水中高壓脈沖放電的液電特性及煤體致裂效果研究.pdf

1、水中高壓脈沖放電技術(shù)作為在電火花震源、液電成型、污水處理、石油開采等工程領(lǐng)域廣泛成熟應(yīng)用的一項(xiàng)工程技術(shù)，它的基本原理和工作特性影響著它在工程實(shí)際中的應(yīng)用效果。目前針對水中高壓脈沖放電技術(shù)的研究很多，但都是根據(jù)各自工程領(lǐng)域的一些經(jīng)驗(yàn)性的總結(jié)，難以被廣泛推廣，并將其應(yīng)用到煤層氣井的致裂增透上來。本文針對煤層井致裂增透的工程背景，基于傳統(tǒng)的水力壓裂技術(shù)和水中高壓脈沖放電在其他領(lǐng)域的成熟理論經(jīng)驗(yàn)，提出將鉆孔水壓致裂與高壓脈沖放電技術(shù)集成在一起，

2、利用水中高壓脈沖放電產(chǎn)生的液電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)煤層的致裂增透。本文根據(jù)水中高壓脈沖放電的基本理論，分析了液電效應(yīng)致裂煤體的機(jī)理及影響因素，并在實(shí)驗(yàn)室中完成了不同水壓及電壓條件下的水中高壓脈沖放電液電特性實(shí)驗(yàn)及其致裂煤層效果的試驗(yàn)，取得了一些成果，初步論證了水中高壓脈沖放電技術(shù)在煤層氣抽采方面的可行性，為以后的工程應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。
　　本論文的主要研究內(nèi)容及成果包括：
　?。?）在水中高壓脈沖放電基本理論的基礎(chǔ)上，對液電效應(yīng)中水

3、激波的基本特征進(jìn)行了理論分析，得出了水激波的能量計(jì)算公式和壓力衰減公式。對液電效應(yīng)致裂煤層的作用機(jī)理進(jìn)行了理論分析，并且研究了擊穿延時(shí)和靜水壓力對脈沖致裂效果的影響。經(jīng)過分析認(rèn)為：擊穿延時(shí)越長，水激波峰值壓力降低，煤層致裂效果變差；擊穿延時(shí)越短，水激波峰值壓力增大，煤層致裂效果越好；水壓的增大，有利于形成較長的順層裂縫，但會(huì)減低水激波峰值壓力，影響煤層致裂效果。所以在每一組放電參數(shù)下存在一個(gè)最優(yōu)的靜水壓力值，從而使得煤體致裂效果最好。<

4、br>　　（2）在放電電壓7kV~13kV，水介質(zhì)靜壓力0MPa~12MPa范圍的實(shí)驗(yàn)條件下，進(jìn)行了不同靜水壓力和放電電壓條件下的脈沖放電液電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，對得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：隨著放電電壓的增大，擊穿延時(shí)減小，水激波的峰值壓力會(huì)增大；隨著靜水壓力的增加，擊穿延時(shí)增大，水激波的峰值壓力會(huì)先升高而后降低。
　　（3）在3MPa靜水壓條件下，分別對四個(gè)試件進(jìn)行了不同放電電壓的水中高壓脈沖放電，采用超聲波檢測的方法，分析

5、了不同液電特性時(shí)的煤體致裂效果，研究結(jié)果表明：在液電效應(yīng)的作用下，新生沖擊裂隙主要在煤體中存在的原有裂隙處產(chǎn)生，使得原有裂隙發(fā)育擴(kuò)展；隨著液電效應(yīng)的增強(qiáng)，裂隙數(shù)量增加，脈沖致裂區(qū)域擴(kuò)大，最終使得裂隙之間相互貫通，形成覆蓋整個(gè)試件的貫通裂紋。
　　本論文從理論及實(shí)驗(yàn)的角度對水中高壓脈沖放電的液電特性及煤體致裂效果進(jìn)行了研究，初步確立了水中高壓脈沖放電技術(shù)具有在煤層氣抽采應(yīng)用方面的可行性，確定了適合工程實(shí)際的放電參數(shù)，得出了脈沖放電致