大功率超声波声场在多层井孔中的径向分布及数值模拟

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1、硕士学位论文大功率超声波声场在多层井孔中的径向分布及数值模拟UNDERTHEACTIONOFHIGH-POWERULTRASONICWAVEENERGYRADIALDISTRIBUTIONANDNUMERICALSIMULATIONOFMULTIPLEWELLHOLE杨德坚哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O426.6学校代码：10213国际图书分类号：530密级：公开工学硕士学位论文大功率超声波声场在多层井孔中的径向分布及数值模拟硕士研究生：杨德坚导师：赵树山教授申请学位：工学硕士学科：固体力学所在单位：航天学院航天科学与力学系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业

2、大学ClassifiedIndex:O426.6U.D.C:530DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringUNDERTHEACTIONOFHIGH-POWERULTRASONICWAVERADIALENERGYDISTRIBUTIONANDNUMERICALSIMULATIONOFMULTIPLEWELLHOLECandidate：YangDejianSupervisor：Prof.ZhaoShushanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SolidMechanicsA

3、ffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要在能源需求膨胀，供给压力增加的情况下，通过提高科技应用水平提高油气藏的采收率，已成为当前全球油气勘探和高效开发的首要任务。超声波采油技术作为一种有效的增产手段，近年来受到了石油界的广泛重视，该技术可以提高岩心的渗透率,降低原油的粘度,有效地解除地层堵塞。柱状换能器声源发出的声场在传播过程中，地质参数多数情况下是变化的，故本文以多层孔隙介质地层模型，探究井孔内外对

4、的声场分布。本文总结和分析超声波作用于油井的增产增注机理，超声波的强度由振动幅度的大小决定，通过能量表示时为声强，通过压力表示时为声压。根据Biot双向介质模型，考虑超声波传播过程中的反射、透射以及能量转化、衰减，在柱坐标下通过分离变量法求解了霍姆亥兹方程在本文模型中的解。分别推出了超声波在井孔内流体和井孔外孔隙介质中用贝塞尔函数表示的位移位，又通过两个界面的边界条件解出了井壁的反射系数、透射系数，给出了孔隙介质中固液间的耦合参数。基于通过Biot理论求得的应力和位移，采用坡印廷建立的波场能量理论，求解稳态问题下的声场能量，分为平均能量和瞬时能量，考虑油井存在射孔的情况，对径向的平均声强

5、进行了修正。对超声波波场势函数、声压、声强、能量流密度等参量进行数值模拟，得到了超声波在井孔内外的传播、衰减规律，及其与频率、功率、孔隙介质参数间的关系。发现在井孔内超声波能量的衰减至45%，在井孔外经过0.5m时又损失为井壁处的17%；声压在井壁处会发生较大衰减，而地层参数如密度、剪切模量对其影响较大。这一结果为进一步分析超声增油技术中声波能量的作用范围打下了基础。关键词：孔隙介质地层；储渗体；超声波采油；套管井井孔；坡印廷矢量；声场分析-I-AbstractAbstractAtpresent,crudeoilisthemajorandthemostwidelyusedenergyin

6、theworld,it’soneofthestrategicresources.Withtheconstantlyconsumptionofconventionaloilandgasresourcesandtheincreasingdemandforenergyinworld.Totakeeffectivemeasurestoensurethesupplyoftheoilandgasresourceswhichthenationaleconomicandsocialdevelopmentneededwillstillbetheprimaryproblemmostcountriesinth

7、eworldarefacingforalongperiodoftime.Underthepressureoftoexpandoilandgasproductionandtoincreasethesupply.Ithasbecometheprimarytaskoftheglobaloilexplorationandefficiencydevelopmentthatrelyonscientificandtechnologicalprog