双路大电流源模块水中放电实验研究

高压电脉冲压裂技术是基于液电效应,通过水中脉冲放电产生强大的冲击波使岩石产生裂缝,近年来成为了岩石压裂领域的热点研究对象。搭建了两路电流源模块应用于水中放电,采用铜材料的针针电极,电极间距1 mm;研究了在不同放电电压下,单路和两路电流源模块电极间的电压、电流波形。实验结果表明,空载时在同一放电电压下,双路模块产生更大的放电电流,从而在放电时获得更高的瞬时功率;而在水中针针放电时,单路和双路模块水间隙的预击穿时间与放电电压之间具有很大的随机性。单路模块预击穿时间的标准差最小为0.285 ms,最大为1.481 ms;而双路模块最小为0.369 ms,最大为0.703 ms。并且随着放电电压的增加,预击穿时间减小,双路模块的预击穿平均时间从放电电压为1300 V时的2.686 ms降到1800 V时的1.036 ms。     

高压电脉冲在页岩气开采中的压裂实验研究

基于液电效应原理,采用高压电脉冲放电对模拟岩样及实际砂岩岩样进行了压裂实验研究。脉冲电源最大储能40 kJ/20 kV,放电电流最高可达70 kA。实验结果表明,高压电脉冲能够在岩样中造成非常明显的裂缝,可以在多个方向上造出多条具有一定高度（最大0.32 m）的裂缝,近井筒裂缝无明显的扭曲,裂缝的形态与放电电压、能量及放电次数有关。对模拟岩样压裂后产生的裂缝进行了三维形貌分析,得到裂缝的表面平均粗糙度在0.430~1.075 mm之间,具有一定的导流能力。     

高压重频充电电源控制系统的设计

针对激光器电源的应用环境,设计了基于DSP的电源控制系统,使电源具备输出电压0~30 kV可调,重复频率1~100 Hz可调,并提供了远程计算机控制和本地液晶键盘控制两种控制方式。设计了过压、过流、过热、超时等多重保护电路和电源的外触发控制接口。对激光器电源控制系统进行相应的电磁兼容设计,并使用光纤控制及反馈系统,有效地增强了电源控制系统的抗干扰性能。将该电源用于激光器的发光试验,通过调节激光器电源的各种控制参数,可以使激光器的出光强度、出光功率、出光时间等得到调节,从而为各种研究工作提供便利。实验结果表明在进行激光器发光实验时,该电源能够输出幅值稳定、频率符合要求的重频脉冲高压,最高输出电压可达到30 kV,充放电频率可达到100 Hz。     

静水压力对岩石在等离子体冲击下压裂效果的影响

为了了解与掌握深井下水中放电冲击波对岩石的破碎作用规律，建立了静水压力高达35 MPa的电脉冲压裂装置，可模拟深井近3 000 m下的围压，并进行了不同静水压下等离子体冲击压裂实验。电脉冲压裂装置最高工作电压20 kV，最大储能40 kJ。在0~25 MPa的静水压力条件下，对6块砂岩岩样进行了冲击压裂实验。实验结果表明，随着静水压力的升高，相同放电条件下压裂产生的裂缝长度和宽度明显降低。所以静水压力的升高将使得岩样损伤范围减小，孔隙度以及渗透率提升幅度下降。静水压力对冲击压裂后裂缝的形成、分布、生长具有明显的影响。与常压下形成的裂缝相比，施加围压后裂缝多集中在电极处，数量多，但是长度较短，存在不同程度的弯曲，甚至局部区域出现了环形裂缝。     

大水泥岩样的电脉冲压裂实验研究

在20 kV/40 kJ的重复频率压裂系统实验平台上,对大水泥岩样进行了电脉冲水中放电压裂实验。为了模拟井下实际工况,实验时将放电电极装入带有射孔的绝缘套管。水中脉冲放电时岩样中产生定向冲击压力波,冲击波作用于岩层使其产生裂缝。实验结果表明,冲击波通过绝缘套管作用于岩样时有一定的能量损失,部分冲击波压力会施加于绝缘套管,绝缘套管在整个实验期间没有发生形变,电脉冲放电对套管损伤作用极小,重复压裂冲击波会通过射孔在岩样上形成一定规模的微裂缝。去掉绝缘套管后,裸电极作用于岩样造缝效果会更好,裂缝明显的呈现对称规则。