超声空化及其在石油工业中的应用

　　超声波是声频大于20KHz以上的声波，因其频率比普通声波频率高很多，故超声波可以使介质分子获得很大的能量，这一巨大能量除了能使介质质点获得很大的加速度外，还能引起另一种异常重要的效应——空化效应。空化作用是液体介质中的一种物理现象，伴随空化现象会产生很多的物理化学效应，在石油工业中应用超声空化技术，可以有效地实现原油降黏、均化油质、除垢防垢、解堵增注、油田水处理等等。

　　1 空化效应的产生

　　空化泡是液体流动在一定压力和一定温度下发生的汽化或气化现象。每当降低液流压力、增大液流速度或提高液体温度等等，都可以促使液流产生空化[1]。超声波是一种机械波，需要能量载体——介质来进行传播，超声波在介质中的传播过程中存在一个正负压强的交变周期。在正压相位时，超声波对介质分子挤压，改变了介质原来的密度，使其增大;而在负压相位时，使介质分子稀疏，进一步离散，介质的密度则减少。

　　当用足够大振幅的超声波来作用于液体介质时，在负压区内介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离，液体介质就会发生断裂，想成微泡，微泡会进一步长大成为空化气泡。这些气泡一方面可以重新溶解到液体介质中，也可能上浮并消失;另一方面随着声场的变化而继续长大，直到负压达到最大值，在紧接着的压缩过程中，这些空化气泡被压缩，其体积缩小，有的甚至完全消失，当脱出超声场的共振相位时，空化气泡就不再稳定了，这时空化气泡内的压强已不能撑起自身的大小，即开始崩溃。这种空化气泡在液体介质中产生、溃陷或消失的现象就叫做空化作用[2]。

　　2 空化技术的应用及原理

　　自20世纪七八十年代人们发现空化射流对物面清洁和切割的方法可以产生很好的效益后，空化技术逐渐受到广泛重视，近年来，空化技术在环境保护领域、材料科学领域以及生物工程领域等多方面都获得了很好的应用，从而成为一种正被进一步开发的先进技术，并被逐步的引进到石油工业领域。空化技术的基本原理，一是可以利用液体介质中形成的空穴，二是在空化气泡溃灭时诱发局部的高温高压，可以对液体分子的物理和化学特性产生影响，并对其进一步加以利用。如通过空化处理的流体，可以使液体中非均匀物质减少、液体的黏性改变和产生更强的氧化能力等等而加以利用。

　　3 空化技术在石油工业中的应用进展

　　(1)原油降黏。

　　已有的一些试验表明，将原油做空化处理后，油的黏度可以降低0%到30%以上，并可以维持3日到5日甚至7日至10日时间才恢复原有黏度[3]。将其应用于实际，可以有利于原油的开采和油料的管道运输以降低能耗和加强机器的润滑效果。