超声波降粘防蜡技术

成都传感换能所 二、机 1、超声波简介 超声波具有机械振动作用、空化作用和热作用。 超声波具有机械振动作用、空化作用和热作用。 空化作用： ●空化作用：就是一定的频率的超声波通过液体 时，会使原有的或新生的微型气泡发生振动现 象，在声波的稀疏阶段，小泡比较迅速的涨大， 在声波的稀疏阶段，小泡比较迅速的涨大， 在声波的压缩阶段，小泡又很快地被湮灭， 在声波的压缩阶段，小泡又很快地被湮灭，这 一过程通常发生在几纳秒到几微秒之间， 一过程通常发生在几纳秒到几微秒之间，小泡 内部可达几千度的高温， 内部可达几千度的高温，几千乃至几万个大气 压，在湮灭过程中所产生的加速度是重力加速 度的几万倍，声学上把这一现象称为“ 度的几万倍，声学上把这一现象称为“空化效 应” 。 声波的热作用：就是当声波穿过介质时， ●声波的热作用：就是当声波穿过介质时，介质 吸收一定的声能，就会引起局部高温， 吸收一定的声能，就会引起局部高温，这是一 种能量转换；频率越高，热作用效果越显著。 种能量转换；频率越高，热作用效果越显著。 理
成都传感换能所 二、机 2、超声波降粘防蜡机理 理
（5）在原油与结蜡层、管壁的分界面处, 由于 在原油与结蜡层、管壁的分界面处 振动速度的巨大差异, 使得原油与结蜡层、 振动速度的巨大差异 使得原油与结蜡层、管 壁之间发生摩擦,这种边界摩擦产生的局部高 这种边界摩擦 壁之间发生摩擦 这种边界摩擦产生的局部高 和空化作用产生的超声波热效应 超声波热效应使原油的温 温和空化作用产生的超声波热效应使原油的温 度升高，分子运动加剧， 度升高，分子运动加剧，可以降低原油的粘度 和凝固点；同时，使结蜡层软化而受到破坏， 和凝固点；同时，使结蜡层软化而受到破坏， 不利于蜡分子在蜡晶表面聚集， 也不利于蜡分子在蜡晶表面聚集，起到防蜡作 用。 在超声波作用下， （6）在超声波作用下，介质的电导率和表面张 力下降，分子间、 力下降，分子间、分子与输油管道间亲和力减 有利于降低原油粘度，增加流动性。 弱，有利于降低原油粘度，增加流动性。
各种方法都有各自的特点和局限性，主要问题是耗能多、成本高、效果不稳定。 各种方法都有各自的特点和局限性，主要问题是耗能多、成本高、效果不稳定。
成都传感换能所 一、概 述
超声波降粘技术是近几年来迅速发展起来 的一种新技术，利用超声波的振荡作用、 的一种新技术，利用超声波的振荡作用、空化 作用及热作用可以有效地降低稠油粘度， 作用及热作用可以有效地降低稠油粘度，超声 波单独作用时，降粘率一般为25 35％， 25～ ％，超声 波单独作用时，降粘率一般为25～35％，超声 波与表面活性剂联合作用时，降粘率可达到70 波与表面活性剂联合作用时，降粘率可达到70 80％。 ～80％。 超声波降粘方法具有投资少、成本低、 超声波降粘方法具有投资少、成本低、见 效快、效益高等特点， 效快、效益高等特点，是实现较低温度下输送 稠油的有效方法。 稠油的有效方法。
超稠油（天然沥青） 超稠油（天然沥青） ＞50000
＊指油层条件下的原油粘度；无＊者为油层温度下脱气原油粘度。
成都传感换能所 一、概 述
由于稠油粘度高，流动性差，造成稠油开采、 ●由于稠油粘度高，流动性差，造成稠油开采、输送中存在 困难：一方面,粘度高造成油层渗流阻力过大，使原油不易 困难：一方面,粘度高造成油层渗流阻力过大， 从油层流入井底；另一方面,即使原油能够流到井底， 从油层流入井底；另一方面,即使原油能够流到井底，由于 从井底向井口的流动过程中出现降压脱气和散热降温现象， 从井底向井口的流动过程中出现降压脱气和散热降温现象， 使原油的粘度进一步增加， 使原油的粘度进一步增加，严重影响了原油的生产和地面输 送。因此，降粘是稠油开采的关键问题。 因此，降粘是稠油开采的关键问题。
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三、影响因素
超声波频率
超声波强度
超声波稠油降粘 的影响因素
超声波作用时间 超声波作用温度
与降粘剂的联合作用
成都传感换能所 超声波稠油降粘的影响因素
●频率：频率对超声波的降 频率： 粘效果有很大影响， 粘效果有很大影响，低 频率超声波的降粘效果 优于高频率超声波的降 粘效果， 粘效果，这主要是由于 频率越高， （1）频率越高，超声波 衰减越明显， 衰减越明显，传播距离 越短；（ ；（2 越短；（2）超声频率越 周期就越短, 高, 周期就越短 空泡生 长、爆炸崩溃等空化过 程所需要的时间就不足, 程所需要的时间就不足 使空化变得难以发生。 使空化变得难以发生。 因此, 因此 超声波的频率不能 太高。实验结果表面， 太高。实验结果表面， 超声波降粘采用的频率 范围在10 25kHz内最好 10～ 内最好。 范围在10～25kHz内最好。
60 50
温
40
度 (℃) ℃
30 20 10 0 0 5 10 15 20
时 间 t(min)
超声波热效应实验
成都传感换能所 2、超声波降粘防蜡机理 二、机 理
（1）超声波空化效应产生的高温高压和高速微射流作 超声波空化效应产生的高温高压和高速微射流作 空化效应 用于原油中的大分子团， 用于原油中的大分子团，使沥青质大分子团遭到破 坏而解体, 充分破碎, 并部分被乳化；同时， 坏而解体, 充分破碎, 并部分被乳化；同时，汽泡 在湮灭运动过程中将对原油产生机械剪切， 在湮灭运动过程中将对原油产生机械剪切，这些效 应都会对原油产生很好的降粘降凝效果。 应都会对原油产生很好的降粘降凝效果。 在超声波空化作用下 空化作用下， （2）在超声波空化作用下，原油中长链石蜡烃分子断 分子量减小，使蜡晶破碎成极小的颗粒， 裂，分子量减小，使蜡晶破碎成极小的颗粒，对蜡 晶的生长有抑制作用。 晶的生长有抑制作用。 超声波的剧烈机械搅拌作用使蜡的熔点降低 使蜡的熔点降低， （3）超声波的剧烈机械搅拌作用使蜡的熔点降低，提 高了蜡晶的熔解机械振动作用可引起原油本身强烈的振动,对结 走；机械振动作用可引起原油本身强烈的振动 对结 蜡层反复冲击,使结蜡层疲劳而受到破坏 受到破坏, 蜡层反复冲击,使结蜡层疲劳而受到破坏 直至脱离 管壁，也不利于蜡晶在管壁上析出，达到清蜡、 管壁，也不利于蜡晶在管壁上析出，达到清蜡、防 蜡的目的。 蜡的目的。
成都传感换能所 2、超声波降粘防蜡机理 二、机 理
(4)超声波的机械振动作用 (4)超声波的机械振动作用可加速原油中较小分子与惰性大 超声波的
的大分子链之间的相对运动, 从而增大了它们之间的摩擦力。 的大分子链之间的相对运动 从而增大了它们之间的摩擦力。 当这种摩擦力足够大时，可以打断C一 键 当这种摩擦力足够大时，可以打断 一C键，使长链石蜡烃分 沥青质等大分子链断裂, 破碎大分子团, 起降粘、 子、沥青质等大分子链断裂 破碎大分子团 起降粘、防蜡的 作用。由光谱数据可知, 作用。由光谱数据可知 使C一C键断裂所需要的力为 一 键断裂所需要的力为 4.5×10﹣9 N。 × 。 从理论上可估算出这种能打断C一 键的摩擦力的大小 键的摩擦力的大小。 从理论上可估算出这种能打断 一C键的摩擦力的大小。 假定把大分子看作是由数量为n的固态球体构成 的固态球体构成, 假定把大分子看作是由数量为 的固态球体构成 运用修正的 Stokes方程： 方程： 方程 F＝6πη×rvn ＝ η 流体粘度,pa.s 式中 η—流体粘度 流体粘度 r—小球半径 小球半径,m 小球半径 v —超声声场引起的相对于大分子的流体速度 ／s 超声声场引起的相对于大分子的流体速度,m 超声声场引起的相对于大分子的流体速度 如η＝100×10﹣4 pa.s,n ＝3000, r ＝ 3×10﹣10 m, v ＝0.4 × × m／s,此时， F＝67.8 ×10﹣9 N。 此时， ＝ 。
三、影响因素
相同声强和作用时间下，频 率与原油降粘率的关系 油样：新疆油田红浅 ＃ 油样：新疆油田红浅92＃站 混合稠油 声强： 声强：50w 作用时间： 作用时间：20min
中国稠油分类标准
分类 第一指标 粘度(mPa.s) 粘度(mPa.s) 100） 1000 50＊ （或100）—1000 普通稠油 50＊～100＊ 100—10000 100 10000 特稠油 10000—50000 10000 50000 第二指标 相对密度（20℃） 相对密度（20℃） ＞0.9200 ＞0.9200 ＞0.9200 ＞0.9500 ＞0.9600 可以先注 水再热采 热采 热采 热采 开采方式
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二、机
理
用频率为23kHz、功率为300W的超声波实验设备对 、功率为 用频率为 的超声波实验设备对 60ml稠油作用，在隔热条件下测得了其温度随作用时间的 稠油作用， 稠油作用 变化曲线，结果表明，超声波的热作用十分明显，仅5分 变化曲线，结果表明，超声波的热作用十分明显， 分 钟就将油体温度从22℃提高到32℃ 钟就将油体温度从 ℃提高到 ℃，15分钟时将原油温度 分钟时将原油温度 从22℃提高到 ℃。 ℃提高到50℃
电磁波
成都传感换能所 二、机 1、超声波简介：超声波特点 超声波简介： 1)方向性好。由于超声波的频率高, 1)方向性好。由于超声波的频率高,其波长较同 方向性好 样介质中的声波波长短得多,衍射现象不明显, 样介质中的声波波长短得多,衍射现象不明显, 所以超声波的传播方向好。 所以超声波的传播方向好。 2)能量大 声波在介质中传播,当振幅相同时, 能量大。 2)能量大。声波在介质中传播,当振幅相同时,振 动频率越高能量越大。超声波在介质中传播时， 动频率越高能量越大。超声波在介质中传播时， 介质质点振动的频率很高，因此, 介质质点振动的频率很高，因此,比普通声波 具有大得多的能量。 具有大得多的能量。 3)穿透能力强 传播距离远。 穿透能力强， 3)穿透能力强，传播距离远。超声波在气体中衰 减很强,在固体和液体中衰减较弱。在不透明 减很强,在固体和液体中衰减较弱。 的固体中,超声波能够穿透几十米的厚度, 的固体中,超声波能够穿透几十米的厚度,所以 超声波在固体和液体中应用较广。 超声波在固体和液体中应用较广。 理
成都传感换能所 二、机 1、超声波简介：频率范围 超声波简介：