朱強(qiáng)

【摘要】隨著油田產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)地下可采石油也逐漸減少，各種油價(jià)不斷上漲。因此各類提高產(chǎn)業(yè)效率、增加原油利用率等開采技術(shù)越來越多地獲得了關(guān)注。設(shè)計(jì)以PIC系列單片機(jī)為控制核心，利用超聲波的理論基礎(chǔ)，制作了電路板，并通過實(shí)驗(yàn)深入探討了超聲波的驅(qū)油機(jī)理，優(yōu)化了系統(tǒng)參數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得了最佳的驅(qū)油效果。

【關(guān)鍵詞】超聲波;PIC;原油降粘;參數(shù)優(yōu)化

1.引言

光由于我國(guó)的油氣藏多為陸相沉積，油藏類型較為復(fù)雜，油層物性并非十分良好，油層薄而互層較多，原油物理性質(zhì)區(qū)別較大，油層所能承受壓力較小，而且井下油水關(guān)系復(fù)雜，因此開發(fā)油氣藏增產(chǎn)技術(shù)十分必要。超聲波采油可以用于解堵、提高采收率、防蠟、降粘、脫水、脫氣、防垢、乳化、破乳等多個(gè)方面，是以物理作用為基礎(chǔ)，應(yīng)用范圍廣泛，不存在造成油層污染的外來因素，同時(shí)還具備適應(yīng)性強(qiáng)、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)的先進(jìn)采油技術(shù)。

設(shè)計(jì)采用PIC單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，控制超聲波頻率、作用時(shí)間、聲強(qiáng)等各項(xiàng)參數(shù)對(duì)巖心滲透率以及原油粘度的影響規(guī)律，最終進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化以達(dá)到更好的應(yīng)用效果，進(jìn)而解決實(shí)際問題[1]。

2.總體電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)包括超聲波信號(hào)控制部分、超聲波發(fā)生器、信號(hào)檢測(cè)部分等組成。其中控制核心為PIC系列PICF16887單片機(jī)，具有全新的流水線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（HARWARD）結(jié)構(gòu)、單字指令體系，與其它單片機(jī)相比，具有性能完善、功能強(qiáng)大、開發(fā)應(yīng)用方便、人機(jī)界面友好等突出優(yōu)點(diǎn)。PIC16F877具有PIC系列單片機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，有28個(gè)引腳，22個(gè)通用I/O口，5路的10位AD轉(zhuǎn)換通道，2路PWM發(fā)生器，13個(gè)中斷源，3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，自帶“看門狗”，可以在線編程。本設(shè)計(jì)通過PIC單片機(jī)強(qiáng)大的PWM發(fā)生器來產(chǎn)生系統(tǒng)所需頻率信號(hào)。主要控制電路如圖1所示。

圖1 PIC控制電路

系統(tǒng)使用運(yùn)算放大器UA741進(jìn)行信號(hào)的采集[2]，采集信號(hào)包括系統(tǒng)電流、電壓值，系統(tǒng)溫度等。

3.原油超聲波驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究

3.1 超聲波頻率對(duì)原油驅(qū)油效果的影響

圖2 不同超聲波頻率作用下的粘溫曲線

在超聲波頻率定性分析實(shí)驗(yàn)中，采用的超聲波頻率分別為20kHz、28kHz、40kHz和68kHz，為了減小實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的誤差，在每個(gè)頻率下均對(duì)三個(gè)油樣進(jìn)行處理，測(cè)量結(jié)果取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。固定超聲波處理器的功率，調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置的頻率，使得在每一個(gè)頻率下超聲波實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)原油樣品累計(jì)作用時(shí)間相同，測(cè)量原油樣品在不同恒溫水浴溫度下的粘度值。原油超聲波頻率驅(qū)油實(shí)驗(yàn)所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

在選用的四個(gè)頻率中，20kHz左右的超聲波作用原油后降粘幅度最大，降粘率最高，驅(qū)油效果最好。隨著超聲波頻率的增大，降粘幅度、降粘率、驅(qū)油效果均逐漸降低。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是：在其他實(shí)驗(yàn)條件保持相同的情況下，超聲波的頻率越小，振蕩周期越長(zhǎng)，則為空化泡生長(zhǎng)、增大、崩潰等過程提供的時(shí)間越充足，空化效應(yīng)更易于產(chǎn)生。同時(shí)，對(duì)于空化效應(yīng)產(chǎn)生的空化泡，其振動(dòng)幅度會(huì)隨著超聲波頻率的降低而增大，破壞原油原有蠟層結(jié)構(gòu)，對(duì)蠟晶的形成和生長(zhǎng)有一定的阻礙作用，降低了原油粘度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，采用頻率約為20kHz的超聲波作用原油獲得的驅(qū)油效果最佳[3]。

3.2 超聲波累計(jì)作用時(shí)間對(duì)原油驅(qū)油效果的影響

在超聲波累計(jì)作用時(shí)間定性分析實(shí)驗(yàn)中，超聲波累計(jì)作用時(shí)間分別為1min、3min、5min和7min，為了減小實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的誤差，在每個(gè)累計(jì)作用時(shí)間范圍內(nèi)均對(duì)三個(gè)油樣進(jìn)行處理，測(cè)量結(jié)果取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。固定超聲波處理器的頻率和功率，調(diào)整超聲波實(shí)驗(yàn)裝置的累計(jì)作用時(shí)間，使得在每一個(gè)累計(jì)作用時(shí)間范圍內(nèi)超聲波實(shí)驗(yàn)裝置處理原油樣品，測(cè)量原油樣品在不同恒溫水浴溫度下的粘度值[4]。原油超聲波累計(jì)作用時(shí)間驅(qū)油實(shí)驗(yàn)所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

圖4 累計(jì)作用時(shí)間與降粘率的關(guān)系曲線

圖5 不同超聲波功率作用下的粘溫曲線

3.3 超聲波累計(jì)作用時(shí)間對(duì)原油驅(qū)油效果的影響

設(shè)定超聲波實(shí)驗(yàn)裝置的功率分別為50W、100W、150W和200W，為了減小實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的誤差，在每個(gè)功率下均對(duì)三個(gè)油樣進(jìn)行處理，測(cè)量結(jié)果取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。固定超聲波處理器的頻率，調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置的功率，使得在每一個(gè)功率下超聲波實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)原油樣品累計(jì)作用時(shí)間相同，測(cè)量原油樣品在不同恒溫水浴溫度下的粘度值[5]。原油超聲波功率驅(qū)油實(shí)驗(yàn)所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

當(dāng)含水率小于50%時(shí)，超聲波處理前后的原油粘度進(jìn)行比較可知，超聲波處理低含水率的原油沒有明顯降粘效果，且含水率越低，降粘效果越不明顯。當(dāng)含水率在50%到60%之間時(shí)，原油降粘幅度較大，降粘率顯著增大，降粘效果明顯。當(dāng)含水率大于60%時(shí)，原油降粘率略有減小，但降粘效果依舊顯著。

4.結(jié)束語(yǔ)

超聲波頻率對(duì)原油粘度影響較大，隨累計(jì)作用時(shí)間的增加，降粘率先增大后減小，出現(xiàn)一個(gè)峰值。在累積作用時(shí)間為1min時(shí)，降粘率較小，降粘效果不明顯;在累計(jì)作用時(shí)間為3min左右時(shí)，降粘率達(dá)到峰值，約為33%;在累積作用時(shí)間超過3min后，降粘率有所降低，但幅度較小，降粘效果基本平穩(wěn)。隨超聲波功率的增大，原油降粘率先增大后逐漸趨于平穩(wěn)。當(dāng)超聲波功率為50W時(shí)，超聲波降粘幅度較小，降粘率較小，僅為15.76%，驅(qū)油效果較不明顯;當(dāng)功率為100W時(shí)，原油粘度明顯降低。隨著功率的進(jìn)一步增大，降粘率繼續(xù)增大，但增幅減小，降粘率相對(duì)較為穩(wěn)定。一味增大實(shí)驗(yàn)裝置功率，會(huì)縮短裝置壽命，因此優(yōu)選出的超聲波功率約為100W。

參考文獻(xiàn)

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