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岩石内部高压电脉冲等离子体通道生成机理
被引量：
2
1
作者
刘伟吉
张有建
+1 位作者
罗云旭
祝效华
《石油学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第4期684-697,共14页
高压电脉冲钻井技术具有破岩效率高、井壁质量好等优点,是一种新型破岩方法。为研究岩石内部孔隙特性对其局部电击穿的影响,构建了多孔隙随机分布的多物理场耦合岩石电击穿二维数值模型,从电路场、电流场、击穿场和温度场耦合的角度实...
高压电脉冲钻井技术具有破岩效率高、井壁质量好等优点,是一种新型破岩方法。为研究岩石内部孔隙特性对其局部电击穿的影响,构建了多孔隙随机分布的多物理场耦合岩石电击穿二维数值模型,从电路场、电流场、击穿场和温度场耦合的角度实现了多孔隙岩石内部高压电脉冲等离子体通道生成及破岩全过程,主要研究了孔隙特征(即孔隙率、孔径大小和孔隙介质)和电极间距对岩石局部电击穿(即岩石内部等离子体形成)的影响规律。数值研究发现,岩石孔隙对电脉冲破岩效率影响较大,当孔隙内介质为空气时,孔隙发生电击穿,等离子体通道贯穿孔隙;当孔隙内介质为水时,孔隙没有被电击穿,等离子体通道沿着孔隙表面延展;随着孔隙率增大,电脉冲的破岩效果逐渐增强;随着孔隙介质水/气比值减小,等离子体通道生成时间减小,电脉冲破岩的效果逐渐加强;随着电极间距的增大,岩石电击穿时刻逐渐减小,岩石内部“电损伤”区域面积减小。通过开展电击穿破岩的室内实验,再现了电脉冲破岩过程及岩石内部等离子通道形态,电击穿实验结果和仿真试验结果相符合。
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关键词
电脉冲钻井
孔隙岩石
局部电击穿
孔隙流体介质
等离子体通道
原文传递
高压电脉冲破岩试验装置的研制
被引量：
4
2
作者
梁丽
肖一标
+3 位作者
李大鹏
段隆臣
张锋
李昌平
《钻探工程》
2021年第11期76-82,共7页
高压电脉冲破岩钻进在国际上被认为是一种在深部钻探中具有广阔发展前景的破岩方法,但在国内研究还很少。本文设计制造了一套高压电脉冲破岩试验装置,包含伺服电动缸、控制柜、岩石容器等部件,试验装置配套了Ø60 mm和Ø100 mm...
高压电脉冲破岩钻进在国际上被认为是一种在深部钻探中具有广阔发展前景的破岩方法,但在国内研究还很少。本文设计制造了一套高压电脉冲破岩试验装置,包含伺服电动缸、控制柜、岩石容器等部件,试验装置配套了Ø60 mm和Ø100 mm的电脉冲钻头,可选择手动或自动加压放电破碎岩石。在放电电压为120 kV、放电频率为1 Hz的条件下进行了红砂岩等岩石的钻进试验,实现了60 mm口径的钻进碎岩。试验结果表明,该装置能满足电脉冲破岩试验的基本要求,可用于电脉冲碎岩室内研究。
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关键词
高压
电脉冲
破岩
钻进
试验装置
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职称材料
等离子体电脉冲钻井破岩机理的电击穿实验与数值模拟方法
被引量：
18
3
作者
祝效华
罗云旭
+3 位作者
刘伟吉
高锐
贾玉丹
刘呈君
《石油学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第9期1146-1162,共17页
等离子体电脉冲钻井技术为一种高效破岩钻井技术。对4种岩石在80 kV固定输出电压、重频率为2.5 Hz下进行了电脉冲击穿实验。实验发现,电脉冲破碎结果中存在贯穿破碎和未贯穿破碎2种状貌,并针对产生这两种状貌的原因进行了分析。从电击...
等离子体电脉冲钻井技术为一种高效破岩钻井技术。对4种岩石在80 kV固定输出电压、重频率为2.5 Hz下进行了电脉冲击穿实验。实验发现,电脉冲破碎结果中存在贯穿破碎和未贯穿破碎2种状貌,并针对产生这两种状貌的原因进行了分析。从电击穿角度明确了单次脉冲破岩效率的评价指标——能量转换效率η_e,并提出了一种新的岩石介质击穿模型——概率发展模型(PDM),借助PDM和简化的电击穿电路研究了单脉冲击穿时电路结构参数对破岩能耗分配的影响规律。基于电脉冲击穿实验参数和PDM生成的等离子体通道轨迹提出了等离子体电脉冲钻井破岩机理研究的数值模拟方法,利用该数值模拟方法研究了在地层压力为0~30 MPa下、直径为41 mm的电极钻具在加载峰值电压为60 kV时的破岩规律。
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关键词
等离子通道钻井
高压电脉冲
破岩机理
电击穿
数值模拟方法
电脉冲钻具
原文传递
电脉冲破岩钻井地层主要参数敏感性分析
4
作者
程晋
乔汉
+2 位作者
李星月
韩飞
王宏伟
《石油机械》
北大核心
2024年第1期20-28,共9页
岩石的硬度、耐磨性等严重限制了深层超深层油气资源的高效开采,而电脉冲破岩钻井技术在破碎硬岩方面具有独特优势。为探究地层特性对电脉冲破岩效果的影响,根据电脉冲破岩的基本原理,并基于基本破岩单元建立了动态电损伤模型。基于动...
岩石的硬度、耐磨性等严重限制了深层超深层油气资源的高效开采,而电脉冲破岩钻井技术在破碎硬岩方面具有独特优势。为探究地层特性对电脉冲破岩效果的影响,根据电脉冲破岩的基本原理,并基于基本破岩单元建立了动态电损伤模型。基于动态电损伤模型,讨论了特定高压脉冲电源参数下,岩石特性对电脉冲破岩效果的影响。通过讨论分析可知,相对介电常数越大,岩石内部发生电击穿的时间成本越低,破坏深度与损伤总量也会越大;电击穿时间、破坏深度会随泊松比和弹性模量的变化出现小幅波动,但不具有规律性;岩石的密度不会对电脉冲破岩造成影响。相关结论可为电脉冲破岩钻井技术的进一步工业化应用提供一定参考。
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关键词
电脉冲破岩钻井
岩石特性
电击穿
破岩
地层参数敏感性
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职称材料
基于Selfrag高压电脉冲放电破岩试验的仿真模拟
被引量：
3
5
作者
孔二伟
李傲
+3 位作者
曾石友
段隆臣
张锋
李昌平
《钻探工程》
2021年第8期40-46,共7页
高压电脉冲破岩在高温等离子弧的作用下,产生的热应力超过岩石的强度极限时就会使岩石破碎,其破碎坚硬岩石有显著效果。为研究电压、岩石矿物成分、孔隙率3个参数对岩石内电场强度分布的影响,本文基于Selfrag高压电脉冲破岩的试验数据,...
高压电脉冲破岩在高温等离子弧的作用下,产生的热应力超过岩石的强度极限时就会使岩石破碎,其破碎坚硬岩石有显著效果。为研究电压、岩石矿物成分、孔隙率3个参数对岩石内电场强度分布的影响,本文基于Selfrag高压电脉冲破岩的试验数据,利用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了一种针针电极结构仿真模型。结果表明,施加的电压不同,岩石内部电场强度分布不同;电场在不同矿物成分边界发生畸变,不同矿物成分相对介电常数变化越大,产生畸变越明显,高压电脉冲破碎优先发生在不同矿物成分的接触面;岩石内孔隙的存在,使其周围的电场发生了畸变,其他参数一定,孔隙率越大,岩石越容易被电击穿。研究结论可为高压电脉冲钻井破岩参数的选取提供参考。
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关键词
高压电脉冲破岩
高压电脉冲钻井
Selfrag试验
COMSOL仿真模拟
电场畸变
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职称材料
题名
岩石内部高压电脉冲等离子体通道生成机理
被引量：
2
1
作者
刘伟吉
张有建
罗云旭
祝效华
机构
西南石油大学机电工程学院
石油天然气装备教育部重点实验室
西南石油大学地热能研究中心
出处
《石油学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第4期684-697,共14页
基金
国家自然科学基金项目(No.52004229,No.52034006,No.52225401,No.52274231)
四川省区域创新合作项目(2022YFQ0059)
+1 种基金
四川省自然科学基金项目(23NSFSC2099)
南充市与西南石油大学科技战略合作项目(SXHZ004)资助。
文摘
高压电脉冲钻井技术具有破岩效率高、井壁质量好等优点,是一种新型破岩方法。为研究岩石内部孔隙特性对其局部电击穿的影响,构建了多孔隙随机分布的多物理场耦合岩石电击穿二维数值模型,从电路场、电流场、击穿场和温度场耦合的角度实现了多孔隙岩石内部高压电脉冲等离子体通道生成及破岩全过程,主要研究了孔隙特征(即孔隙率、孔径大小和孔隙介质)和电极间距对岩石局部电击穿(即岩石内部等离子体形成)的影响规律。数值研究发现,岩石孔隙对电脉冲破岩效率影响较大,当孔隙内介质为空气时,孔隙发生电击穿,等离子体通道贯穿孔隙;当孔隙内介质为水时,孔隙没有被电击穿,等离子体通道沿着孔隙表面延展;随着孔隙率增大,电脉冲的破岩效果逐渐增强;随着孔隙介质水/气比值减小,等离子体通道生成时间减小,电脉冲破岩的效果逐渐加强;随着电极间距的增大,岩石电击穿时刻逐渐减小,岩石内部“电损伤”区域面积减小。通过开展电击穿破岩的室内实验,再现了电脉冲破岩过程及岩石内部等离子通道形态,电击穿实验结果和仿真试验结果相符合。
关键词
电脉冲钻井
孔隙岩石
局部电击穿
孔隙流体介质
等离子体通道
Keywords
electric
pulse
drilling
porous
rock
partial
electric
breakdown
pore
fluid
medium
plasma
channel
分类号
TE21 [石油与天然气工程—油气井工程]
原文传递
题名
高压电脉冲破岩试验装置的研制
被引量：
4
2
作者
梁丽
肖一标
李大鹏
段隆臣
张锋
李昌平
机构
河南省小口径钻探工程技术研究中心
河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院
中国地质大学(武汉)工程学院
中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院
出处
《钻探工程》
2021年第11期76-82,共7页
基金
国家自然科学基金青年科学基金项目“水介质中高压电脉冲破岩机理研究——以花岗岩为例”(编号:42002310)
河南省地质矿产开发局项目“河南省小秦岭金矿田深部钻探关键技术研究”(编号:2018058028)。
文摘
高压电脉冲破岩钻进在国际上被认为是一种在深部钻探中具有广阔发展前景的破岩方法,但在国内研究还很少。本文设计制造了一套高压电脉冲破岩试验装置,包含伺服电动缸、控制柜、岩石容器等部件,试验装置配套了Ø60 mm和Ø100 mm的电脉冲钻头,可选择手动或自动加压放电破碎岩石。在放电电压为120 kV、放电频率为1 Hz的条件下进行了红砂岩等岩石的钻进试验,实现了60 mm口径的钻进碎岩。试验结果表明,该装置能满足电脉冲破岩试验的基本要求,可用于电脉冲碎岩室内研究。
关键词
高压
电脉冲
破岩
钻进
试验装置
Keywords
high
voltage
electric
pulse
rock
breaking
drilling
experiment
device
分类号
P634.1 [天文地球—地质矿产勘探]
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职称材料
题名
等离子体电脉冲钻井破岩机理的电击穿实验与数值模拟方法
被引量：
18
3
作者
祝效华
罗云旭
刘伟吉
高锐
贾玉丹
刘呈君
机构
西南石油大学机电工程学院
新奥科技发展有限公司(新奥能源研究院)
中国石油西南油气田公司工程技术研究院
出处
《石油学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第9期1146-1162,共17页
基金
国家自然科学基金重点项目“电脉冲-机械复合破岩提速机理研究”(No.52034006)
国家自然科学基金面上项目“岩石塑-脆性破碎机理和塑性耗能比研究”(No.51674214)资助。
文摘
等离子体电脉冲钻井技术为一种高效破岩钻井技术。对4种岩石在80 kV固定输出电压、重频率为2.5 Hz下进行了电脉冲击穿实验。实验发现,电脉冲破碎结果中存在贯穿破碎和未贯穿破碎2种状貌,并针对产生这两种状貌的原因进行了分析。从电击穿角度明确了单次脉冲破岩效率的评价指标——能量转换效率η_e,并提出了一种新的岩石介质击穿模型——概率发展模型(PDM),借助PDM和简化的电击穿电路研究了单脉冲击穿时电路结构参数对破岩能耗分配的影响规律。基于电脉冲击穿实验参数和PDM生成的等离子体通道轨迹提出了等离子体电脉冲钻井破岩机理研究的数值模拟方法,利用该数值模拟方法研究了在地层压力为0~30 MPa下、直径为41 mm的电极钻具在加载峰值电压为60 kV时的破岩规律。
关键词
等离子通道钻井
高压电脉冲
破岩机理
电击穿
数值模拟方法
电脉冲钻具
Keywords
plasma
channel
drilling
technology
high-voltage
electric
pulse
rock-breaking
mechanism
electric
al
breakdown
numerical
simulation
method
electric
pulse
drilling
tool
分类号
TE242 [石油与天然气工程—油气井工程]
原文传递
题名
电脉冲破岩钻井地层主要参数敏感性分析
4
作者
程晋
乔汉
李星月
韩飞
王宏伟
机构
中国石油集团工程技术研究院有限公司
出处
《石油机械》
北大核心
2024年第1期20-28,共9页
基金
中国石油天然气集团有限公司科学研究与开发项目“深井超深井优快钻井技术研究”(2021DJ4101)。
文摘
岩石的硬度、耐磨性等严重限制了深层超深层油气资源的高效开采,而电脉冲破岩钻井技术在破碎硬岩方面具有独特优势。为探究地层特性对电脉冲破岩效果的影响,根据电脉冲破岩的基本原理,并基于基本破岩单元建立了动态电损伤模型。基于动态电损伤模型,讨论了特定高压脉冲电源参数下,岩石特性对电脉冲破岩效果的影响。通过讨论分析可知,相对介电常数越大,岩石内部发生电击穿的时间成本越低,破坏深度与损伤总量也会越大;电击穿时间、破坏深度会随泊松比和弹性模量的变化出现小幅波动,但不具有规律性;岩石的密度不会对电脉冲破岩造成影响。相关结论可为电脉冲破岩钻井技术的进一步工业化应用提供一定参考。
关键词
电脉冲破岩钻井
岩石特性
电击穿
破岩
地层参数敏感性
Keywords
electric
pulse
rock-breaking
drilling
rock
properties
electric
breakdown
rock-breaking
for-mation
parameter
sensitivity
分类号
TE21 [石油与天然气工程—油气井工程]
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职称材料
题名
基于Selfrag高压电脉冲放电破岩试验的仿真模拟
被引量：
3
5
作者
孔二伟
李傲
曾石友
段隆臣
张锋
李昌平
机构
河南省小口径钻探工程技术研究中心
河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院
中国地质大学(武汉)工程学院
中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院
出处
《钻探工程》
2021年第8期40-46,共7页
基金
河南省地质矿产勘查开发局项目“河南省小秦岭金矿田深部钻探关键技术研究”(编号:2018058028)
国家自然科学基金项目“水介质中高压电脉冲破岩机理研究——以花岗岩为例”(编号:42002310)。
文摘
高压电脉冲破岩在高温等离子弧的作用下,产生的热应力超过岩石的强度极限时就会使岩石破碎,其破碎坚硬岩石有显著效果。为研究电压、岩石矿物成分、孔隙率3个参数对岩石内电场强度分布的影响,本文基于Selfrag高压电脉冲破岩的试验数据,利用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了一种针针电极结构仿真模型。结果表明,施加的电压不同,岩石内部电场强度分布不同;电场在不同矿物成分边界发生畸变,不同矿物成分相对介电常数变化越大,产生畸变越明显,高压电脉冲破碎优先发生在不同矿物成分的接触面;岩石内孔隙的存在,使其周围的电场发生了畸变,其他参数一定,孔隙率越大,岩石越容易被电击穿。研究结论可为高压电脉冲钻井破岩参数的选取提供参考。
关键词
高压电脉冲破岩
高压电脉冲钻井
Selfrag试验
COMSOL仿真模拟
电场畸变
Keywords
rock
breaking
by
high
voltage
electric
pulse
drilling
by
high
voltage
electric
pulse
Selfrag
test
COMSOL
simulation
electric
field
distortion
分类号
P634.1 [天文地球—地质矿产勘探]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
岩石内部高压电脉冲等离子体通道生成机理
刘伟吉
张有建
罗云旭
祝效华
《石油学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
2
原文传递
2
高压电脉冲破岩试验装置的研制
梁丽
肖一标
李大鹏
段隆臣
张锋
李昌平
《钻探工程》
2021
4
下载PDF
职称材料
3
等离子体电脉冲钻井破岩机理的电击穿实验与数值模拟方法
祝效华
罗云旭
刘伟吉
高锐
贾玉丹
刘呈君
《石油学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020
18
原文传递
4
电脉冲破岩钻井地层主要参数敏感性分析
程晋
乔汉
李星月
韩飞
王宏伟
《石油机械》
北大核心
2024
0
下载PDF
职称材料
5
基于Selfrag高压电脉冲放电破岩试验的仿真模拟
孔二伟
李傲
曾石友
段隆臣
张锋
李昌平
《钻探工程》
2021
3
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职称材料
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