一种基于反馈控制的预击穿-储能放电破岩系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于反馈控制的预击穿

【技术实现步骤摘要】
一种基于反馈控制的预击穿
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储能放电破岩系统


[0001]本专利技术涉及放电破岩领域，尤其涉及一种基于反馈控制的预击穿
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储能放电破岩系统。

技术介绍

[0002]钻井的实质是破碎岩石。采用不同的破岩技术对钻井效率和经济效益影响是巨大的。常规机械钻井手段受限于其钻进速度，有时无法达到钻井要求，且随着对爆破可控、能源节约和环境友好破碎技术的追求，一些全新的钻井方法便体现了其所具有的独特优势，在一定程度上解决了钻井过程中普遍存在速度慢、周期长和成本高的问题。
[0003]这些全新的岩石破碎方法主要分为两类，一类是利用机械能对岩石进行破碎，包括超声波、弹射冲击波、高压水射流等方法；另一类是利用热能对岩石进行破碎，包括表面热射流、脉冲电子束、激光和红外照射等方法。新式机械能破碎岩石的方法是利用冲击载荷作用于岩石而达到砸碎和凿碎的效果，岩石在冲击载荷的作用下承受了很高的应变从而破碎，这也是与常规机械破岩的区别。
[0004]高压电脉冲钻井技术是一种利用高压脉冲发生器，在岩石中形成高能等离子通道以破碎岩石的新型钻井技术，其基本原理是充分利用由高能等离子体形成的等离子通道破碎岩石。该技术在室内试验取得了一定成功，有望成为一种简单易行、经济、高效、环保的新型实用钻井技术。高压电脉冲破岩分为电破岩和液电破岩两类。当击穿电压上升时间小于500ns时，击穿场强为水>岩石>空气，以水作为液体绝缘介质，先击穿岩石，形成等离子通道，岩石破碎的动力来自于等离子体膨胀时产生的张力，这种破碎方法称为电破岩；而当击穿电压上升时间大于500ns时，击穿场强排序为岩石>水>空气，电极与岩石不接触，放电通道直接发生在液体介质中，利用放电产生的冲击波或者水射流对岩石进行破碎，这种效应称液电破岩。液电破岩为间接破碎，电破岩为直接破岩：电破岩时等离子体通道在岩石的内部形成，直接作用于岩石内部。显然，电破岩能实现充分破碎，其效率更高。
[0005]为了加快高压电脉冲破岩技术的应用和发展,需要结合电脉冲破岩机理对其能耗和效率做进一步优化。但目前鲜有结合具体电脉冲破岩过程设计的电脉冲破岩配套工具，也鲜有人根据具体的电脉冲破岩机理提出增加电脉冲破岩效率的方法。这使得设计出来的电脉冲破岩装置的效率相对较低。因此，结合电脉冲破岩的具体过程归纳出高效的电脉冲破岩方法，并设计相应的电脉冲破岩装置对电脉冲破岩技术的工业应用和推广至关重要。

技术实现思路

[0006]为了解决以上问题，本专利技术方目的是提供一种基于反馈控制的预击穿
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储能放电破岩系统。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：
[0008]一种基于反馈控制的预击穿
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储能放电破岩系统，包括电连接的预击穿模块、信号检测装置与控制放电模块；所述预击穿模块用于预击穿介质内部形成等离子通道；所述信
号检测装置用于检测预击穿以及充电完成的信号；所述控制放电模块用于控制高电流释放到所述等离子通道中。
[0009]进一步的是，所述信号检测装置包括第一信号检测装置、第二信号检测装置以及第三信号检测装置；所述第一信号检测装置用于检测预击穿完成的信号；所述第二信号检测装置以及第三信号检测装置用于检测所述控制放电模块中充电完成的信号。
[0010]进一步的是，所述控制放电模块包括反馈控制模块与储能放电模块；所述反馈控制模块用于接收所述信号检测装置检测的信号并控制储能放电模块进行充放电；所述储能放电模块用于将储存的高电流释放到所述等离子通道中。
[0011]进一步的是，所述反馈控制模块包括第一控制模块、第二控制模块；所述第一控制模块用于接收预击穿完成的信号，并控制所述储能放电模块进行充放电；所述第二控制模块用于接收所述储能放电模块充电完成的信号，并控制所述储能放电模块结束放电。
[0012]进一步的是，所述储能放电模块包括第一储能模块与第二储能模块；所述第一信号检测装置、第三信号检测装置、反馈控制模块与储能放电模块形成第一放电循环子系统；所述第一信号检测装置、第二信号检测装置、反馈控制模块与储能放电模块形成第二放电循环子系统；所述第一放电循环子系统与第二放电循环子系统进行循环交替的充放电，实现对所述离子通道进行高电流释放。
[0013]进一步的是，所述第一放电循环子系统中，所述第三信号检测装置用于检测所述第二储能模块充电完成的信号；所述第一放电循环子系统工作流程为：所述第一控制模块接收到所述第一信号检测装置检测到的预击穿成功的信号，控制所述第一储能模块进行放电，所述第二储能模块进行充电，当所述第三信号检测装置检测到所述第二储能模块充满电后发出信号，传到所述第二控制模块，控制第一储能模块停止放电。
[0014]进一步的是，所述第二放电循环子系统中，所述第二信号检测装置用于检测所述第一储能模块充电完成的信号；所述第二放电循环子系统工作流程为：所述第一控制模块接收到所述第一信号检测装置检测到的预击穿成功的信号，控制所述第二储能模块进行放电，所述第一储能模块进行充电，当所述第二信号检测装置检测到所述第一储能模块充满电后发出信号，传到所述第二控制模块，控制第一储能模块停止放电，所有模块复位到第一个放电循环开始时的状态。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]本专利技术优化了当前高压电脉冲破岩电路结构，针对等离子通道的预击穿阶段和等离子通道的膨胀破岩阶段实现分级放电。本专利技术与常规电脉冲破岩电路相比，增加了预击穿阶段的信号检测装置和反馈控制模块，针对具体的破岩过程优化了储能电路结构，实现交替循环放电。本专利技术的核心优势在于结合电脉冲的具体破岩阶段来设计电路，破岩效率和能耗效率更高。
附图说明
[0017]图1为一种基于反馈控制的预击穿
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储能放电破岩系统示意图；
[0018]图2为实施例1中一种放电破岩电路结构；
[0019]图3为实施例3中电路结构示意图；
[0020]图4为“针
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针”并排型电极排布结构图。
[0021]图中：1、预击穿模块；2、第一信号检测装置；3、第二信号检测装置；4、第三信号检测装置；5、第一控制模块；6、第二控制模块；7、第一储能模块；8、第二储能模块；9、介质；10、高压脉冲发生器；11、电脉冲破岩工作液；12、岩石；13、高压电极；14、接地电极；15、罗氏线圈一；16、第一控制器；17、第二控制器；18、罗氏线圈二；19、罗氏线圈三；20、第二电容；21、第一电容；22、电源。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步阐述。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于反馈控制的预击穿
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储能放电破岩系统，其特征在于：包括电连接的预击穿模块(1)、信号检测装置与控制放电模块；所述预击穿模块(1)用于预击穿介质(9)内部形成等离子通道；所述信号检测装置用于检测预击穿以及充电完成的信号；所述控制放电模块用于控制高电流释放到所述等离子通道中。2.根据权利要求1所述的一种基于反馈控制的预击穿
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储能放电破岩系统，其特征在于：所述信号检测装置包括第一信号检测装置(2)、第二信号检测装置(3)以及第三信号检测装置(4)；所述第一信号检测装置(2)用于检测预击穿完成的信号；所述第二信号检测装置(3)以及第三信号检测装置(4)用于检测所述控制放电模块充电完成的信号。3.根据权利要求2所述的一种基于反馈控制的预击穿
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储能放电破岩系统，其特征在于：所述控制放电模块包括反馈控制模块与储能放电模块；所述反馈控制模块用于接收所述信号检测装置检测的信号并控制储能放电模块进行充放电；所述储能放电模块用于将储存的高电流释放到所述等离子通道中。4.根据权利要求3所述的一种基于反馈控制的预击穿
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储能放电破岩系统，其特征在于：所述反馈控制模块包括第一控制模块(5)、第二控制模块(6)；所述第一控制模块(5)用于接收预击穿完成的信号，并控制所述储能放电模块进行充放电；所述第二控制模块(6)用于接收所述储能放电模块充电完成的信号，并控制所述储能放电模块结束放电。5.根据权利要求4所述的一种基于反馈控制的预击穿
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储能放电破岩系统，其特征在于：所述储能放电模块包括第一储能模...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝效华，陈梦秋，罗云旭，刘伟吉，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：