一种基于液电脉冲激波的管道清垢与岩层压裂装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于液电脉冲激波的管道清垢与岩层压裂装置，包括地面低压控制装置、传输电缆及液电脉冲激波发射器。本发明专利技术产生可利用的重复频率的高强度激波对管道或岩层的特定位置进行轰击，以实现污垢破碎脱落或岩层破裂的效果；可有效降低液体间隙的击穿场强，提高电能向液电脉冲激波机械能的转换效率，获得高强度液电脉冲激波；发射腔采用旋转抛物聚焦空腔，激波经过旋转抛物空腔的折反射，沿设定方向聚焦并向外辐射，作用于管道污垢或岩层，同时保证激波无纵向分量，不会损伤管道内的液体及管道护套，聚焦后的清垢或岩层压裂效果得到提高。不仅可有效地清除管道污垢、压裂岩层，提高渗透率，且可靠性高、环境友好及成本低廉。

A kind of pipeline cleaning and fracturing device based on liquid electric pulse shock wave

The invention discloses a pipeline cleaning and rock fracturing device based on liquid electric pulse shock wave, which comprises a surface low pressure control device, a transmission cable and a liquid electric impulse shock wave launcher. High intensity shock wave generated by the present invention can use the repetition frequency of the specific position of the pipeline or rock bombardment, to break off or broken dirt rock effect; can effectively reduce the breakdown strength of liquid clearance, improve the electric energy to the liquid electric shock pulse conversion of mechanical energy efficiency, obtain high strength liquid electric pulse shock wave; emission cavity by rotating parabolic focusing cavity, shock after rotating parabolic catadioptric cavity, along a predetermined direction focusing and external radiation, acting on the pipeline dirt or rock, while ensuring that no shock will not damage the longitudinal component, and the inner tube liquid pipe sheath, focusing after cleaning or rock fracturing effect. It can not only effectively remove the dirt and fractured rocks, improve the permeability, but also have high reliability, friendly environment and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种基于液电脉冲激波的管道清垢与岩层压裂装置
本专利技术属于高电压技术、脉冲功率技术、油气开采及岩石破碎领域，更具体地，涉及一种基于液电脉冲激波的管道清垢与岩层压裂装置。
技术介绍
在液体中发生快速高电压电弧放电，电弧通道快速膨胀以及液体汽化、膨胀会向外辐射强烈的激波，该现象为“液电效应”的物理效应之一。“液电效应”的力学效应被广泛应用于管道清垢、岩石压裂造缝、油田解堵等领域。目前常规的油气管道清垢增产手段主要包括化学解堵、压裂解堵、超声波解堵等。化学解堵与压裂解堵方法由于作业工艺复杂，且会严重污染环境，因此逐步被淘汰；超声波解堵法难以于高静压的油气管道环境产生强有力的超声波，解堵效果有限。而岩层压裂技术普遍存在速度慢、周期长和成本高等问题，油气开发中破岩的费用大于勘探开发成本的一半。传统的TNT炸药破岩的方式爆破可控性差、污染环境严重；利用超声波的机械能等方式存在破岩的效率低下等问题。目前限制液电脉冲激波进一步应用的瓶颈之一为如何获得高强度的液电脉冲激波及如何对其进行精确的控制导向与聚焦辐射。常规的产生液电脉冲激波的方式为脉冲电源对由放电电极构成的极间液体间隙进行放电，常采用的电极形式为棒-板电极、板-板电极等，高低压电极直接裸露在放电液体中，因此电场强度最强点为阳极与阴极的尖端，电弧长度近似为极间最小间隙距离，同时由于液电脉冲激波放电电极直接放置在液体中，裸露在液体中的电极端部较大，导致在液体击穿过程中的泄漏过大，击穿时延分散性较大。板-板电极放电时电弧位置不固定，难以对激波进行精确导向，板-板间隙对激波传播有一定约束性，同时液体的击穿场强比较高，一般激波放电电极的间隙距离较小，从而使得脉冲电弧的长度较短，液电间隙的能量注入较低，无法提高能量转换效率产生更强的激波。采用针-针电极形式能够在一定程度上降低液体间隙的击穿场强，但是针电极的烧蚀性能较差，使得激波发生器的寿命显著下降。在某些高压强放电情况下，间隙击穿变得更加困难，单纯采用针电极产生电场畸变从而降低击穿场强的效果有限。
技术实现思路
针对现有油气管道清垢增产与岩层压裂破岩技术的污染环境严重、效率低下、可控性差等缺陷，本专利技术的基于液电脉冲激波的管道清垢与岩层压裂装置具有以结构简单、通用性好、激波聚焦定向效果显著为主、兼顾环境友好型、高效率、操作简便的优点。本专利技术提供了一种基于液电脉冲激波的管道清垢与岩层压裂装置，包括：地面低压控制装置、置于管道或者岩层孔洞处的液电脉冲激波发射器，以及用于连接所述地面低压控制装置和所述液电脉冲激波发射器的测井电缆；所述液电脉冲激波发射器包括：沿轴线依次同轴分布的高电压转换单元、高温储能单元、脉冲压缩单元、液电脉冲激波发射单元以及保护单元；所述高电压转换单元用于将测井电缆传输的低压交流电信号转换为直流高压信号；所述高温储能单元用于暂时将所述高电压转换单元输出的直流电压能量在较长时间内存储为液电脉冲放电的总电能；所述脉冲压缩单元用于控制将高温储能单元的能量瞬时施加到液电脉冲激波发射单元；所述液电脉冲激波发射单元用于通过液电激波放电间隙在高电压作用下击穿，通过脉冲大电流在弱压缩性的放电液体内产生强力激波，并向外传播；所述激波经过聚焦空腔的作用沿设定的聚焦方向辐射，并将激波传递到油气管道内或者岩石孔洞内，接触管道污垢或者使岩石造缝或破裂；所述保护单元用于保证在管道中运动的同轴性，避免仪器与管壁相碰撞。其中，地面低压控制装置用于设置液电脉冲放电的电气强度与放电次数，产生较强的激波从而达到较好的机械作用效果；测井电缆用于将供电及控制装置输出的工频低压高效率地传输至液电脉冲激波发射器；液电脉冲激波发射器用于产生高强度激波并经过旋转抛物空腔的作用定向地向外辐射激波，激波作用于管道清除污垢，轰击岩石产生裂缝；高效的液电脉冲激波发射器结构设计、电弧调制技术以及激波定向聚焦辐射控制技术，可以实现污垢破碎脱落或岩层破裂的效果。更进一步地，当管道清垢与岩层压裂装置工作于水平方向的油井管道或岩层孔洞时，所述液电脉冲激波发射器还包括：爬行器，用于使所述液电脉冲激波发射器爬入所述油井管道或岩层孔洞内待作业的目标位置。更进一步地，液电脉冲激波发射单元可作用于竖直方向的油气管道或岩石孔洞，此时凭借自身重力作用使其深入油气的固定位置完成脉冲放电，每次脉冲放电至少产生一次有效地沿径向方向传播的激波轰击管道污垢或压裂岩层。液电脉冲激波发射单元也可作用于水平方向的油气管道或岩层孔洞，此时凭借爬行器使其爬入目标位置，每次脉冲放电至少产生一次有效地径向方向的激波轰击管道或压裂岩层。更进一步地，所述脉冲压缩单元包括脉冲压缩开关及其控制回路；脉冲压缩开关可为气体开关、真空触发开关或其它高电压固体开关；控制回路用于输出触发信号使所述脉冲压缩开关迅速导通。更进一步地，所述液电脉冲激波发射单元包括：放电液体、高压电极、和低压电极；所述高压电极与所述低压电极均浸没于所述放电液体中，且所述高压电极与所述低压电极均以几何中轴线为轴心同轴分布，在所述高压电极与所述低压电极间的高场强形成电弧，电弧快速膨胀形成脉冲激波向外传播。更进一步地，所述液电脉冲激波发射单元还包括：绝缘固定件，套设在所述高压电极和/或所述低压电极上，且与所述高压电极或所述低压电极同轴分布。利用绝缘固定件将电极包裹其中，仅使电极端部露出，或只用绝缘固定件将其中一个电极包裹，只露出被包裹电极端部；放电电极的绝缘固定件包裹电极的形式适用于任何电极形式，如针-针电极、棒-棒电极、针-板电极、板-板电极等。且放电电极的绝缘固定件只包裹其中一个电极时，作用效果与电极的极性无关，包裹高压电极或低压电极均能起到提高激波强度的效果。对于本液电脉冲激波发射器，最优电极形式为针-板电极，其中针电极采用绝缘件进行包裹，只露出尖端部分；具体地，所述高压电极为包裹有所述绝缘固定件且露出端部的针状电极，所述低压电极为板状电极。更进一步地，所述绝缘固定件与板状低压电极分别按照相同的抛物曲线方程分别加工成为上聚焦腔和下聚焦腔。更进一步地，所述低压电极为包裹有所述绝缘固定件且露出端部的针状电极，所述高压电极为板状电极。更进一步地，所述绝缘固定件与板状高压电极分别按照相同的抛物曲线方程分别加工成为上聚焦腔和下聚焦腔。其中，高压电极与低压电极不仅几何中心同轴线，而且绝缘固定件或板状的低压电极设置为旋转聚焦空腔面，通过控制旋转聚焦空腔的几何参数，有利于使高低压电极间产生的近球形激波经过聚焦空腔的作用沿设定的聚焦方向辐射。优选地，抛物曲线方程为y2＝a(x+b)，y为高压电极的中轴线，x为上聚焦空腔与下聚焦空强的水平对称轴线，a、b为常数。更进一步地，所述绝缘固定件的材料为热缩管、环氧、聚甲醛或聚醚酮材料。裹电极的绝缘固定件可以为任何具有一定机械强度及电气绝缘强度的材料，如热缩管、环氧、聚甲醛及聚醚酮等。根据旋转抛物空腔的参数及液电脉冲激波发射单元的几何尺寸以确定激波发射单元的最大作用面积，根据激波的作用范围及作用距离可优化参数，从而有效地提高激波的强度，增加激波的机械效果。绝缘固定件的聚焦空腔增加了沿面击穿距离，用于提高电气绝缘强度；且电弧的几何中心恰好位于板电极和所述绝缘固定件组成的聚焦空腔的焦点，以提高激波强度达到最好的聚焦效果。通过本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于液电脉冲激波的管道清垢与岩层压裂装置，其特征在于，包括：地面低压控制装置(100)、置于管道或者岩层孔洞处的液电脉冲激波发射器(300)，以及用于连接所述地面低压控制装置(100)和所述液电脉冲激波发射器(300)的测井电缆(200)；所述液电脉冲激波发射器(300)包括：沿轴线依次同轴分布的高电压转换单元(301)、高温储能单元(302)、脉冲压缩单元(303)、液电脉冲激波发射单元(304)以及保护单元(305)；所述高电压转换单元(301)用于将测井电缆传输的低压交流电信号转换为直流高压信号；所述高温储能单元(302)用于暂时将所述高电压转换单元(301)输出的直流电压能量在较长时间内存储为液电脉冲放电的总电能；所述脉冲压缩单元(303)用于控制将高温储能单元(302)的能量瞬时施加到液电脉冲激波发射单元；所述液电脉冲激波发射单元(304)用于通过液电激波放电间隙在高电压作用下击穿，通过脉冲大电流在弱压缩性的放电液体内产生强力激波，并向外传播；所述激波经过聚焦空腔的作用沿设定的聚焦方向辐射，并将激波传递到油气管道内或者岩石孔洞内，接触管道污垢或者使岩石造缝或破裂；所述保护单元(305)用于保证在管道中运动的同轴性，避免仪器与管壁相碰撞。...

【技术特征摘要】
1.一种基于液电脉冲激波的管道清垢与岩层压裂装置，其特征在于，包括：地面低压控制装置(100)、置于管道或者岩层孔洞处的液电脉冲激波发射器(300)，以及用于连接所述地面低压控制装置(100)和所述液电脉冲激波发射器(300)的测井电缆(200)；所述液电脉冲激波发射器(300)包括：沿轴线依次同轴分布的高电压转换单元(301)、高温储能单元(302)、脉冲压缩单元(303)、液电脉冲激波发射单元(304)以及保护单元(305)；所述高电压转换单元(301)用于将测井电缆传输的低压交流电信号转换为直流高压信号；所述高温储能单元(302)用于暂时将所述高电压转换单元(301)输出的直流电压能量在较长时间内存储为液电脉冲放电的总电能；所述脉冲压缩单元(303)用于控制将高温储能单元(302)的能量瞬时施加到液电脉冲激波发射单元；所述液电脉冲激波发射单元(304)用于通过液电激波放电间隙在高电压作用下击穿，通过脉冲大电流在弱压缩性的放电液体内产生强力激波，并向外传播；所述激波经过聚焦空腔的作用沿设定的聚焦方向辐射，并将激波传递到油气管道内或者岩石孔洞内，接触管道污垢或者使岩石造缝或破裂；所述保护单元(305)用于保证在管道中运动的同轴性，避免仪器与管壁相碰撞。2.如权利要求1所述的管道清垢与岩层压裂装置，其特征在于，当管道清垢与岩层压裂装置工作于水平方向的油井管道或岩层孔洞时，所述液电脉冲激波发射器(300)还包括：爬行器(306)，用于使所述液电脉冲激波发射器(300)爬入所述油井管道或岩层孔洞内待作业的目标位置。3.如权利要求1所述的管道清垢与岩层压裂装置，其特征在于，所述脉冲压缩单元(303)包括脉冲压缩开关及其控制回路；脉冲压缩开关可为气体开关、真空触发开关或其它高电压固体开关；控制回路用于输出触发信号使所述脉冲压缩开关迅速导通。4.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，林福昌，潘垣，张钦，李化，李志远，刘思维，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42