超声波应用于稠油降黏的实验研究

稠油在我国已探明的储量中占比50%以上,而它的高密度、高黏度等特征使得其开采和运输的难度极大,因此,稠油降黏意义重大。超声波技术在稠油降黏的应用中已取得了一定的成效,但尚未得到现场大规模应用。为探究超声波在稠油降黏过程中的作用规律,基于室内实验设计了包括超声波发生器、流变仪、电子天平、恒温水浴等仪器组成的超声稠油降黏评价测试平台。在测试平台上,观测了超声波发生器的电功率、超声作用时间以及油样初始黏度对稠油降黏效果的影响。结果表明,只有在一定的条件下,超声波技术在稠油降黏中的应用才能取得较好的效果,说明了超声波技术对于稠油降黏以及油井的增产增注具有适用性。目前看来,超声波降黏技术在油田现场实际井中的应用及其降黏机理还需进一步深入的研究。     

超声-表面活性剂对原油降粘的实验研究

本文研究了超声和表面活性剂对原油粘度的影响。当原油含水率不大时,超声降粘主要是由于超声降解的作用,但这种降粘效果不理想。掺入表面活性剂SP－20后,在低含水率下,原油未能形成水包油乳状液,当含水率为50％时,掺入表面活性剂,能使原油形成水包油乳状液。将超声与表面活性剂相结合,能使原油形成的乳状液更稳定。     

超重油降粘中超声波作用的研究

以委内瑞拉超重油和新疆风城超重油为研究对象,进行了超声辅助降粘的研究。在实验中,制备了两类四种实验样品:分别掺入20%和30%柴油的两种委内瑞拉超重油样品、在O/W降粘体系下制备的委内瑞拉超重油样品和风城超重油样品。使用频率为18 k Hz的超声变幅杆和24 k Hz的超声清洗槽对上述四种实验样品进行超声处理,结果表明:1)对掺入20%和30%柴油的委内瑞拉超重油,经过超声处理的超重油样品在20℃时粘度分别增高了25%和15%以上;2)在O/W降粘体系超重油降粘中,风城超重油样品经过超声作用后,在20℃粘度降低了25%以上,而降粘剂的使用量可减少20%,超声辅助降粘效果明显;3)在O/W降粘体系超重油降粘中,委内瑞拉超重油样品经过超声处理后,在14℃时,超声处理过的样品的粘度降低不高于25%,在高于这一温度的情况下则未观察到明显的粘度降低。文中对上述实验结果产生的原因进行了定性的分析。     

超声衰减谱法测量含蜡原油中蜡晶粒度

利用超声衰减法测量了不同频率不同温度下南海原油、丘陵原油和白油中的声衰减系数。同时,结合超声耦合相模型(Harker-Temple模型)和声散射模型(Bouguer-Lambert-Beer-Law模型)进行了数值研究,模拟出油样在两个不同频率下的声衰减系数以及它们的比值随蜡晶粒度的变化关系,较为准确地计算预测含蜡原油中声衰减系数。经过比较理论预测获得的声衰减模型与实验获取的声衰减系数,计算出了原油中所含蜡晶在不同温度下的平均粒度大小。结果表明,随着温度的降低,蜡晶的平均粒度大小呈增大趋势。测量结果与显微镜法测量所得结果进行对比,表明此方法应用到含蜡原油中蜡晶粒度大小的测量是可行的。     

超声清洗法回收冷轧厂磁过滤物中的纳米铁粉

研究一种冷轧厂磁过滤物中纳米铁粉的回收方法,采用超声清洗法除去铁粉表面的油污,得到纯净的纳米铁粉,通过试验研究超声频率、功率密度、清洗温度对除油效果的影响,采用X射线衍射和扫描电子显微镜对铁粉产品进行表征。结果表明,相对于机械搅拌清洗,采用超声清洗含油铁粉,可提高清洗液的除油能力;超声频率为40 kHz,功率密度为0.44 W/cm2,清洗温度为40℃时,用清洗液清洗4次,每次清洗时间为20 min,用去离子水漂洗至澄清,真空干燥5 h,所得纳米铁粉中铁元素的质量分数为95.75%。     

圆柱滚子轴承混合润滑状态下的超声法膜厚测量

圆柱滚子轴承由于其线接触特点被广泛应用于各类低速重载工况下的大型设备中,其运行性能和稳定性与滚子和内外圈间的接触润滑状态密切相关;基于等效刚度的超声法可用于实际工况的滚子轴承弹流润滑油膜厚度测量,但无法直接适用于低速重载工况下流体润滑和粗糙峰接触共存的混合润滑状态膜厚测量。为此,提出了一种混合润滑状态下的超声测量方法,建立了界面油膜刚度和粗糙体接触刚度的并联模型,通过引入接触系数并结合经验公式对超声法所测界面总刚度进行分解,获取混合润滑状态下的油膜刚度,进而得到更加准确的油膜厚度。将实验结果和理论结果的对比分析,验证了该模型的可行性和有效性。     

炼油厂污油超声破乳脱水

以含水量（体积分数）20%~30%的中石化扬子炼油厂提供的污油为研究对象,在实验室条件下,采用超声波破乳技术进行脱水研究。在超声频率为20 kHz的条件下,考察了超声的其他参数对污油脱水的影响。结果表明：超声辐照时间为5min、超声激励电压为100V、超声辐照后热沉降温度为60℃、沉降时间为2h时,污油破乳脱水效果比较好,作用后,污油含水率可以降低到3.2%。按照小试得到的最佳工艺参数进行中试实验,其污油破乳脱水效果跟预计的结果相当,含水率可以降低到7.2%。     

石墨烯改性润滑油的悬浮分散特性和摩擦学性能

用分光光度法定量评定润滑油中石墨烯的浓度,根据石墨烯的浓度(0.0125~0.075 mg/mL)与润滑油吸光度之间的正相关特性考察了石墨烯的初始浓度、超声处理时间以及表面活性剂掺量等因素对石墨烯改性润滑油悬浮分散特性的影响和最佳工艺参数范围,并将优化出的分散性良好、长期稳定悬浮的石墨烯改性润滑油用于摩擦学性能测试。结果表明,适当的超声分散和表面改性可提高石墨烯改性润滑油的分散悬浮效果。石墨烯浓度为0.025 mg/mL时石墨烯改性润滑油的摩擦系数降低74.78%,磨斑尺寸减小了28.33%。     

超声波降解油田含聚污水研究进展

随着聚合物驱、复合驱等三次采油技术在油田开采中的广泛应用,我国原油的采收率得到有效提高,但是伴随产生的含聚污水量也在成倍增加,油田含聚污水难降解问题也成为污水处理相关领域研究的热点。超声波降解技术具有氧化能力强、降解速率快且无二次污染等优点,在污水处理中的应用越来越受到重视。介绍了目前油田含聚污水的特性,并分析了超声波对污水中聚丙烯酰胺的降解机理以及对水包油乳状液的破乳机理,综述了国内外超声波降解技术在油田含聚污水处理的现状。结合不同类型油田含聚污水的特点,展望了未来超声波降解技术处理油田污水的发展趋势。     

用于井下超声石油流量计的互相关方法

介绍井下超声波石油流量计的互相关处理方法以及实现方案。该方案采用倾斜式换能器布放方式,提高了井下超声石油流量计的测量灵敏度;采用数值化互相关求取时差的方法处理超声回波,对相关法与阈值法计算时差的可靠性与稳定性进行了比较,说明了相关法在时差计算方面相对于阈值法的优越性。同时介绍了相关法井下流量计的电路实现方法。结果表明：简化了超声流量计的电路设计,提高了系统的稳定性和测量精度,该方案对于井下流量计及相似的检测问题具有实际的参考价值。     

Viscosity measurement of Newtonian liquids using the complex reflection coefficient

This work presents the implementation of the ultrasonic shear reflectance method for viscosity measurement of Newtonian liquids using wave mode conversion from longitudinal to shear waves and vice versa. The method is based on the measurement of the complex reflection coefficient (magnitude and phase) at a solid-liquid interface. The implemented measurement cell is composed of an ultrasonic transducer, a water buffer, an aluminum prism, a PMMA buffer rod, and a sample chamber. Viscosity measurements were made in the range from 1 to 3.5 MHz for olive oil and for automotive oils (SAE 40, 90, and 250) at 15 and 22.5degC, respectively. Moreover, olive oil and corn oil measurements were conducted in the range from 15 to 30degC at 3.5 and 2.25 MHz, respectively. The ultrasonic measurements, in the case of the less viscous liquids, agree with the results provided by a rotational viscometer, showing Newtonian behavior. In the case of the more viscous liquids, a significant difference was obtained, showing a clear non-Newtonian behavior that cannot be described by the Kelvin-Voigt model.     

Wet‐state Ultrasonic Measurements of Cylindrical Workpieces during Immersion Cooling

An ultrasound system was developed for recording the temporally and spatially resolved wetting behaviour of workpieces immersed in oil as quenching medium. The system is based on the measurement of the echo amplitude, reflected from the vapour blanket, the workpiece itself or the vapour bubbles, which occur in the nucleate boiling stage. An optically transparent oil was chosen for the experiments, so that the quenching process could be recorded with a standard CCD‐camera in order to create reference data. The comparison of the duration of the vapour blanket stage calculated from the ultrasonic and the reference data shows a good agreement with respect to the measurement uncertainty. Therefore, the ultrasonic system is applicable in liquid quenching media.     

驻波声流马达

目前的超声马达研究与应用主要关注于接触驱动型,而对非接触型、非线性驱动的研究较少。在声场强度足够大时,声场的非线性效应足以在低频情形下驱动马达转子。利用驻波管中的强声场引起空气质点非周期运动形成声流,获得时均不为零的驱动力,驱动非接触型轻质马达叶轮运转。在理论分析的基础上,经过管端修正,最后通过实验发现,马达相对转速曲线与驻波声场理想声压曲线吻合。在实验中还观察到马达叶轮能够达到较快的转速,并且转速可以通过声场频率和马达所处位置来调节。     

在役石油管道超声检测

阐述了超声检测技术于在役输油管道检测中的应用，提出了一种新型结构的在役管道检测爬机；对该结构爬机的一些关键技术进行了论述。     

The static yield point of crude oil at −15°C decreased by ultrasonic shear oscillations

Experiments on a laboratory prototype setup showed that ultrasonic shear oscillations produce a statistically reliable decrease in the static yield point (normalized to the initial temperature) of crude oil in a near-wall layer at temperatures in the interval of −(13–17.5)°C. The observed effect amounted to about 19% at a specific power of ultrasonic oscillations on a level of 0.002 W/cm².     

智能化超声波在线式轧钢乳化液浓度计

文章简要介绍了用声速法测定乳化液浓度的原理,具体的测定乳化液浓度、温度及声时关系的方法,以及智能化超声波在线式轧钢乳化液浓度计的结构、测试结果。研制的在线式乳化液浓度计经现场考核使用证明其精度达到了±0．1%的要求。     

超声强化超临界二氧化碳除锈除油污

结合超声清洗的优势与超临界二氧化碳的特性,设计出超声强化超临界二氧化碳复合清洗实验平台,超声换能器最大发射声功率为1 200 W,换能器每工作10 s停止20 s,即一个工作周期为30 s。利用实验平台开展了CD03钢片表面除锈实验,使用ZEISSMerlin高分辨率热场发射扫描电镜对CD03钢片表面进行扫描电子显微镜(Scanning Electronic Microscopy, SEM)和能谱(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)分析,实验结果表明,随着清洗时间的延长,铁锈在超声作用下逐渐剥落,超声作用适当的工作周期数后,清洗效果达到最佳,超声作用时间太长会造成对钢片基体的损伤。利用实验平台开展了碳钢片表面油污清除实验,使用徕卡光学显微镜对清洗后的碳钢片做表面形貌观察,利用JA2003电子天平等手段对清洗效果进行了计算分析,同样,超声强化超临界二氧化碳油污清洗也存在一个最佳清洗时间。但是,不同污染所需的最佳清洗时间不同,甚至可以相差很大。在实际的清洗中要先根据污染物的类别确定最佳清洗时间,然后进行清洗。     

聚焦超声清洗机的仿真设计与实验研究

目前,超声清洗机通常是将一组换能器排布于平面式清洗槽底部,但用此方法会形成驻波现象,不利于超声清洗。文章提出了一种球面式聚焦超声清洗的方法,与普通超声清洗相比,该方法提高了超声清洗的效率。文章采用有限元COMSOL Multiphysics软件对清洗机内声场进行分析,得到三维模型内声压的分布情况;研制了聚焦超声清洗机,并通过薄膜腐蚀实验验证了清洗机内的声压分布情况;通过对比试验发现,聚焦超声清洗油污的速度比普通超声清洗提高了77.27%。通过薄膜腐蚀实验和超声清洗实验可知,聚焦超声清洗机内声场分布均匀,且声场内存在能量聚焦区域,清洗速率高于普通超声清洗机。     

超声波强化庞庄煤制浆的试验研究

使用自制的新型萘油添加剂对庞庄煤制浆,考察了超声作用前后煤浆中煤粉粒度分布与添加剂在煤粒表面吸附能力的变化及其对水煤浆性能的影响。煤浆经超声作用后,浆体中细级煤粒的含量与煤粒对萘油添加剂的平衡吸附量都增加,煤浆稳定性显著提高。在超声发射强度为60W/cm2,频率为20kHz,萘油添加剂加入量为1%的条件下,超声辐照时间小于3min时煤浆粘度降低,辐照时间超过3min,煤浆粘度反而升高。当添加剂加入量为2%时,浆体粘度在试验超声作用时间内一直降低。     

An acoustic system for providing the two-phase liquid profile in oil field storage tanks

The continuing need for in situ measurements of the emulsion layer between crude oil and water within oil field tanks has initiated experimental and theoretical investigations of candidate measurement methods. This paper describes a new low-cost and nonradioactive industrial field prototype device that provides, continuously and in real time, the vertical profile of the 2-phase liquid within oil field tank separators (i.e., percentage of water in oil at different heights of the tank, as well as the emulsion layer interfaces) using ultrasonic waves. The device, which has been installed in a vessel through an 8-in. flange, consists of a 1-D array of tens of ultrasonic transducers (28 transducers in this paper) that are activated in a time-multiplexed manner by an embedded transmitter fixed on the top of the tank. This latest version implements a feedforward neural network with back-propagation learning to determine the vertical water-cut distribution along the vessel. It also implements an expert-system-based algorithm to determine the lower and higher positions of the emulsion layer. The results obtained from the extensive experiments, which have been conducted under various conditions of temperature, indicate that the device can determine the profile of the 2-phase liquid within a relative error of ± 3%.