大功率超声间歇式控制信号及井下液位测量系统的研究

摘要

目前中国的油气田已进入开发的中后期,注水开发的油井中地层堵塞严重,解堵是增油的有效途径之一。本文实现了大功率超声间歇式采油设备,其振动冲击力大,作用于地层时能够在油层中的孔隙液体中产生大量的空化气泡、对堵塞于孔隙喉道中的颗粒产生很大的加速度,提高地层的渗透性,增加注水井的注水能力或油井的产液量。为解堵提供了一种有效的手段。
　　本文基于STM32单片机实现了大功率超声间歇式信号控制电路,该电路以STM32单片机为核心,产生两路间歇式PWM控制信号。这两路信号的“死区时间”为3 s?,具有180°的相位差。将控制电路接入大功率超声激发系统后,大功率超声设备运行稳定,能够满足工业的要求。
　　大功率超声换能器采用压电晶体实现电声转换,用压电晶体制作的换能器具有多个振动模态,每个模态对应一个谐振频率,在该频率激发其声-电或电-声转换效率最高。实际应用中,为获得大的超声功率,需要多个压电晶体配对使用。压电晶体的一致性对换能器具有重要影响。本文利用压电晶体的RLC等效电路,借助于所测量的压电晶体的导纳曲线以及导纳圆实现了压电晶体的一致性筛选。即通过比较导纳曲线上的谐振频率、导纳圆圆心、半径、导纳圆形状等对换能器进行筛选,并测量了其动态响应特性。
　　压电换能器在空气中和液体中时,其辐射负载差别很大,即导纳圆半径差别明显。利用这些特征,本文发明了井下液位测量仪,该系统发射一个正弦波于换能器,下井过程中,当换能器从空气进入液体时,其辐射阻抗的变化被系统捕捉,即系统采集探头两端的电压信号以及经过探头的电流信号,用峰值检测电路获得正弦波的幅度、用模拟乘法器获得两个信号的相位差。由电流表定性地指示正弦波的幅度和相位差。该系统可以准确地测量套管井的液位。液位的差别反应了地层的孔隙压力和连通情况,因此液位仪可以用于评价超声波作业效果。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 超声采油技术的基本概况

1.3本文主要内容

第二章 压电换能器一致性响应

2.1 物理模型

2.2 谐振频率

2.3 一致性筛选

2.4 动态响应

2.5 压电换能器在不同负载下的特性

第三章 大功率超声电源PWM驱动信号控制器

3.1 研究背景

3.2 硬件电路

3.3 开发环境介绍

3.4 程序设计

3.5 实验及测试结果

第四章 压电换能器井下液位测量仪的研究

4.1 设计背景

4.2 系统工作原理

4.3实验测试结果

4.4 现场应用情况

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢