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声流作用

来源: | 发布日期:2023-05-23

声流是强声场在液体中传播时,由于媒质吸收了波的能量和动量,流体产生非周期性流动形成的。声流通常具有涡旋性质。由物体振动所引起的流体运动,在物体周围某一层内是有旋的,而经过一个较大的距离就迅速变为势流。有旋流穿透声附面层厚度可用式(8-1)计算。

 

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式中,16为运动黏度;ω为角频率;δ为声附面层厚度。


声流的产生必须满足2δ≤d(d为孔隙直径)。因为只有如此,才能构成闭合回路,出现环流。储层孔隙中能否产生声流,主要取决于声附面层厚度与孔隙直径的相对大小。液体黏度对声流的影响是双重的,黏度增大,媒质吸收波的能量和动量都增加,从而提高声流速度。同时,黏度大,流体运动所受的黏滞阻力就大,从而降低声流的速度。液固界面上由于吸收波的能量而使界面温度升高,黏度降低,声附面层厚度减小,这样,孔隙中产生声流的可能性就大大增加。孔隙中声流的最大速度可用下式计算。


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式中,a为流体中声衰减系数;d为孔隙直径;u为振动速度;16 为运动黏度。


由于无声场作用时地下渗流呈指进形状,毛细管中心处的流速远大于管壁处的声流速度,涡旋所产生的逆于渗流方向的声流速度可以忽略,而在边界处声流与流体渗流方向一致,减弱了指进现象的发生,使整体运动速度得到提高,从而提高了流量。


超声波的声流作用使油层流体产生强烈流动,不断地冲洗出油孔道,达到疏通孔隙,提高渗透率的目的。同时,由于声波的涡旋性,能使含油死区的油流出。声流现象可以从图8-35中看出,在水驱结束时,大孔隙的中心部位是连续的水流,称为流核。在与孔壁接触的地方滞留了一部分油,形成停滞区。这部分油就是残余油。在超声波的作用下,在大孔隙中出现方向相反的涡流,它们在声场的主轴方向上产生一个合力,导致流体沿声波传播方向流动,结果使停滞区的死油流出,减少了停滞区的面积,提高了驱油效率。


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声流的主要特点是:由于声波与流体内的物质非均质性,诸如平滑界面和固体颗粒等的相互作用而产生稳定的旋转流。由声流引起的流体激荡不如由其引起的空化作用来的强烈,但是声流对于清除表面上的黏附颗粒却非常有效。声流可以在较低的声强下和较之空化作用所需的更宽范围内的频率下产生。


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