液相放電等離子體破巖是一種將電能轉換為沖擊波機械能的新型高效破巖技術,目前國內(nèi)外對其在石油鉆井中的應用研究較少。開展了液相放電等離子體破巖室內(nèi)實驗:首先使用3組不同厚度的頁巖驗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),驗證了該技術對不同抗壓強度巖樣,在不同地層中的適應性;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)和機制。室內(nèi)實驗結果表明:沖擊波峰值壓力高達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度減小而增加,但頁巖的層理結構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理的研究結果表明:沖擊波作用巖樣,巖樣表面受壓被破壞,巖樣內(nèi)部產(chǎn)生切向拉伸應力,應力波從巖樣內(nèi)部往邊界傳播時,在巖-液界面反射并產(chǎn)生拉伸應力,當拉伸應力大于巖樣...

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圖1液相放電等離子體破巖實驗裝置示意

液相放電等離子體破巖實驗裝置包括高壓脈沖電源、破巖反應器和測量系統(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驗裝置示意表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破巖反應器

破巖反應器包括巖樣夾持器、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設位置。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實驗巖樣

針對不同目的,設計了3種實驗方案,如表3—表5所示。實驗分為4部分,第1部分使用頁巖進行等離子體沖擊波破巖實驗,驗證該技術的可行性(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