高压电脉冲破岩机理数值模拟研究

摘要：

高压电脉冲钻井技术目前已成为一种新型高效的岩石破碎方法,同时也是目前钻井提速领域的研究热点.为了推动高压电脉冲的破岩机理研究,建立了单对电极破碎红砂岩的多物理场耦合电击穿二维数值模型,通过电流场、电击穿场和电路场的耦合再现均质红砂岩中等离子体通道的产生,分析了电极倾角、电压、电极间距对岩石电击穿(岩石内部等离子体通道的形成)的影响规律.研究表明:等离子体通道由靠近放电电极顶端局部区域开始萌生,并朝着岩石局部介电强度薄弱处发展;随着加载脉冲电压值的增大,电击穿发生时刻逐步降低,岩石模型的等效失效体积逐渐增大;在保证岩石能被电击穿的前提下,增大电极间距能提高高压电脉冲的破岩效率;放电电极的电极倾角逐步增大的过程中,岩石等效失效体积出现明显的波动,其极值多数出现在电极倾角35°～55°的范围之内.为了进一步推动高压电脉冲破岩的工业化应用,在二维模型基础上构建了红砂岩的多物理场耦合动态电击穿三维数值模型,再现了电极钻头破岩过程中岩石内部破碎坑的状貌;与此同时,选用自主设计的同轴型电脉冲钻头开展了电击穿室内实验,电击穿室内实验结果与仿真实验结果相互印证.

关键词：高压电脉冲、破岩、电极钻头、电击穿、等离子体通道

所属期刊栏目：8

分类号：TE355(油气田开发与开采)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;四川省区域创新合作项目;四川省自然科学基金;南充市与西南石油大学科技战略合作项目

在线出版日期：2023-07-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：642-653