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

作者：祝效华,罗云旭,刘伟吉,高锐,贾玉丹,刘呈君

摘要：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。

发文机构：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

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plasma channel drilling technologyhigh-voltage electric pulserock-breaking mechanismelectrical breakdownnumerical simulation methodelectric pulse drilling tool

分类号： TE242[石油与天然气工程—油气井工程]