液相放電等離子體破巖是一種將電能轉(zhuǎn)換為沖擊波機(jī)械能的新型高效破巖技術(shù),目前國內(nèi)外對其在石油鉆井中的應(yīng)用研究較少。開展了液相放電等離子體破巖室內(nèi)實(shí)驗(yàn):首先使用3組不同厚度的頁巖驗(yàn)證了等離子體沖擊波破巖的可行性;然后使用損傷變量和聲幅衰減系數(shù)作為巖樣損傷表征量,定量分析了不同影響因素下,混凝土巖樣受等離子體沖擊波作用后的損傷程度;使用3種巖樣(混凝土、頁巖、砂巖),驗(yàn)證了該技術(shù)對不同抗壓強(qiáng)度巖樣,在不同地層中的適應(yīng)性;最后借助CT掃描,觀察沖擊波作用前后的巖樣,分析和揭示了沖擊波作用下巖樣的損傷破壞形態(tài)和機(jī)制。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:沖擊波峰值壓力高達(dá)130～190 MPa;頁巖被劈裂成多塊,混凝土巖樣的破壞深度為3～5 mm,破壞程度隨放電電壓和沖擊次數(shù)的增加而增加;載荷相同時,巖樣的破壞程度隨抗壓強(qiáng)度減小而增加,但頁巖的層理結(jié)構(gòu)有利于吸收沖擊波能量,增加其破壞程度;巖樣的破壞形式以徑向裂紋、片落裂紋和沖蝕坑為主。液相放電等離子體破巖機(jī)理的研究結(jié)果表明:沖擊波作用巖樣,巖樣表面受壓被破壞,巖樣內(nèi)部產(chǎn)生切向拉伸應(yīng)力,應(yīng)力波從巖樣內(nèi)部往邊界傳播時,在巖-液界面反射并產(chǎn)生拉伸應(yīng)力,當(dāng)拉伸應(yīng)力大于巖樣...

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圖1液相放電等離子體破巖實(shí)驗(yàn)裝置示意

液相放電等離子體破巖實(shí)驗(yàn)裝置包括高壓脈沖電源、破巖反應(yīng)器和測量系統(tǒng),如圖1和圖2所示。高壓脈沖電源提供能量以產(chǎn)生沖擊波,由三相調(diào)壓器、全橋逆變模塊、高壓變壓器、整流濾波模塊、電容器組、三電極火花開關(guān)和控制中心組成。380V工頻交流電由三相調(diào)壓器第一次升壓,升壓后的交流電經(jīng)全橋逆....

圖2高壓脈沖電源

圖1液相放電等離子體破巖實(shí)驗(yàn)裝置示意表1高壓脈沖電源參數(shù)Table1Parametersofhigh-voltagepulsepowersupply參數(shù)數(shù)值輸入電壓/V380VAC±10%輸出電壓/kV0～70上升時間/ns40～400電容....

圖3破巖反應(yīng)器

破巖反應(yīng)器包括巖樣夾持器、透明水箱和一對放電電極(圖3)。巖石夾持器可固定巖樣,以免樣品受沖擊波的沖擊作用后偏離預(yù)設(shè)位置。水箱材料為鋼化玻璃,電極由不銹鋼制成,長為170m,直徑為15mm,尖端為錐形,可形成擊穿水介質(zhì)所必須的電場。測量系統(tǒng)中的電壓探頭(PintechP60....

圖4實(shí)驗(yàn)巖樣

針對不同目的,設(shè)計了3種實(shí)驗(yàn)方案,如表3—表5所示。實(shí)驗(yàn)分為4部分,第1部分使用頁巖進(jìn)行等離子體沖擊波破巖實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證該技術(shù)的可行性(表3)。第2部分使用混凝土巖樣,定量研究在不同放電電壓和沖擊次數(shù)條件下,等離子體沖擊波對巖樣的損傷和破壞程度(表4)。第3部分使用混凝土巖樣、砂巖和....

本文編號：3933509