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大功率超声波对孔隙介质油层渗透率影响的分析

郑甲宏  
【摘要】: 超声波油井采油技术主要是研究超声波对油层孔隙介质的影响,而油井增油的关键在于提高孔隙介质的渗透率,因此本文研究的大功率超声波对孔隙介质渗透率的影响机理对于提高采油率具有重要的意义。 论文以试验研究为基础,以断裂力学理论为基础,利用有限元分析方法,从能量转化和裂纹扩展的角度对处于高温、高压及超声波共同作用后的孔隙介质岩心进行了分析和研究。 首先,采用孔隙度为0.2的人造岩心加工成×Φ8205的标准试件,并将试件进行饱和处理。采用Instron5500r型万能材料试验机进行了50°C,100°C,150°C温度下的单轴拉伸和单轴压缩试验,并分析了岩心的强度参数与力学特性。 其次,研究了在超声波作用下,不同阶段声能与孔隙介质岩心应变能之间传递与转换规律,并以此为基础,得出了围压、温度作用下岩心对超声波能量吸收公式,并对能量吸收公式进行了分析。 再次,利用Ansys有限元软件,对处于3000m和5000m深的岩心所处的变形状态进行了判断。得出了岩心从弹性变形阶段进入塑性变形阶段所需超声波能量的计算方法。 最后,利用Ansys有限元软件建立了岩心体内圆柱形裂纹模型,并计算得到了岩心在振幅为10Mpa,频率为20khz下的正弦超声波作用下,岩心内部圆形裂纹尖端应力强度因子的大小和分布的规律,通过应力应变分析确定了岩心裂纹尖端的塑性区范围,求出了圆柱形裂纹尖端的体积公式和塑性区的应变能,进而推导得出了岩心裂纹进一步扩展所需要的超声波的能量。


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