等离子脉冲压裂技术

压裂的技术种类第一篇：常见的压裂技术压裂是一种在地下岩石中注入高压液体，以打开自然气和原油储层并促进油气的流动的技术。

这项技术已成为能源开发行业的常用技术。

这里将介绍一些常见的压裂技术。

1. 液态压裂液态压裂是最早出现的压裂技术，它使用液体（通常是水）注入井中并对岩石施加高压，以打开裂缝和孔隙，促进油气的流动。

这种技术被广泛应用于油气勘探和生产领域。

2. 液态热压裂液态热压裂利用高温加热液体，以增加注入岩石中的压力和渗透能力，从而加速油气的释放和流动。

这种技术在石油天然气勘探和开发中都有应用。

3. 脉冲压裂脉冲压裂是利用高压液体产生的脉冲效应来打开地下岩石裂缝的一种技术。

该技术的优点在于需要较小的注入压力就能达到理想的裂缝效果。

4. 爆炸压裂爆炸压裂是利用炸药等爆炸物产生的大量高压气体和震动波，来塑造地下岩石形态和打开裂缝的一种技术。

虽然效果显著，但因为会对环境造成不良影响，目前已较少使用。

5. 气体压裂气体压裂是利用压缩的天然气和其他气体，注入井下井筒并对岩石施加压力，以打开裂缝和孔隙的一种技术。

与液态压裂相比，使用气体还可以避免水在地下过程中可能带来的污染风险。

以上是一些常见的压裂技术，不同技术根据资源、地质情况和环保标准的不同，运用场景和适用范围也有所不同。

在使用时需依据实际情况选用相应的压裂技术。

第二篇：常见压裂技术的优缺点各种压裂技术都有其优点和缺点，需要根据实际情况选用相应技术。

以下是几种常见的压裂技术的优缺点：1. 液态压裂优点：操作和操作成本相对较低。

这种技术不需要使用任何特殊设备，使用水等便宜而普遍存在的液体即可实现。

缺点：对地下水资源有一定的影响。

如果水的质量不高，可能会带来一些环境污染的风险。

而且，相对其他技术而言，液态压裂需要较高的注入压力和较大的水量，可能会造成井底形成堵塞。

2. 热压裂优点：较高的作用效果。

热压裂能够加速油气的释放，提高产量，并对开采成本产生一定的降低效果。

1、端部脱砂压裂技术（TSO）随着油气田开采技术的发展和多种工艺技术的交叉综合运用，压裂技术应用范围已不再局限于低渗透地层，中高渗透地层也开始用该技术提高开发效果。

当压裂技术应用于中高渗透性地层时，希望形成短而宽的裂缝，并尽可能地将裂缝控制在油气层范围内。

为了适应这一特殊的要求，国外于20世纪80年代中期研制开发了端部脱砂压裂技术，并很快应用于现场，目前国内也开展了这方面的研究，并取得了很大的进展。

（1）端部脱砂压裂的基本原理端部脱砂压裂就是在水力压裂的过程中，有意识地使支撑剂在裂缝的端部脱砂，形成砂堵，阻止裂缝进一步向前延伸；继续注入高浓度的砂浆后使裂缝内的净压力增加，迫使裂缝膨胀变宽，裂缝内填砂浓度变大，从而造出一条具有较宽和较高导流能力的裂缝。

端部脱砂压裂成功的关键是裂缝的周边脱砂，裂缝的前端及上下边的任何部分不脱砂都不能完全达到预期的目的。

端部脱砂压裂分两个不同的阶段。

第一阶段是造缝到端部脱砂，这实际上是一个常规的水力压裂过程，目前的二维或三维模型都可以应用。

第二阶段是裂缝膨胀变宽和支撑剂充填阶段，这一阶段的设计是以物质平衡为基础，把第一阶段最后时刻的有关参数作为输入参数来完成的。

（2）端部脱砂压裂的技术特点在端部脱砂压裂技术中，压裂液的粘度要满足两方面的要求：一是保证液体能悬砂，二是有利于脱砂。

若压裂液的粘度过低，液体内不能保证悬砂，裂缝的上部就会出现无砂区，达不到周边脱砂的目的，在施工过程中也容易导致井筒内沉砂。

若压裂液的粘度过高，滤失就会较慢，难以适时脱砂。

所以端部脱砂压裂技术对压裂液的粘度要求比常规压裂液的要严格一些。

和常规压裂相比，端部脱砂压裂技术的泵注排量要小，这是为了减缓裂缝的延伸速度，控制缝高和便于脱砂。

前置液的用量也比常规压裂少，目的是使砂浆前缘能在停泵之前到达裂缝周边。

而端部脱砂压裂的加砂比通常高于常规压裂，以提高裂缝的支撑效率。

（3）端部脱砂压裂的适用范围端部脱砂压裂技术的突出特点是靠裂缝周边脱砂憋压造成短宽缝，因此只能在一定的条件下使用。

等离子爆破技术我国的矿山无论在其生产规模和开采技术等方面，都与世界上采矿较为先进的国家相比，存在着一定的差距。

为了缩小这些差距，我们应及时地了解采矿工程中不断发展的新技术，并尽快地做好引进、消化和推广的工作。

这对发展我国的采矿工程有着积极的促进作用，采矿工程中包括了很多工序，凿岩爆破就是其中的一项主要内容。

爆破技术的改进，不仅有助于安全生产，而且也能提高开采效率。

因此，研制和引进新型爆破器材和爆破技术，对矿业的发展具有实际意义。

目前，世界许多国家都对爆破技术开展了深入的研究，其中有些研究项目已取得了突破性的进展。

根据我国矿山的特点，本文介绍几种便于在薄矿脉开采中推广应用的新的爆破技术和爆破器材。

1等离子爆破技术加拿大在采矿新技术的应用方面，近年来取得了一些技术成果，等离子爆破技术就是其成果之一。

诺兰达公司的研究人员正在从事一个新的研究项目，采用电能代替化学能对硬岩进行爆破作业。

该项技术是将大量的电能储存在高效的蓄能电容器组内，通过起爆的遥控起动器控制触发电路，完成大电流开关装置的开启与闭合，再由同轴电缆与设置在岩石孔上可承受巨大作用力的同轴爆破电极相联接。

起爆时，储存在电容器组里的大量电能，可在几微秒的短时间内，向封闭在孔底300～500mm处的电解质释放电能，如此大量的电能使得电解质转换成高温、高压的电离气体和等离子体，其间的压力高达200MPa，这些电离气体或等离子体急剧膨胀，最终造成岩石破碎。

此种爆破技术在起爆瞬间所形成的高温、高压的离子气体迅速膨胀形成强大的冲击波，从而在岩体内产生应力场，导致类似于化学炸药产生的爆破效果，但没有生成有害气体，因而对采矿作业环境的改善起到了积极的作用。

在完成了实验室的实验之后，在东魁北克的Gaspe矿成功地进行了现场试验，在巨砾和岩石工作面的爆破中，都证明了此种爆破技术的可行性。

根据现场试验的测定，能量的消耗大约为0.19～0.48kW·h/m3，每次爆破的用电量仅相当于家用熨斗使用5min的用电量。

压裂的技术种类压裂技术是一种常用的石油及天然气开采技术，它通过将水、沙和化学物质以高压注入井孔，强化油气层中的裂缝，以提高油气产量。

压裂技术的种类有很多，其中比较常用的包括：1. 液体压裂技术液体压裂技术是最常见的一种压裂技术，它利用高压泵将压裂液体注入井孔，通过压力使裂缝扩大，让更多的油气从裂缝中流出。

通常所使用的液体是水、沙子和化学添加剂的混合物，它们可以改善油藏的渗透性，提高油气产量。

2. 气体压裂技术气体压裂技术是一种比较安全的压裂技术，它采用高压气体（如二氧化碳或氮气等）将井孔内的油藏压裂。

气体本身不会对环境产生污染，经过压缩后会变得非常密集，能够迅速将油藏的裂缝扩大，从而提高油气的产出。

3. 化学压裂技术化学压裂技术也称为酸化压裂技术，它是一种利用酸性溶液将油藏压裂的技术。

化学品会猛烈地反应，扩大井管中的裂缝，从而使油气能够更加容易地流出。

这种技术可以更深地进入油藏中，但需要非常小心地使用，以避免出现环境污染。

4. 多级压裂技术多级压裂技术是一种通过多次压裂来增加油气产量的技术。

在这种技术中，压裂管会在一定深度处短暂停留，然后再向下延伸，重复压裂过程以扩大裂缝。

经过多次重复，裂缝会变得更大，油气产量也会随之上升。

5. 水平压裂技术水平压裂技术是一种适用于受限油藏的压裂技术。

在这种技术中，井管不再是垂直的，而是以水平姿态进入地下岩石层中。

使用液体压裂技术将垂直的井孔衔接新建的水平井管，从而增加了开发油藏的热点数量，使油气产量大大增加。

总之，压裂技术虽然是一种常见的油气开采技术，却需要高度关注环境保护问题，合理使用各种压裂技术，对保障生态环境和人民健康是至关重要的。

等离子脉冲技术在压裂井生产后期的探索与试验随着压裂井生产进入中后期，部分压裂井的产量逐步下降，但累产量并不高，优势潜力层潜能未能得到充分释放。

等离子脉冲增产技术为典型的物理增产技术，能够有效的解除产层堵塞，产生并沟通地层微裂缝，打开地层渗流通道，帮助压裂优势潜力层潜能得到释放。

标签：压裂；等离子脉冲；微裂缝1 常规压裂油井生产情况压裂作为提高渗透率的主要手段，一般选取地层压力高、渗透率低的储层作为目标储层，因此在低渗区块应用广泛，压裂后潜力层渗流通道得到有效改善，产量大幅增加。

随着压裂井生产时间不断延长，其产液量逐渐下降，个别潜力层压裂后初期产量高，但累产量不高，地层潜能未得到有效释放。

如何扩大压裂井优势潜力层储量释放程度，最大程度的发挥压裂措施的增油效果，是当前亟待解决的问题。

2 影响压裂井优势潜力层潜能释放的原因分析影响压裂潜力层动用程度的原因主要有以下几种：①地层微粒运移：在扩大了地层渗流通道后，流体产出速度大大增加，采出液对地层的冲刷作用增强，微粒随原油的采出不断运移，堵塞地层孔道，影响产能释放；②储层微裂缝闭合：随着地层压力的不断下降，上覆地层压实作用增强，部分裂隙变小或闭合，地层导流能力下降；③入井流体影响：生产过程中的入井流体与地层不配伍，产生二次沉淀，堵塞渗流通道。

3 等离子脉冲增产技术3.1 技术介绍等离子脉冲增产技术设备由地面车载系统、专用铠装电缆、井深定位装置和等离子发射器四部分组成。

等离子脉冲增产技术是以电提供能源，由地面控制器产生规律的周期性工作电流，经过电缆传输至位于井筒内油层段的等离子发射器。

等离子发射器两极之间由校准导线连接，通电后导线瞬间气化，在液体中形成等离子体，产生的宽频带冲击波通过射孔通道进入到产层，引发挤压和拉伸应力。

在周期性应力作用下将会出现载荷变向，引发产层基质变化，形成微裂隙，毛细管表面张力消除，将储层围岩中吸收和吸附态的油、气转化为游离态，以便进一步通过地面直井进行抽采。

高能电弧脉冲压裂技术初探I. 引言A. 研究背景与现状B. 研究目的和意义C. 研究内容和方法II. 高能电弧脉冲压裂技术原理A. 压裂技术概述B. 电弧脉冲产生机理C. 压裂作用原理III. 高能电弧脉冲压裂实验A. 实验装置与流程B. 实验结果与分析C. 实验结论和展望IV. 高能电弧脉冲压裂应用与发展A. 应用领域和前景B. 技术优势和局限性C. 发展趋势和挑战V. 结论与展望A. 研究成果与对比分析B. 技术评价与改进建议C. 未来研究方向和重点VI. 参考文献第一章：引言随着全球经济的发展和资源消耗的加速，对于能源和矿产资源的需求也呈现出不断增长的趋势。

同时，工业生产和民生需求增长也对矿产资源提出了更高的需求要求。

然而，在这些资源的开采、生产过程中，传统的采矿方法已经无法满足需求，因为它们往往导致环境的破坏和资源的浪费。

这种矛盾使得研发新型矿产资源采取方法显得尤为迫切。

高能电弧脉冲压裂技术是一种新型的开采方法，其具有矿产资源采取的效率高、资源损失低、环保性好等众多优势。

实验结果显示，高能电弧脉冲压裂技术不仅节约了大量能源和人工成本，而且对于矿山开采过程中的人员伤亡和环境污染等问题也提供了解决方案。

因此，本文力图通过对高能电弧脉冲压裂技术的研究，为开采领域的技术进步提供指导，并为环境保护和资源利用做出积极贡献。

第二章：高能电弧脉冲压裂技术原理A. 压裂技术概述高能电弧脉冲压裂技术是一种采用电弧脉冲信号，通过高频率的放电破坏石材结构，使石材表面产生开裂，从而实现石材的分离。

这一技术通过高能电弧脉冲作用，能够在不使用化学药品或传统的机械压裂方法的情况下，快速有效地破解矿石。

B. 电弧脉冲产生机理高能电弧脉冲压裂技术是利用气体放电产生的电弧脉冲实现开裂。

在该技术中，放电电极与石材表面之间的气体间隙的放电电压达到一定的临界电压时会启动气体放电，使电磁板中心产生高能电弧，在电弧的爆炸效应下，石材表面受到了强烈的剪切作用，形成了裂纹。

体积压裂+脉冲加砂压裂工艺在裂缝性低渗透储层中的应用裂缝性低渗透储层因其裂缝发育及非均质性严重，常规水力压裂以加入粉砂陶粒降低压裂液滤失，控制天然裂缝延伸，确保主裂缝形成，这样一方面易导致砂堵，另一方面对天然裂缝也会造成伤害。

文章在分析体积压裂及脉冲加砂压裂工艺特点基础上，结合裂缝性低渗透储层特点，将两种工艺技术有机结合，一方面体积压裂可沟通天然裂缝，形成复杂的裂缝，另一方面脉冲纤维加砂方式优化了支撑剂在裂缝中的铺置，改善裂缝导流能力，防止支撑剂回流，并辅以低粉比液体及CO2增能措施降低地层的伤害，提高储层改造效果，延长稳产期。

该工艺技术在胜利油田实施5口井，均取得了较好的增产效果，为在裂缝性低渗储层增产措施方面提供了借鉴经验。

标签：裂缝性低渗透；体积压裂；脉冲加砂前言裂缝性低渗透储层一般均需压裂改造，提高产能。

但常规压裂设计方式均从考虑降低压裂液滤失，提高压裂液效率进行优化，考虑降滤失工艺、低伤害压裂液体系等来达到主裂缝的扩展，抑制天然裂缝扩展，对地层造成一定的伤害，也不达不到储层稳产效果。

体积压裂+脉冲纤维加砂压裂改造技术一方面可实现在主裂缝上形成多条分支缝或者沟通天然裂缝，最终形成不同于常规压裂的复杂裂缝网络，增加井筒与储集层接触体积[1]，改善储集层的渗流特征及整体渗流能力，另一方面也能够防止支撑剂回流，改善铺砂效果，提高裂缝导流能力，提高液体返排率，进而提高压裂改造效果。

1.裂缝性低渗透储层特点及压裂改造难点1.1裂缝性低渗透储层特点胜利油田裂缝性低渗透储层主要分孔隙—裂缝性储层、裂缝性储层、孔隙型储层，其主要特点如下：（1）埋藏深，一般大于2000m；（2）储层渗透率差，小于50×10-3μm，非均质严重，油层更易污染，产能低而且递减速度快；（3）能量不足，自然产能低，渗流阻力和压力消耗特别大，一般需压裂改造提高产能；（4）储集空间变化大、油层顶面深度难以预测准确；（5）油藏的产能受裂缝发育程度控制；（6）裂缝多以大于70°的垂直缝为主，裂缝发育在平面和纵向上非均质严重。

煤层气储层多脉冲压裂开发机理及工艺研究我國煤层气储层一直存在单井产量低的难题，因此需要利用多脉冲压裂技术进行破岩处理，通过多级脉冲压裂破岩的理论建立是力学模型。

为多级脉冲下的煤层破裂提供了理论基础，多级脉冲压裂开发在进行过程中，会产生多条裂缝，形成有效的渗流过程，从而提升了煤层气储层的单井产量。

标签：煤层气储层;多脉冲;压裂我国煤层气储层的含量比较大，但是由于具有低渗、低压、低孔等特征，在开采方面往往会出现很多技术难题。

提高煤层渗透性的方法主要有洞穴法和水力压裂法，在实际运用过程中，对煤层产生裂缝而增加煤层的渗透性，但是这两种方法在使用的过程中会有一定的局限性。

为此提出了多脉冲压裂开发技术，这种技术取决于火药产生的高能气体总量控制与作用地层的能量利用率，该方法能够在很大程度上提升储层裂缝，因此建立全封闭性多脉冲压裂装置和工艺，能够进一步提升煤层气储层的开采量。

1煤层气储层开发现状目前我国的常规石油和天然气储量一直在不断减少，并且随着开采的不断深入，会增加开采成本和难度。

而煤层气作为一种非常规能源在我国能源消费结构中的地位越来越重要，另外由于我国的煤层多为结构性煤层，在成煤后会对煤层构造产生严重的破坏，这种情况的出现阻碍了煤层气的解析，从而在开采过程中不会形成渗流能力，同时煤层中的低渗透率，低孔隙度、低压力的存在，也对煤层气的开采造成了难度，目前我国主要运用的开发技术为水力压裂技术，但由于该技术在实际运用的过程中会存在一定的局限性，并且开采成本比较高，严重制约了我国对煤层气的开发。

2煤层气储层多脉冲压裂开发机理2.1煤层气储层裂缝的破岩依据（1）假设煤层气储层为同性弹性介质，煤层气储层中会存在大量的割理结构，但是多极脉冲压力引起的应力波长会大于其宽度，当应力波传送至微裂缝时，会发生衍射现象，煤层气储层中的应力分布不会产生明显的变化，因此可以确定煤层气储层为同性弹性介质。

（2）假设位移会沿重力的方向发生变化，动力会处于平面应变状态。

045007-1第30卷第4期强激光与粒子束V o l .30,N o .4 2018年4月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S A pr .,2018 大水泥岩样的电脉冲压裂实验研究*付荣耀1,2,3, 孙鹞鸿1,2,3, 刘 坤1,2,3, 高迎慧2,3, 徐旭哲2,3, 严 萍1,2,3(1.中国科学院大学,北京100049;2.中国科学院电工研究所,北京100190;3.中国科学院电工研究所,电力电子与电气驱动重点实验室,北京100190) 摘 要: 在20k V /40k J 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㊂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㊂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㊂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㊂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㊂关键词: 重复频率; 脉冲放电; 压裂; 绝缘套管; 冲击波中图分类号: TM 89 文献标志码: A d o i :10.11884/H P L P B 201830.170347在化石能源开采过程中,无论是石油解堵还是页岩气煤层气开采都需要对岩层进行压裂㊂目前国内外油气田广泛应用的压裂技术主要有高能气体压裂技术㊁水力压裂技术以及爆炸压裂技术㊂上述方法进行岩石压裂过程会产生平面裂缝和非平面裂缝㊂非平面裂缝对压裂施工和生产造成不利影响,甚至会导致油井停产㊂通过水中放电的液电效应产生的冲击波可以定向冲击压裂岩石,不仅能在不同岩性的储层中造出裂缝并达到油气增产的效果,还能得到有规则的造缝效果㊂冲击波在储层不同介质中传播的速度和加速度不同,可在各种介质的界面产生较强的剪切力㊂当冲击波的峰值压力高于储层的断裂强度时可撕裂储层,解除储层的堵塞㊂储层中的多相渗流受各种介质表面电势的影响,冲击波幅值大于介质表面分子的电势时,可以改变各种介质的表面性质,改善渗流[1-6]㊂由上述可知,利用强电脉冲压裂技术可以改善水平井油层渗透性与导流能力,能够有效提高水平井油气产量㊂本文利用电脉冲压裂技术对大水泥岩样进行了压裂实验,分析了电脉冲装置的冲击压裂作用效果以及绝缘套管对压裂的影响作用㊂1脉冲冲击波产生原理F i g .1 S c h e m a t i c o f t h e p u l s e d p o w e r s y s t e m 图1 脉冲源电路结构图水中放电时产生的等离子体通道加热周围的水分子,导致其迅速受热升温㊁汽化膨胀而产生冲击波㊂放电电流和持续时间达到一定的阈值后,即,经过预击穿过程后,放电才能将电能转换为冲击波能量㊂冲击波在储层产生较强的剪切力,当冲击波的峰值压力高于储层的断裂强度时,可在储层中造出一定规模的裂缝,改善储层的渗透性与导流能力㊂电脉冲水中放电压裂装置结构如图1所示,其中C C P S 是恒流充电电源,C 表示储能电容,L为放电电缆寄生电感,g a s s w i t c h 是空气开关,S 表示安全泄放开关,R 表示安全泄放电阻,电脉冲产生的冲击波用s h o c kw a v e 表示㊂电脉冲装置中采用不同的储能部件㊁不同的储能模式和放电电极结构,将出现不同的冲击波幅值和能量转换效率㊂其核心部分包括重复频率充放电系统㊁放电开关与放电电极㊂电脉冲水中放电应用于岩石压裂造缝工程中时,不仅需要深入研究液电效应的能量转换效率,还需要再复合新的物理机制,以在有限的空间㊁致裂条件下产生更强的冲击波㊂*收稿日期:2017-09-01; 修订日期:2017-11-27基金项目:国家自然科学基金项目(51577176)作者简介:付荣耀(1986 ),男,博士,从事脉冲功率技术及其应用研究;f u r o n g y a o @m a i l .i e e .a c .c n ㊂通信作者:孙鹞鸿(1968 ),男,研究员,从事脉冲功率技术及其应用研究;yh s u n @m a i l .i e e .a c .c n ㊂045007-22 重复频率电脉冲压裂装置2.1重复频率压裂系统F i g .2 C o n t r o l i n t e r f a c e o f r e p e t i t i v e f r e q u e n c y f r a c t u r i n g s y s t e m 图2 重复频率充放电系统控制界面图1中,恒流充电电源采用绝缘栅双极型晶体管功率模块组成功率变换系统,利用串联谐振技术实现储能电容恒流充电[7-11]㊂充电系统在电压0~20k V 内任意设定预置电压,可以进行不同电压下的压裂实验,控制系统操作界面如图2所示㊂充电电源功率为20k W ,充电速率为10k J /s ㊂放电电容额定电压为20k V ,储能电容大小为200μF ,总储能为40k J ㊂2.2 放电开关与放电电极 目前,大电流脉冲源放电时常采用大电流可控晶闸管和空气开关㊂由于压裂装置基于大电流水中放电应用,放电时等离子体通道建立过程需要一定的时间,所以脉冲源水中放电时会有延迟效应㊂当延迟时间较长,而晶闸管触发脉冲宽度不足以支撑其完全导通,会损坏晶闸管㊂空气开关寿命长,在重复频率工况下保证实验顺利进行㊂本实验采用三电极高压空气开关作为放电开关㊂其结构如图3所示,其中1,2为放电开关主电极,3为触发极,调节主电极间的间隙即可调节最小触发电压以及自击穿电压㊂放电电极采用的是图1中所示的上下对极结构,正负电极放电截面相对,保证水中放电时在水平方向产生冲击波,具体实物如图4所示,此结构以液电效应原理将电容器中的储能转换为水溶液中的冲击波㊂F i g .3 S c h e m a t i c d i a g r a mo f t h r e e -e l e c t r o d e g a s s w i t c h 图3三电极气体放电开关结构示意图F i g .4 D i s c h a r g e e l e c t r o d e 图4 放电电极意图3 压裂实验及分析3.1 实验对象用于重复脉冲放电冲击压裂实验的大水泥岩样为圆柱状,岩样尺寸为ϕ2000mmˑ600mm ,圆柱岩样中心炮眼孔尺寸ϕ150mmˑ400mm ㊂中心孔处安装放电电极,实际岩样如图5所示㊂每次进行电脉冲压裂试验之前,在井筒中倒入水介质,电极放电时将在此密闭空间产生冲击压力波㊂3.2 带有绝缘套管的压裂实验模拟实际井下工作状态,在放电电极外套入绝缘套管,保护放电电极有一定的放电空间,不受深井下岩石挤压㊂绝缘套管带有螺旋式射孔,便于液电效应产生的冲击压力波向岩石释放,虽然绝缘套管会吸收并阻挡冲击波部分能量,但是剩余的冲击波能量作用于岩石会产生微裂缝,改善储层流体渗流能力㊂绝缘套管上缠有压力试纸,用于测试水中放电时冲击波作用于绝缘套管的压力,如图6所示㊂在靠近电极放电处的套管上缠上测试范围为10~50M P a 的压力试纸,型号为P F D -8010E ㊂实验时放电电压是18k V ,放电能量为32.4k J㊂强激光与粒子束045007-3F i g .5 S t r u c t u r a l a n d p h y s i c a l d r a w i n g图5 大水泥岩样结构示意图与实物图7为压力试纸在压力分布分析仪上读取的压力分布图,此压力分布图是在单次实验结束后得到的结果㊂从压力试纸中可以读出,绝缘套管外表面所测得平均冲击波压力为10M P a ,最大压力达到50M P a ㊂然后进行了20次18k V /32.4k J 重复压裂(每次间隔时间是10s ),实验后在大水泥岩样上表面的出现微小裂缝,裂缝宽度为0.5mm ,微裂缝在岩样上表面由孔口延伸至边沿,在圆柱面未发现裂缝,冲击波在岩样深度作用较小,如图8所示㊂F i g .6 D i s c h a r g e e l e c t r o d ew i t h i n s u l a t i n g s l e e v e 图6加入绝缘套管的放电电极F i g .7 P r e s s u r e d i s t r i b u t i o nd i a g r a m 图7压力分布图F i g.8 M i c r o c r a c k s 图8 套管电极压裂产生的微裂缝3.3 去掉绝缘套管后裸电极放电实验由于实验岩样唯一,为了验证绝缘套管在冲击波传播时的阻碍作用,将绝缘套管去掉后,在带有微小裂缝的大岩样上又进行了近20次18k V /200μF 有效重复压裂,重复作用时间仍为10s ,大水泥岩样圆柱面出现明显裂缝,裂缝宽度为2mm ,裂缝贯穿整个岩表,深度至岩石底部,深度长达600mm ,如图9所示㊂每次水中产F i g .9 F r a c t u r e s a f t e r r e p e a t e d f r a c t u r i n g 图9 多次重复压裂后裂缝付荣耀等:大水泥岩样的电脉冲压裂实验研究强激光与粒子束生冲击波都会沿着裂缝方向传播,直至裂缝贯穿整个岩样,此时岩样裂缝使得导电水溶液渗漏过快,无法再进行放电实验㊂与配有绝缘套管的放电试验对比可看出,绝缘套管会减弱冲击波部分能量,使得冲击波只在水平方向具有较强的冲击力,微细裂缝沿岩样上表面扩展,在岩层深度上无明显的造缝㊂而无套管放电实验结果表明,裂缝在岩层水平方向与深度方向都有一定宽度和长度的缝隙,裂缝扩展与延伸至整个岩石㊂4结论本文通过电脉冲压裂技术对大水泥岩样进行了重复压裂实验,分析了电脉冲装置在电极装有套管与无套管的放电条件下的作用效果㊂有无套管压裂实验对比表明,水中脉冲放电产生的定向冲击波通过绝缘套管射孔作用于岩样时有一定的能量损失,部分冲击波压力会被绝缘套管吸收或者作用于套管,电脉冲放电对套管损伤作用极小,绝缘套管在整个实验期间没有发生形变㊂重复压裂冲击波会通过射孔在岩样上形成微裂缝㊂裸电极直接作用于岩样时更利于裂缝的扩张与延伸,增加储层渗透率㊂参考文献:[1]石崇兵,李传乐.高能气体压裂技术的发展趋势[J].西安石油学院学报(自然科学版),2000,15(5):17-21.(S h iC h o n g b i n g,L iC h u a n l e.D e v e l o p m e n t t e n d e n c y o f h i g he n e r g yg a s f r a c t u r i n g t e c h n i q u e.J o u r n a l o fX i a nP e t r o l e u mI n s t i t u t e(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n),2000,15(5):17-21)[2]付荣耀,孙鹞鸿,樊爱龙,等.高压电脉冲在页岩气开采中的压裂实验研究[J].强激光与粒子束,2016,28:079001.(F uR o n g y a o,S u nY a o-h o n g,F a nA i l o n g,e t a l.T h e r e s e a r c ho f r o c k f r a c t u r i n g b a s e do nh i g hv o l t a g e p u l s e i ns h a l e g a s.H i g hP o w e rL a s e r a n dP a r t i c l eB e a m s,2016,28:079001)[3]周健,陈勉,金衍,等.裂缝性储层水力裂缝扩展机理试验研究[J].石油学报,2007,28(5):109-113.(Z h o u J i a n,C h e nM i a n,J i nY a n,e t a l.E x p e r i m e n t a l s t u d y o n p r o p a g a t i o nm e c h a n i s mo f h y d r a u l i c f r a c t u r e i nn a t u r a l l y f r a c t u r e d r e s e r v o i r.A c t aP e t r o l e i S i n i c a,2007,28(5):109-113)[4]周健,蒋廷学,张保平,等.高能电弧脉冲压裂技术初探[J].石油钻探技术,2014,42(3):76-79.(Z h o u J i a n,J i a n g T i n g x u e,Z h a n g B a o p i n g,e t a l.P r e l i m i n a r y s t u d y o nh i g he n e r g yp u l s e da r cf r a c t u r i n g.P e t r o l e u m D r i l l i ng T e ch ni q u e s,2014,42(3):76-79)[5]付荣耀,周健,孙鹞鸿,等.无围压下高电压脉冲放电在岩石压裂中的应用[J].高电压技术,2015,41(12):4055-4059.(F uR o n g y a o,Z h o uJ i a n,S u nY a o h o n g,e t a l.T h e a p p l i c a t i o n r e s e a r c ho f h i g hv o l t a g e p u l s e d i s c h a r g e i n t h e r o c k f r a c t u r i n g w i t h o u t c o n f i n i n gp r e s s u r e.H i g h V o l t a g eE n g i n e e r i n g,2015,41(12):4055-4059)[6] F uR o n g y a o,S u nY a o h o n g,F a nA i l o n g,e t a l.T h e r e s e a r c h o f h i g h v o l t a g e p o w e r s u p p l y w i t h a h i g h-e n e r g y a r c f r a c t u r i n g d e v i c e[C]//P r o co f I E E EP u l s e dP o w e rC o n f e r e n c e.2015:1-4.[7]尚雷,王相纂,裴元吉,等.新型软开关高压脉冲电容恒流充电技术分析[J].强激光与粒子束,2001,13(2):241-244.(S h a n g L e i,W a n gX i a n g q i,P e iY u a n j i,e t a l.S t u d y o f n e wt y p e,s o f t-s w i t c h i n g c a p a c i t o r c h a r g i n g t e c h n i q u e s.H i g hP o w e rL a s e r a n dP a r t i c l eB e a m s,2001, 13(2):241-244)[8] B i e b a c h J,E h r h a r t P,M u l l e rA,e t a l.C o m p a c tm o d u l a r p o w e r s u p p l i e s f o r s u p e r c o n d u t i n g i n d u c t i v e s t o r a g e a n d f o r c a p a c i t o r c h a r g i n g[J].I E E ET r a n s o n M a g n e t i c s,2001,37(1):353-357.[9] P o l l a r dBC,N e l m sR M.U s i n g t h e s e r i e s-p a r a l l e l r e s o n a n t c o n v e r t e r i n c a p a c i t o r c h a r g i n g a p p l i c a t i o n s[C]//I E E EA p p l i e dP o w e r E l e c t r o n-i c sC o n f e r e n c e a n dE x p o s i t i o n.1992:245-252.[10]苏建仓,王利民,丁永忠,等.串联谐振充电电源分析与设计[J].强激光与粒子束,2004,16(12):1611-1614.(S uJ i a n c a n g,W a n g L i m i n,D i n g Y o n g z h o n g,e t a l.A n a l y s i s a n dd e s i g no f s e r i e s r e s o n a n t c h a r g i n gp o w e r s u p p l y.H i g hP o w e rL a s e r a n dP a r t i c l eB e a m s,2004,16(12):1611-1614)[11]高迎慧,孙鹞鸿,严萍,等.40k W高功率密度数字化控制充电电源[J].强激光与粒子束,2009,21(8):1259-1262.(G a oY i n g h u i,S u nY a o-h o n g,Y a nP i n g,e t a l.40k W d i g i t a l c o n t r o l c a p a c i t o r c h a r g i n gp o w e r s u p p l y.H i g hP o w e rL a s e r a n dP a r t i c l eB e a m s,2009,21(8):1259-1262)045007-4付荣耀等:大水泥岩样的电脉冲压裂实验研究E x p e r i m e n t a l s t u d y o f f r a c t u r i n g u n d e r e l e c t r i c p u l s ef o r l a rg e c e m e n t s a m p l eF uR o n g y a o1,2,3, S u nY a o h o n g1,2,3, L i uK u n1,2,3,G a oY i n g h u i2,3, X uX u z h e2,3, Y a nP i n g1,2,3(1.U n i v e r s i t y o f C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s,B e i j i n g100049,C h i n a;2.I n s t i t u t e o f E l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g,C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s,B e i j i n g100190,C h i n a;3.K e y L a b o r a t o r y o f P o w e rE l e c t r o n i c s a n dE l e c t r i cD r i v e,I n s t i t u t e o f E l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g,C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s,B e i j i n g100190,C h i n a)A b s t r a c t: T h e e l e c t r i c p u l s e d i s c h a r g e e x p e r i m e n t a l p l a t f o r mo f20k V/40k Jw a s s e t u p a n d t h e i m p a c t f r a c t u r e t e s t o f l a r g e c e m e n t s a m p l ew a s c a r r i e d o u t.I n o r d e r t o s i m u l a t e t h e a c t u a l w o r k i n g c o n d i t i o n s,t h e d i s c h a r g e e l e c t r o d ew a s p u t i n t o a n i n s u l a-t e d s l e e v ew i t h p e r f o r a t i o n.W h i l e d i s c h a r g i n g i nw a t e r,t h ed i r e c t i o n a l i m p a c t p r e s s u r ew a v ew a s p r o d u c e d i nt h e r o c ks a m p l e,a n d t h e s h o c kw a v e a c t e do n t h e r o c k l a y e r t o p r o d u c e c r a c k s.T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a tw h e n t h e s h o c kw a v e p r o d u c e db y t h e r e p e a t e de l ec t r i c p u l s ed i s c h a r ge a c t e do n t h e b i g c e m e n t s a m p l e,i t c a u s e d c r a c k s o n a c e r t a i n s c a l e,a n d t h e c r a c k s o n t h e r o c ks a m p l e s u rf a c e a r e s y mm e t r i c a l.T h e r ew a s a c e r t a i ne n e rg y l o s swh e n t h e s h o c kw a v em o v e d t h r o u g ht h ei n s u l a t i n g s l e e v e a n d p a r t o f t h e s h o c kw a v e p r e s s u r ew a s a p p l i e d t o t h e i n s u l a t i n g s l e e v e,b u t t h e i n s u l a t i n g s l e e v e d i dn o t d e f o r md u r i n g t h e d i s-c h a r g i n g.T h e d a m a g e o f e l e c t r i c p u l s e d i s c h a r g e o n i n s u l a t i n g s l e e v e i sm i n i m a l.K e y w o r d s:r e p e t i t i o n r a t e;p u l s e dd i s c h a r g e;f r a c t u r e;i n s u l a t i n g s l e e v e;s h o c k w a v eP A C S:84.30.J c;84.70.+p045007-5。

高能电弧脉冲压裂技术初探周健;蒋廷学;张保平;赵晓;李洪春【摘要】In order to get a better understanding of the principle of high-energy pulsed arc fracturing , determine key factors affecting its fracturing results ,theoretical analysis and lab experiment were conduc-ted for high-energy pulsed arc fracturing .The theoretical analysis indicates that the pulse wave pressure produced in high-energy pulsed arc fracturing depends on the discharging voltage ,pulse energy and dischar-gingtime .Lab experiment shows that obvious fractures around the wellbore in concrete samples can be cre-ated by using different discharging voltages ,the fractures are radial with no obvious bending in near well-bore area .The testing results show that the pulse pressure peak will increase with the increase of dischar-ging voltage and pulse energy ,and the fracture height and length will also increase .The research results provide testing data for further high-energy pulsed arc fracturing .%为了掌握高能电弧脉冲压裂技术的基本原理，研究影响其压裂效果的关键参数，进行了高能电弧脉冲压裂理论分析和室内试验。