空化作用

超声波的空化是由流体中的正弦声波所产生的声波张力在流体中形成充气或充气空穴的过程，也就是指在超声波作用下，液体中空泡成长和崩溃的过程，以及伴随发生的一系列声压变化现象。

空化作用引起声压变化，消除气阻。几乎所有的液体在常温常压状态下都含有溶解气或气泡形成的气体。原油在地层压力条件下溶解了更多的碳氢气体。在交错复杂的油层孔隙中，这些气体以气核形式存在于孔隙中，由于液体中很难存在稳定的气泡，所以，这些气核一般附着在岩石表面上。计算气核在毛细管孔道中所受毛管力可知，大量存在的气核对油体流动具有很大的阻碍作用，称为气阻。

当气核的本征频率与声频相近而发生共振时，气核发生强烈振动。大量气核在声场中迅速结合，形成大的气泡，不断扩大的气泡迅速脱离毛细管孔道而达到疏通的目的。同时，在空化作用下，气核在拉伸周期内膨胀而具有一定的速度，并靠着惯性达到最大半径再快速地缩小，直至崩溃，从而消除流阻。由于油体压强较大，气核半径较小，消除气阻需要高强度、高频率的超声波。

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空化作用在气核崩溃时形成激波，大振幅振动在媒质中传播时形成的锯齿形波为周期性激波。在波面处造成很大的压强梯度，因而能产生局部高强高压等一系列特殊效应。

空化崩溃在理想情况下（尤其在低频下），液体中最大压强可达上万兆帕。气泡内的气体由于泡热压缩，温度也可达数千度（℃），崩溃时产生的激波对周围产生强烈的冲击力，大大加强了超声波的机械作用。在地层裂缝或固体表面发生重复空化爆发，这些爆发所引起的瞬时高压将黏附在地层表面的粒子炸掉。由于交替的和横向的液体流动，粒子迅速地从表面被带走。同时，在小空间的孔隙内，激波的产生扩大岩石的孔隙半径，增强微裂隙作用。崩溃间产生的局部高温是由声能转化而来的，对于提高油层温度，增加流动性具有很好的效果。由于空化作用需在较强的声压下才能形成，故近井地带作用明显。

空化作用可以减小原油的相对分子质量。声波作用于原油，会使原油分子结构在剧烈的振荡作用下，周期性地排列组合。空化作用可以使原油分子键断裂，使其相对分子质量减小，从而降低原油黏度，提高原油的流动性。声波作用于油层，原油发生的强烈空化效应还会使局部瞬时形成高温高压，促进氧化-还原反应、高分子物质的聚合或解聚，使胶结的沥青质分子键断裂等化学效应，达到油层解堵的目的。

空化作用可以产生一系列次级效应。在声场中，液体中的气泡逐步生成、扩大，然后突然破灭。在气泡急速崩溃过程中，气泡内出现高温高压，气泡附近的液体中也形成局部的强烈激波，产生一系列的次级效应，如化学效应、声致发光、分散作用和乳化作用等，它们都对地层产生相应的作用。

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