發(fā)布時間：2020-06-25 07:27

【摘要】：水中脈沖放電的沖擊力學(xué)效應(yīng)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、樁基擴(kuò)孔、地質(zhì)勘探、體外碎石等各個領(lǐng)域。近年來,部分學(xué)者對水中脈沖放電技術(shù)應(yīng)用于石油井解堵、煤層氣井致裂增滲,進(jìn)行了一些實(shí)踐及探索。針對國內(nèi)煤層氣井普遍存在的儲層滲透率低下、傳統(tǒng)改造工藝效果不明顯等難題,水中脈沖放電沖擊波可控、可重復(fù)的沖擊特性表現(xiàn)出了顯著的技術(shù)優(yōu)勢。但目前針對脈沖放電致裂煤巖體的研究大多是在無三軸地應(yīng)力、無鉆孔靜水壓的環(huán)境下進(jìn)行的;暫未考慮靜水壓對放電沖擊波產(chǎn)生、傳遞及致裂作用的影響;在研究沖擊波波形對巖體致裂效果的影響時忽略了沖擊波能量不一致對致裂所造成的干擾。采用理論分析、物理實(shí)驗(yàn)、數(shù)值分析相結(jié)合的方法,本課題對耦合靜水壓下的脈沖放電沖擊波產(chǎn)生、傳播機(jī)理、破巖機(jī)理進(jìn)行了分析;對脈沖放電沖擊波特性、沖擊波致裂煤巖體規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究;對不同波形的等能量沖擊波致裂規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算分析。該課題研究對推動水中脈沖放電致裂技術(shù)在煤層氣開采中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。主要成研究果如下:1.提出了水中脈沖放電致裂煤巖體過程的四個階段劃分:“放電擊穿”→“通道膨脹”→“沖擊波傳遞”→“沖擊致裂”,靜水壓對前兩個階段存在抑制作用,而對后兩個階段存在促進(jìn)作用。分析認(rèn)為脈沖放電致裂煤巖體是“動態(tài)-準(zhǔn)靜態(tài)-靜態(tài)”三種破壞作用相耦合的結(jié)果。2.研制了可加載靜水壓的脈沖放電沖擊致裂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由沖擊波特性實(shí)驗(yàn)臺及脈沖放電致裂實(shí)驗(yàn)臺組成。其中,沖擊波特性實(shí)驗(yàn)臺可完成靜水壓環(huán)境下的脈沖放電沖擊波特性測試研究,而脈沖放電致裂實(shí)驗(yàn)臺可完成耦合靜水壓及真三軸圍壓的巖體脈沖放電致裂實(shí)驗(yàn)。3.對不同靜水壓及放電電壓下的脈沖放電沖擊波特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:放電電壓的升高將始終表現(xiàn)出加劇脈沖放電過程、強(qiáng)化沖擊波特性的作用;靜水壓的升高則同時表現(xiàn)出阻礙脈沖放電過程、強(qiáng)化沖擊波傳遞的雙重作用。4.對地應(yīng)力、靜水壓、放電參數(shù)影響下的混凝土試樣脈沖放電致裂效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:地應(yīng)力的存在將會制約裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)展;靜水壓的大小對裂紋的擴(kuò)展方向不產(chǎn)生影響,但可以較為明顯地加快裂紋的擴(kuò)展速度,增加其延展長度;同等放電能量下,高電壓(14kV)放電致裂時的裂紋擴(kuò)展長度及貫通效果都要略優(yōu)于低電壓(10kV)放電致裂。5.利用PFC2D數(shù)值模擬軟件,對不同波形等能量沖擊波作用下的巖體致裂效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:單次沖擊下,不同波形致裂巖體的裂紋擴(kuò)展規(guī)律及振動特性差異顯著,單次沖擊時存在最優(yōu)的沖擊致裂波形;多次沖擊作用可以較好地強(qiáng)化該組沖擊波單次沖擊時的致裂效果,各種波形多次沖擊都存在裂紋擴(kuò)展的極限;低峰值等能量沖擊波作用下,含靜水壓的預(yù)裂紋隨靜水壓的增大而獲得越發(fā)優(yōu)異的裂紋擴(kuò)展,高峰值等能量沖擊波作用下,靜水壓對于裂紋擴(kuò)展幾乎沒有幫助。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD712.6
【圖文】：

個復(fù)雜的火藥燃燒過程，其參數(shù)設(shè)計(jì)復(fù)雜，目前尚無定量說，難以應(yīng)用于目前大量的水平煤層氣井，工藝適用性較7]。知，各種致裂方法都具有一定缺陷和局限性，并不能完模發(fā)展的需要。因此，探索并掌握適合我國煤層氣儲層特致裂技術(shù)是關(guān)系到我國煤層氣資源開發(fā)利用的重要因素。沖放電研究現(xiàn)狀沖放電過程就是通過高功率脈沖電源（一般指各種儲能電間的水間隙突然施加一個強(qiáng)電場（103~104V/cm 量級），μs 級）被電離、汽化，形成高溫（104~105K 量級）、高膨脹（幾百至上千米每秒量級）的等離子體通道[68]。該即形成了對外傳播的沖擊波。水中高壓脈沖放電原理如圖

圖 1-2 Touya 的水中高壓脈沖放電實(shí)驗(yàn)裝置示意圖ematic diagram of Touya's experiment device for high pulsed discharg RCtUtU-wDexp 電時間；UD為放電電壓；Rw為水間隙等效電阻值；C 為中脈沖放電過程電壓變化曲線 圖 1-4 沖擊波峰值壓力與擊 curve of pulsed discharge in water Fig. 1-4 Relationship between

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本文編號：2729046