[发明专利]一种基于液电脉冲激波的管道清垢与岩层压裂装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于高电压技术、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。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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。