液相放电等离子体破岩室内实验与破岩机理

发布时间：2024-03-21 00:02

　　液相放电等离子体破岩是一种将电能转换为冲击波机械能的新型高效破岩技术,目前国内外对其在石油钻井中的应用研究较少。开展了液相放电等离子体破岩室内实验:首先使用3组不同厚度的页岩验证了等离子体冲击波破岩的可行性;然后使用损伤变量和声幅衰减系数作为岩样损伤表征量,定量分析了不同影响因素下,混凝土岩样受等离子体冲击波作用后的损伤程度;使用3种岩样(混凝土、页岩、砂岩),验证了该技术对不同抗压强度岩样,在不同地层中的适应性;最后借助CT扫描,观察冲击波作用前后的岩样,分析和揭示了冲击波作用下岩样的损伤破坏形态和机制。室内实验结果表明:冲击波峰值压力高达130～190 MPa;页岩被劈裂成多块,混凝土岩样的破坏深度为3～5 mm,破坏程度随放电电压和冲击次数的增加而增加;载荷相同时,岩样的破坏程度随抗压强度减小而增加,但页岩的层理结构有利于吸收冲击波能量,增加其破坏程度;岩样的破坏形式以径向裂纹、片落裂纹和冲蚀坑为主。液相放电等离子体破岩机理的研究结果表明:冲击波作用岩样,岩样表面受压被破坏,岩样内部产生切向拉伸应力,应力波从岩样内部往边界传播时,在岩-液界面反射并产生拉伸应力,当拉伸应力大于岩样...

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【部分图文】：

图1液相放电等离子体破岩实验装置示意

液相放电等离子体破岩实验装置包括高压脉冲电源、破岩反应器和测量系统,如图1和图2所示。高压脉冲电源提供能量以产生冲击波,由三相调压器、全桥逆变模块、高压变压器、整流滤波模块、电容器组、三电极火花开关和控制中心组成。380V工频交流电由三相调压器第一次升压,升压后的交流电经全桥逆....

图2高压脉冲电源

图1液相放电等离子体破岩实验装置示意表1高压脉冲电源参数Table1Parametersofhigh-voltagepulsepowersupply参数数值输入电压/V380VAC±10%输出电压/kV0～70上升时间/ns40～400电容....

图3破岩反应器

破岩反应器包括岩样夹持器、透明水箱和一对放电电极(图3)。岩石夹持器可固定岩样,以免样品受冲击波的冲击作用后偏离预设位置。水箱材料为钢化玻璃,电极由不锈钢制成,长为170m,直径为15mm,尖端为锥形,可形成击穿水介质所必须的电场。测量系统中的电压探头(PintechP60....

图4实验岩样

针对不同目的,设计了3种实验方案,如表3—表5所示。实验分为4部分,第1部分使用页岩进行等离子体冲击波破岩实验,验证该技术的可行性(表3)。第2部分使用混凝土岩样,定量研究在不同放电电压和冲击次数条件下,等离子体冲击波对岩样的损伤和破坏程度(表4)。第3部分使用混凝土岩样、砂岩和....

本文编号：3933509