基于機電耦合法油井增產超聲波換能器結構參數(shù)優(yōu)化設計.pdf

1、隨著對技術采油的重視，如今超聲波技術已經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理不同于常規(guī)采油技術，超聲波作用油層具有安全穩(wěn)定、設備易于搭建、工藝流程簡單、成本低、見效快、對油水井、油層無污染無結構破壞等優(yōu)點。石油開采領域里圓柱型超聲換能器占據(jù)設備的很大比重，主要原因是圓柱型換能器功率容量大、輻射能力強，不需考慮超聲波傳播的指向性，研制的主要目標就是根據(jù)超聲波能量公式提高聲波能量。如此多的優(yōu)點使之成為油田三次采油和生物柴油

2、制備的主力設備，在大功率超聲清洗、聲波測井領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上，對換能器進行試驗測試，并根據(jù)結果提出優(yōu)化方向，用有限元軟件對模型進行構建和計算，最終達到結構優(yōu)化的目的。
　　(1)對超聲波油井增產機理進行分析，給出孔隙介質中顆粒堵塞模型。之后對超聲波換能器進行介紹，說明聲波增油的可行性。簡要介紹超聲波增油技術發(fā)展歷程和現(xiàn)狀及換能器設備的生產研發(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和逆壓電效應。介紹壓電陶瓷材料的基本參數(shù)及設備組裝時采取不同的夾持條件和電學邊界條件對壓電方程的影響。換能器壓電陶瓷振動產生超聲波，振動的能量大小可以通過聲強和聲壓來衡量，簡單介紹了兩者的定義和不同之處。在對陶瓷振子進行振動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)對換能器進行整體的試驗分析。測量換能器的主要工具為信號采集分析儀以及所配套的Coinv DASP-V10分析軟件。

4、信號采集分析儀連接著貼在換能器筒壁上的加速度傳感器，用該設備的信號采集功能收集振動信息。在非工作狀態(tài)下我們選擇用LC系列力錘敲擊產生激勵，而在工作頻率狀態(tài)下我們直接用儀器收集振動信息。我們通過這兩種狀態(tài)下的試驗得出靜態(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整到最優(yōu)工作頻率附近作為優(yōu)化的目標。
　　(4)我們用Patran和Nastran軟件對換能器進行結構建模、網格劃分之后再進行模態(tài)分析和頻響分析。模擬部分的目的