆油田的三元复合驱采油生产过程中出现的问题,对三元复合驱管道内垢样成分和成垢机理进行分析和研究,发现三元复合驱垢的成分与水驱、聚合物驱的垢的成分不同,主要由非晶质的二氧化硅、硅酸盐垢、碳酸盐垢所构成,垢质致密、坚硬,难以清除,其成垢机理是井下地层受三元复合驱体系中的碱的侵蚀,导致地层中含有的大量硅酸盐被溶解,三元采出液中硅离子浓度随PH值增加而增加,管道内出现严重的结垢现象；针对三元复合驱结垢问题,提出一种物理除垢新方法,即超声波除垢法；并对超声波防垢、除垢的机理进行分析和研究,超声波具有空化效应、机械剪切等效应能够将沉积在管道内的垢击碎、分解并防止小颗粒聚集,能抑制垢晶体的长大,机械剪切效应对管道内壁具有清洗作用,破坏垢的沉积条件等,可以有效的除垢、除垢。对超声波振动系统的工作原理和性能进行研究,研究设计了磁致伸缩超声波换能器、换能器振子的设计、振幅杆的设计与仿真；对磁致伸缩超声波换能器的驱动电路进行研究、设计；对设计的磁致伸缩超声波换能器进行加工制造；对设计的超声波除垢装置进行现场安装实验。现场实验结果表明所设计的超声波除垢装置对于清除沉积在管道内壁的垢具有良好的效果,除垢率能达到95%以上,而且对垢在管道内壁上的沉积也有很好的预防效果。

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摘要 5-6Abstract 6-10第1章绪论 10-17 1.1 项目的背景和意义 10-11 1.1.1 三元复合驱及其特点 10-11 1.1.2 三元复合驱的应用现状 11 1.2 除垢技术国内外发展现状 11-13 1.3 超声波除垢技术国内外现状 13-15 1.3.1 超声波除垢技术国外发展现状 13-14 1.3.2 超声波除垢技术国内发展现状 14-15 1.4 论文的研究方法与研究内容 15-17第2章三元复合驱管道成垢机理 17-22 2.1 三元复合驱垢样分析 17-18 2.1.1 实验分析 17-18 2.1.2 垢的显微结构 18 2.2 三元复合驱垢的形成原因与形成过程 18-20 2.3 三元复合驱垢的类型 20-21 2.4 三元复合驱垢的特点 21 2.5 本章小结 21-22第3章超声波除垢机理及影响因素 22-31 3.1 超声波技术的发展及其特点 22 3.2 常用的油田管道除垢方法及其特点 22-23 3.3 超声波除防垢机理 23-24 3.4 影响超声波除垢效果的因素 24-25 3.4.1 超声波声场因素的影响 25 3.4.2 超声波空化以及空化阀值 25 3.5 超声波的产生 25-28 3.5.1 超声波换能器的主要类型及特点 26-27 3.5.2 超声除垢装置换能器的选用 27-28 3.6 超声波能量的衰减 28-30 3.6.1 超声波能量衰减的原因 28-29 3.6.2 超声波能量衰减的规律以及衰减系数 29-30 3.7 本章小结 30-31第4章超声波除垢装置振动系统设计 31-49 4.1 超声换能器的主要性能指标 31-33 4.2 磁致伸缩换能器的设计理论 33-35 4.2.1 磁致伸缩效应 33 4.2.2 磁致伸缩材料及特点 33-35 4.2.3 磁致伸缩换能器结构设计 35 4.3 磁致伸缩换能器振子的设计 35-39 4.3.1 振子总长度的确定 36 4.3.2 盖板厚度和棒体长度的确定 36-37 4.3.3 峰值电流及电压的确定 37-38 4.3.4 棒体截面积及振子长度和宽度的确定 38-39 4.4 超声波变幅杆设计 39-48 4.4.1 复合变幅杆理论分析 40-43 4.4.2 超声除垢装置变幅杆结构设计 43-47 4.4.3 超声变幅杆的模态分析 47-48 4.5 本章小结 48-49第5章磁致伸缩换能器驱动电路设计与除垢实验 49-64 5.1 超声波电源设计方案 49-51 5.1.1 超声波除垢装置控制原理 50 5.1.2 超声波电源的组成 50-51 5.2 换能器等效电路与匹配电路设计 51-53 5.2.1 磁致伸缩换能器等效电路 51-52 5.2.2 磁致伸缩换能器匹配电路设计 52-53 5.3 功率驱动电路设计 53-56 5.3.1 功率驱动电路原理 53-55 5.3.2 全桥逆变电路设计 55-56 5.4 电源电路设计 56-58 5.4.1 DPS电源设计 56-57 5.4.2 主电源设计 57-58 5.5 换能器辅助电路设计 58-61 5.5.1 换能器辅助电路的控制电路设计 59-60 5.5.2 半桥逆变电路设计 60-61 5.5.3 IGBT管的保护电路设计 61 5.6 主电源检测电路设计 61-62 5.7 超声波装置除垢实验 62-63 5.8 本章小结 63-64结论 64-66参考文献 66-70攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 70-71致谢 71

三元复合驱油井管道超声波除垢技术研究

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