高压电脉冲破岩电击穿影响规律研究

发布时间：2024-05-18 20:43

　　高压电脉冲破岩技术是一种具有极高发展前景的新型破岩技术,它相较于传统破岩技术具有节能、高效等特点。本文从岩石的电击穿入手,分析了岩石的组成和联接方式对高压电脉冲下岩石内部电场强度的影响。通过分析岩石的电击穿过程中能量的利用,对高压电脉冲能量致使岩石破碎的过程进行了探讨,确定电脉冲破岩的可行性。然后,进一步分析了电击穿过程中各参数对岩石的电击穿影响规律。最后,通过不同电压下高压电脉冲实验研究对高压电脉冲破岩理论计算及相关仿真研究结果进行验证。首先,分析了岩石内部组成对岩石的电击穿产生影响的原因。建立无边界场强下单一气泡数学模型,分析在气泡影响下岩石内部电场强度变化。通过COMSOL Multiphysics?建立岩石内单一颗粒模型,得到颗粒体积、颗粒位置、颗粒相对介电常数对岩石内部场强的影响规律,确定了岩石的內部孔隙、结构组成等相关因素对岩石的电击穿的影响。其次,对岩石的电击穿过程中的破碎机理进行了探究。通过建立岩石的电击穿等效电路模型,计算岩石被电击穿破碎过程中岩石内部等离子通道相关电参数及能量的变化。研究电击穿过程能量分布,借鉴爆炸理论,建立岩石被电击穿破碎过程数学模型,确定高压电脉...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1高压电脉冲破碎岩石方式

以及对岩石破碎效率的相关影响因素的研究不够全面，时至今日依旧没有一个相对成熟的破碎基础理论体系。其中比较重要的原因有三点：高压脉冲破岩是一个在多物理场耦合环境下的进行的破碎过程，其涉及到电场，等离子通道，热，冲击波、电击穿和岩石力学等；岩石属于多种矿物组成的混合物，其组成成分及联....

图1-2不同介质击穿场强与电压上升沿的时间关系[14]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-2不同介质击穿场强与电压上升沿的时间关系[14]综上所述，在钻井工程的破岩技术中，针对深井钻井方面，高压电脉冲破岩技术有着高效，环保等优势。高压电脉冲破岩技术是一种新兴热门的钻井提速技术，但目前对高压电脉冲破碎岩石的机理以及对岩石破碎效率....

图1-3不同电极间距和波前持续时间与电压持续时间关系[13]

大功率下，岩石的破碎原因是压应力的直接影响。由于高压电脉冲破岩在微观领域存在一定的随机性，因此在理论研究的基础上，学者们针对高压电脉冲破岩技术理论上难以计算的问题进行相关的实验研究，并通过实验数据获得相关规律。Wielen等人[27]运用高压脉冲发生器对20种岩石进行高压脉冲破岩....

图1-43.5mm黄沙岩样品非典型孔[29]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-图1-43.5mm黄沙岩样品非典型孔[29]图1-5小型钻井单元[30]高压电脉冲破岩技术国内研究现状国内关于高压电脉冲破岩技术的研究相对较晚，目前多数在理论研究方面。李昌平等人[33]建立了硬质花岗岩高压脉冲破岩技术的数值模拟模型，并使用仿真....

本文编号：3977326