石油学报

作者：刘伟吉, 张有建, 罗云旭, 祝效华

单位：1. 西南石油大学机电工程学院 四川成都 610500;2. 石油天然气装备教育部重点实验室 四川成都 610500;3. 西南石油大学地热能研究中心 四川成都 610500

关键词：电脉冲钻井,孔隙岩石,局部电击穿,孔隙流体介质,等离子体通道

基金：刘伟吉,男,1989年7月生,2017年获西南石油大学机械工程专业博士学位,现为西南石油大学机电工程学院副教授、硕士生导师,主要从事油气钻井高效破岩理论与方法等方面的研究工作。Email:lwj2017_swpu@163.com

摘要： 高压电脉冲钻井技术具有破岩效率高、井壁质量好等优点,是一种新型破岩方法。为研究岩石内部孔隙特性对其局部电击穿的影响,构建了多孔隙随机分布的多物理场耦合岩石电击穿二维数值模型,从电路场、电流场、击穿场和温度场耦合的角度实现了多孔隙岩石内部高压电脉冲等离子体通道生成及破岩全过程,主要研究了孔隙特征(即孔隙率、孔径大小和孔隙介质)和电极间距对岩石局部电击穿(即岩石内部等离子体形成)的影响规律。数值研究发现,岩石孔隙对电脉冲破岩效率影响较大,当孔隙内介质为空气时,孔隙发生电击穿,等离子体通道贯穿孔隙;当孔隙内介质为水时,孔隙没有被电击穿,等离子体通道沿着孔隙表面延展;随着孔隙率增大,电脉冲的破岩效果逐渐增强;随着孔隙介质水/气比值减小,等离子体通道生成时间减小,电脉冲破岩的效果逐渐加强;随着电极间距的增大,岩石电击穿时刻逐渐减小,岩石内部"电损伤"区域面积减小。通过开展电击穿破岩的室内实验,再现了电脉冲破岩过程及岩石内部等离子通道形态,电击穿实验结果和仿真试验结果相符合。

来源：2023年第4期

《石油学报》期刊编辑部

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