超磁致伸縮采油換能器工作機(jī)理及應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，人們生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)石油的需求量不斷增加，而石油的開(kāi)采難度逐步加大，致使原油供需矛盾日趨緊張，油價(jià)迅速上漲。人們迫切需要研究新的采油方法及采油設(shè)備，以降低開(kāi)采成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，滿足市場(chǎng)需求。基于超磁致伸縮材料的井下聲波采油換能器主要由驅(qū)動(dòng)器和聲輻射器組成，其產(chǎn)生的聲波可有效地提高原油產(chǎn)量，受到了石油行業(yè)的重視。但低頻采油換能器的研究還處于起步階段，為此開(kāi)展井下聲波采油換能器的應(yīng)用基礎(chǔ)研究具有十分重要的學(xué)術(shù)意義和可

2、觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本學(xué)位論文在國(guó)家及浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目支持下，開(kāi)展了超磁致伸縮采油換能器工作機(jī)理及應(yīng)用基礎(chǔ)方面的研究，研究過(guò)程中采取理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，主要研究?jī)?nèi)容如下。 第一章，闡述了本學(xué)位論文的研究背景及意義，詳細(xì)介紹了聲波采油技術(shù)、大功率超磁致伸縮換能器以及聲波采油換能器的研究現(xiàn)狀，提出了論文研究的主要內(nèi)容。 第二章，研究分析了聲波采油工作機(jī)理及聲波在油層中傳播規(guī)律，提出了以超磁致伸縮材料為核心驅(qū)動(dòng)元件的聲波采

3、油換能器的設(shè)計(jì)要求，包括換能器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、諧振頻率和臨界聲輻射強(qiáng)度確定的依據(jù)等；采用彎曲振動(dòng)模態(tài)來(lái)降低聲輻射器的諧振頻率，以緩解換能器的低頻率與小尺寸的矛盾，并可減少聲波能量在油層中傳播損失；討論了如何合理確定換能器的機(jī)械品質(zhì)因素和帶寬的關(guān)系，以及換能器在不同介質(zhì)界面處的阻抗相匹配問(wèn)題，為基于超磁致伸縮材料的采油換能器的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。 第三章，根據(jù)采油換能器的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了擬橢球殼結(jié)構(gòu)的新型聲輻射器；基于Hamilton原

4、理，建立了聲輻射器的振動(dòng)方程及各參數(shù)的計(jì)算表達(dá)式，并進(jìn)行了聲輻射器諧振頻率的分析及計(jì)算；提出了輻射器聲源級(jí)的計(jì)算方法，并推導(dǎo)了聲輻射器的聲源級(jí)與驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系，為進(jìn)行聲輻射器的設(shè)計(jì)及輻射聲強(qiáng)的計(jì)算提供理論依據(jù)。 第四章，進(jìn)行了超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的總體設(shè)計(jì)，提出了確定驅(qū)動(dòng)器各參數(shù)的理論依據(jù)：研究了超磁致伸縮材料的動(dòng)態(tài)特性及驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)特性，并建立了換能器的動(dòng)力學(xué)方程；提出了驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)優(yōu)化預(yù)壓應(yīng)力、磁偏

5、置值及線圈設(shè)計(jì)等措施提高驅(qū)動(dòng)器的能量傳遞效率。 第五章，為了能有效地減小換能器的體積并實(shí)現(xiàn)同位控制，提出了超磁致伸縮換能器諧振工作點(diǎn)自感知機(jī)理及諧振頻率自動(dòng)跟蹤原理；分析了超磁致伸縮換能器作為雙向換能器的自感知物理基礎(chǔ)，以此建立了換能器末端的位移、速度、阻抗及所受外力的自感知模型，并利用橋路法在強(qiáng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的背景下提取感知信號(hào)；研究表明：感生電壓大小與運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)頻率及作用力的大小成正比。第六章，在自行研制的驅(qū)動(dòng)器及聲輻射器的基