發(fā)布時間：2019-07-13 22:07

【摘要】：針對化石能源開發(fā)中儲層改造技術(shù)的局限性,創(chuàng)新性地提出了重復(fù)脈沖強沖擊波增透儲層新技術(shù)。分析了水中放電、金屬絲電爆炸和電爆炸等離子體驅(qū)動含能混合物產(chǎn)生沖擊波的3種機理。介紹了沖擊波作用儲層的機理研究和現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果,從理論、實驗和現(xiàn)場實踐驗證了沖擊波技術(shù)增透儲層的可行性。結(jié)果表明,以電爆炸等離子體驅(qū)動含能混合物產(chǎn)生更強的和區(qū)域可控的沖擊波,可針對儲層做單點多次、分段式的增透改造,在化石能源開發(fā)中的意義重大。
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圖片說明： 嗤⑶矣跋燜?中擊穿過程的因素很多。為此，，國內(nèi)外進行了深入而持續(xù)的研究，如俄羅斯的Ushakov[7]、法國波城大學(xué)[8-9]、國內(nèi)中科院電工所[10]、華中科技大學(xué)[11-13]、國防科技大學(xué)[3]、浙江大學(xué)[14]、哈爾濱理工大學(xué)[15]、西北核技術(shù)研究所[16]等單位均開展了水中高壓脈沖放電的相關(guān)研究。近十年來，西安交通大學(xué)與西安貫通能源科技有限公司對水中電擊穿沖擊波產(chǎn)生技術(shù)開展了較為系統(tǒng)的研究，并在石油增產(chǎn)應(yīng)用方面取得了較好的作業(yè)效果，其裝置的典型結(jié)構(gòu)、放電電流電壓和沖擊波波形如圖1所示(U0為充電電壓；UB為擊穿電壓；Pm為沖擊波峰值壓力)。但該技術(shù)存在一些固有的缺點：放電間隙的能量泄漏嚴重，能量轉(zhuǎn)換效率低，放電不穩(wěn)定[17]，受溫度、介質(zhì)電導(dǎo)等影響嚴重等。1.2金屬絲電爆炸產(chǎn)生沖擊波技術(shù)水中金屬絲電爆炸是對水中電擊穿產(chǎn)生沖擊波技術(shù)的發(fā)展，其機理是：沉積在金屬絲上的電能首先引發(fā)相變，若儲能充足，汽化的放電通道進一步發(fā)生擊穿，形成電弧放電。相爆和等離子體通道圖1水中電擊穿電極結(jié)構(gòu)和典型電流電壓及沖擊波波形Fig.1Electrodestructureandtypicalwaveformsofcurrent,voltageandshockwaveinunderwaterhighvoltagebreakdown的膨脹，向外推動周圍水介質(zhì)，由于水的壓縮系數(shù)很�。�4.74×1010m2/N），與空氣相比同等壓縮體積下可產(chǎn)生更大的壓強變化，產(chǎn)生更強的沖擊波。由于電壓直接施加在低阻抗金屬絲上，絕緣結(jié)構(gòu)承受高電壓脈沖時間短，可大大減少異常放電等故障的發(fā)生；同時無水中電擊穿存在擊穿延遲、能量泄漏等固有缺陷，使得能量更有效地沉積到金屬絲負載上，金屬絲電爆炸沖擊波能量轉(zhuǎn)換效率可達24%[18-19]。近些年來，美國Sandia國家實驗室
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圖片說明： 張永民，邱愛慈，周海濱，等：面向化石能源開發(fā)的電爆炸沖擊波技術(shù)研究進展1011大學(xué)以及日本、韓國、法國等多家研究機構(gòu)均對水中金屬絲電爆炸進行了深入研究[20-25]，研究目的多是利用絲爆產(chǎn)生溫密物質(zhì)或者研究高溫高壓下的物質(zhì)特性，而在利用水中絲爆產(chǎn)生沖擊波的工程應(yīng)用方面的研究較少。目前西安交通大學(xué)已對該技術(shù)進行了較為系統(tǒng)的研究[18,26-33]，主要包括金屬絲材質(zhì)、長度及直徑等參數(shù)對放電特性、能量轉(zhuǎn)換效率以及所產(chǎn)生的沖擊波特性等的影響規(guī)律。典型金屬絲負載結(jié)構(gòu)、放電電流電壓和沖擊波波形，如圖2所示。該技術(shù)的優(yōu)勢在于放電可靠性高、絕緣要求低和能量轉(zhuǎn)換效率高，難點是在不同應(yīng)用環(huán)境中實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的爆炸絲輸送。1.3絲爆驅(qū)動含能材料產(chǎn)生沖擊波技術(shù)無論采用水中電擊穿還是金屬絲電爆炸產(chǎn)生沖擊波，所輸出沖擊波能量都僅依賴于裝置的儲能，而油氣井（孔）中空間有限，裝置儲能提高受到限制。為進一步提高沖擊波強度，提出將含能材料包裹在金屬絲周圍，利用金屬絲電爆炸產(chǎn)生的等離子體、沖擊波以及強電磁輻射等效應(yīng)驅(qū)動含能材料釋能的技術(shù)。含能材料具有在隔絕空氣條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并瞬間輸出巨大功率的獨特性質(zhì)[34-35]，其反應(yīng)由多種因素引發(fā)，可歸納為熱和沖擊波兩種機制[36]。熱和沖擊波在含能材料內(nèi)部局部升溫形成“熱點”并引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，進而導(dǎo)致含能材料整體迅速釋能[37-41]，借助于含能材料的化學(xué)能可以數(shù)十倍地增加沖擊波能量。在驅(qū)動過程中，通過金屬絲與含能材料的參數(shù)優(yōu)化，可安全、可控、重復(fù)地產(chǎn)生參數(shù)可調(diào)的沖擊波以適應(yīng)不同工程需求。相對于傳統(tǒng)化學(xué)爆炸，新的驅(qū)動機理更安全、可控，典型金屬絲復(fù)合含能混合物負載結(jié)構(gòu)、沖擊波壓力和沖量波形如圖3所示。國內(nèi)外相關(guān)研
【作者單位】： 西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室;西北核技術(shù)研究所強脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國家重點實驗室;西安貫通能源科技有限公司;
【基金】：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)(2013AA064502) 國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)(2013CB228004)~~
【分類號】：O38

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本文編號：2514324