液相放电冲击波破岩实验系统技术方案

本申请提供了一种液相放电冲击波破岩实验系统，包括：箱体和脉冲电源装置，以及设置在箱体内的：具有中空结构的放电底座；旋转装置，包括：旋转台面；马达；联轴器，用于连接马达与旋转台面；液相放电发生机构，包括：与脉冲电源装置电性连接的电极对，两个电极之间具有间隙，间隙的中点为放电中心，位于岩石的正上方；电极安装装置，包括：用于定位电极的电极定位柱；用于调节间隙大小的电极水平定位机构；传感器安装装置，包括：压力传感器；传感器定位机构，用于调节压力传感器相对于放电中心的水平间距。本申请在保证液相脉冲放电稳定进行的条件下，还能调节多种影响放电的参数的调节，同时能够获取距放电中心不同位置处的冲击波压力。

【技术实现步骤摘要】
液相放电冲击波破岩实验系统
本申请涉及钻井
，具体涉及一种液相放电冲击波破岩实验系统。
技术介绍
油田在深井硬地层中钻进时由于地层岩石具有致密性、研磨性强、可钻性差的特点，存在钻井速度慢、钻头磨损严重等问题，导致钻井成本高，制约了钻井所带来的经济效益和油气田的开发速度。液电效应是利用高功率脉冲技术在放电电极间形成短脉冲高电压，脉冲高电压击穿液相介质能产生等离子通道，当电能注入该通道后能产生高温高压，使得该通道向外膨胀产生脉冲压力波(冲击波)。液电效应产生的冲击波压力最高可达10GPa，能够破碎坚硬岩石。目前，通常采用液电效应与传统旋转钻井相结合的方式进行钻井，在钻头端部放置放电电极，利用产生的脉冲冲击波辅助钻头破碎岩石，这对于破碎岩石，减小钻头磨损以及岩屑的运移有显著效果。液电效应产生的冲击波压力大小受一些因素影响，例如：钻头与岩石之间的相对旋转速度、脉冲电压参数、电极间距、电极形状等。为了进一步提高钻井作业速度，需要对影响冲击波压力的因素进行研究。由于液相脉冲放电实验环境非常极端，安全性难以得到保障，同时在极端的实验环境下进行参数调节比较困难。因此需要提供一种可以在保证液相放电稳定进行的条件下，还能进行放电参数调节的实验系统。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本专利技术的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
为解决上述至少一个技术问题，本申请提供了一种液相放电冲击波破岩实验系统，能够保证液相脉冲放电稳定进行，还能调节多种影响放电的参数的调节，同时能够获取距放电中心不同位置处的冲击波压力。为了实现上述目的，本申请提供的技术方案如下所述：一种液相放电冲击波破岩实验系统，所述实验系统包括：箱体和用于提供脉冲电压的脉冲电源装置，以及设置在所述箱体内的：具有中空结构的放电底座，所述放电底座包括固定台面；旋转装置，包括：旋转台面，设置在所述固定台面上用于放置岩石；马达，位于所述放电底座内；联轴器，用于连接所述马达与所述旋转台面，所述固定台面具有与所述联轴器相配合的装配孔，所述马达能通过联轴器带动所述旋转台面旋转；液相放电发生机构，包括：与所述脉冲电源装置电性连接的电极对，所述电极对包括：两个相对于所述固定台面位于同一高度的电极，两个所述电极之间具有间隙，所述间隙的中点为放电中心，所述放电中心位于岩石的正上方；电极安装装置，包括：电极定位柱，所述电极定位柱用于定位电极；电极水平定位机构，用于调节所述间隙大小；传感器安装装置，包括：压力传感器，所述压力传感器电性连接示波器；传感器定位机构，用于调节所述压力传感器相对于所述放电中心的水平间距。作为一种优选的实施方式，所述放电底座与所述电极定位柱之间设置有电极垂向定位机构，所述电极垂向定位机构用于调节所述电极定位柱的高度。作为一种优选的实施方式，所述电极水平定位机构包括：滑块，所述滑块与所述电极通过电极棒连接；设置在所述电极定位柱上用于容纳所述滑块的安装孔，所述滑块能相对所述安装孔移动，所述滑块的外轮廓尺寸大于所述安装孔的尺寸，所述安装孔沿所述电极定位柱的高度方向设置有多个。作为一种优选的实施方式，所述实验系统包括流速模拟装置，所述流速模拟装置包括：导流支架，所述导流支架装配在所述电极定位柱上，所述导流支架设置有至少一个导流孔，所述导流孔朝向重力方向延伸，或者所述导流孔朝向垂直于重力方向的方向延伸；水泵，所述水泵的出水口连通至少一个所述导流孔，所述水泵的进水口与所述箱体相连通；第二控制单元，用于控制所述水泵的流速。作为一种优选的实施方式，所述旋转装置还包括用于稳定岩石的岩石夹持机构，所述岩石夹持机构包括：设置在所述旋转台面上的两对相向设置的定位长槽；设置在所述旋转台面上与所述定位长槽相配合的夹持板，所述夹持板能在所述定位长槽的延伸方向上进行定位，所述夹持板与所述定位长槽通过紧固件相固定。作为一种优选的实施方式，所述传感器定位机构包括：传感器底座；第一定位杆，所述第一定位杆的一端与所述放电底座连接，另一端连接所述传感器底座，所述压力传感器能通过所述第一定位杆调节相对于所述放电中心的水平间距；第二定位杆，所述第二定位杆的一端与所述放电底座连接，所述第二定位杆的另一端固定所述压力传感器，所述压力传感器能通过所述第二定位杆调节相对于所述固定台面的高度。作为一种优选的实施方式，所述实验系统还包括岩石评价装置，用于检测液相放电冲击波对岩石的损伤程度，所述岩石评价装置包括：声波发射仪、纵波探头和所述示波器，所述纵波探头的发射端电性连接所述声波发射仪，所述纵波探头的接收端连接所述示波器。一种液相放电冲击波破岩实验系统，所述实验系统包括：用于提供脉冲电压的脉冲电源装置；放电底座，所述放电底座包括固定台面；液相放电发生机构，包括：与所述脉冲电源装置电性连接的电极对，所述电极对包括：两个相对于所述固定台面位于同一高度的电极，两个所述电极之间具有间隙，所述间隙的中点为放电中心，所述放电中心位于岩石的正上方；电极安装装置，包括：电极定位柱，所述电极定位柱用于定位电极；电极水平定位机构，用于调节所述间隙大小；传感器安装装置，包括：压力传感器，所述压力传感器电性连接示波器；传感器定位机构，用于调节所述压力传感器相对于所述放电中心的水平间距；位于所述固定台面上的介质反应桶，所述介质反应桶内部具有用于承载液体介质的容纳腔室，岩石、所述液相放电发生机构和所述传感器安装装置位于所述容纳腔室中。作为一种优选的实施方式，所述电极水平定位机构包括：滑块，所述滑块与所述电极通过电极棒连接；设置在所述电极定位柱上用于容纳所述滑块的安装孔，所述滑块能相对所述安装孔移动，所述滑块的外轮廓尺寸大于所述安装孔的尺寸；所述介质反应桶的侧壁设置有与所述滑块相配合的凹槽，所述电极棒能通过所述凹槽将所述电极置于所述介质反应桶的容纳腔室内。作为一种优选的实施方式，所述传感器定位机构具体为设置在所述容纳腔室内的多个传感器支架，多个所述传感器支架相对于所述放电中心分别对应于不同的水平位置。有益效果：本申请实施例中的液相放电冲击破岩实验系统包括脉冲电源装置和箱体。脉冲电源装置能够设置脉冲电压参数，提供实验所需的脉冲电压，可以用于模拟脉冲电压参数对冲击波压力的影响。箱体内包括旋转装置、液相放电发生机构、电极安装装置和传感器安装装置。本申请实施例中的旋转装置能够模拟岩石与电极之间的相对旋转，从而可以更为真实的贴近实际作业场景。其中，电极安装装置设置有电极定位柱和电极水平定位机构。实验过程中，可以选取某种形状的一对电极定位在电极定位柱上，电极水平定位机构能够调节电极对之间的间隙大小，可以用于研究电极间距对冲击波压力的影响。所述传感器安装装置包括压力传感器和传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液相放电冲击波破岩实验系统，其特征在于，所述实验系统包括：箱体和用于提供脉冲电压的脉冲电源装置，以及设置在所述箱体内的：/n具有中空结构的放电底座，所述放电底座包括固定台面；/n旋转装置，包括：旋转台面，设置在所述固定台面上用于放置岩石；马达，位于所述放电底座内；联轴器，用于连接所述马达与所述旋转台面，所述固定台面具有与所述联轴器相配合的装配孔，所述马达能通过联轴器带动所述旋转台面旋转；/n液相放电发生机构，包括：与所述脉冲电源装置电性连接的电极对，所述电极对包括：两个相对于所述固定台面位于同一高度的电极，两个所述电极之间具有间隙，所述间隙的中点为放电中心，所述放电中心位于岩石的正上方；/n电极安装装置，包括：电极定位柱，所述电极定位柱用于定位电极；电极水平定位机构，用于调节所述间隙大小；/n传感器安装装置，包括：压力传感器，所述压力传感器电性连接示波器；传感器定位机构，用于调节所述压力传感器相对于所述放电中心的水平间距。/n

【技术特征摘要】
1.一种液相放电冲击波破岩实验系统，其特征在于，所述实验系统包括：箱体和用于提供脉冲电压的脉冲电源装置，以及设置在所述箱体内的：
具有中空结构的放电底座，所述放电底座包括固定台面；
旋转装置，包括：旋转台面，设置在所述固定台面上用于放置岩石；马达，位于所述放电底座内；联轴器，用于连接所述马达与所述旋转台面，所述固定台面具有与所述联轴器相配合的装配孔，所述马达能通过联轴器带动所述旋转台面旋转；
液相放电发生机构，包括：与所述脉冲电源装置电性连接的电极对，所述电极对包括：两个相对于所述固定台面位于同一高度的电极，两个所述电极之间具有间隙，所述间隙的中点为放电中心，所述放电中心位于岩石的正上方；
电极安装装置，包括：电极定位柱，所述电极定位柱用于定位电极；电极水平定位机构，用于调节所述间隙大小；
传感器安装装置，包括：压力传感器，所述压力传感器电性连接示波器；传感器定位机构，用于调节所述压力传感器相对于所述放电中心的水平间距。


2.如权利要求1所述的液相放电冲击波破岩实验系统，其特征在于，所述放电底座与所述电极定位柱之间设置有电极垂向定位机构，所述电极垂向定位机构用于调节所述电极定位柱的高度。


3.如权利要求1所述的液相放电冲击波破岩实验系统，其特征在于，所述电极水平定位机构包括：滑块，所述滑块与所述电极通过电极棒连接；设置在所述电极定位柱上用于容纳所述滑块的安装孔，所述滑块能相对所述安装孔移动，所述滑块的外轮廓尺寸大于所述安装孔的尺寸，所述安装孔沿所述电极定位柱的高度方向设置有多个。


4.如权利要求3所述的液相放电冲击波破岩实验系统，其特征在于，所述实验系统包括流速模拟装置，所述流速模拟装置包括：
导流支架，所述导流支架装配在所述电极定位柱上，所述导流支架设置有至少一个导流孔，所述导流孔朝向重力方向延伸，或者所述导流孔朝向垂直于重力方向的方向延伸；
水泵，所述水泵的出水口连通至少一个所述导流孔，所述水泵的进水口与所述箱体相连通；
第二控制单元，用于控制所述水泵的流速。


5.如权利要求1所述的液相放电冲击波破岩实验系统，其特征在于，所述旋转装置还包括用于稳定岩石的岩石夹持机构，所述岩石夹持机构包括：设置在所述旋转台面上的两对相向设置的定位长槽；设置在所述旋转台面上与所述定位长槽相配合的夹持板，所述夹持板能在所述定位长槽的延伸方向上进行定位，所述夹持板与所述定位长槽通过紧固件...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，刘科柔，李军，蔡志翔，余庆，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11