高聚能大功率电脉冲储层处理装置
电脉冲储层处理技术在煤层气中的试验与应用
电脉冲储层处理技术在煤层气中的试验与应用摘要：煤层气井在生产过程中受排采强度的影响，在煤层裂隙中会发生气锁和水锁现象，煤粉等固体颗粒堵塞气体通道，造成产水产气量的变化。
电脉冲储层处理技术通过冲击波压力作用于煤储层及裂隙系统中，可以沟通和扩展裂缝，解除裂缝的堵塞，促进煤层气的解吸从而提高煤层气井的产量。
关键词：煤层气；电脉冲；排采强度；储层处理煤层具有低渗、低压、低饱和的特点，对煤层压裂改造目的就是要扩大和沟通煤层中的裂隙和孔隙，增大流体的渗流面积和降低煤层的储层压力，从而提高煤层气的产能。
煤层气井的生产过程对煤储层的影响是长期的，由于排采制度的制定和执行不当，将导致在煤层裂隙中发生气锁和水锁现象，煤粉等固体颗粒堵塞裂缝，降低了煤储层的渗透率，从而降低煤层气的产能甚至被彻底报废无法生产。
1 电脉冲技术原理电脉冲装置由地面控制电源柜和井下设备组成，地面电源控制柜通过电缆控制井下设备并提供电源，井下高压直流电源为高聚能储能电容器充电；待充电到能量控制器的工作值时，能量控制器瞬间将电容器中储存的电能快速传递给能量转换器；能量转换器在水中以液电效应将电能转换成机械能（冲击波能量）；冲击波通过套管孔眼后作用于煤储层裂隙。
电脉冲装置的技术参数：放电电压30kV；装置储能4.5kJ；放电电流50kA；冲击波峰值压力>100MPa；工作频率3次/min~6次/min。
电脉冲技术具有如下优点：电脉冲技术是纯物理技术，除水外不需要向井内注入任何物质，因此不会污染、伤害煤层；电脉冲以冲击压力作用于煤层，有别于压裂改造煤层技术，对煤层“压实”作用不明显；电脉冲产生的冲击波脉宽在0.5μs以内可调，比射孔弹爆炸的脉冲宽度窄，不会损伤套管和水泥环；依赖高功率机理，节约能耗；电脉冲技术可以对一点进行可控的重复频率作用；作业中伴生的电磁辐射对煤层气解吸有作用。
2 电脉冲作用机理2.1 促进煤层气解吸在高能量冲击波压力作用下，煤岩表面的微观凸起被削平表面分子可能重新排列，煤岩的表面积相对减小吸附能力降低。
高聚能大功率电脉冲装置能量转换器[实用新型专利]
![高聚能大功率电脉冲装置能量转换器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a7d40e1fba0d4a7303763a26.png)
专利名称：高聚能大功率电脉冲装置能量转换器专利类型：实用新型专利
发明人：张永民,吕晓琳
申请号：CN200820029050.2
申请日：20080508
公开号：CN201206447Y
公开日：
20090311
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种高聚能大功率电脉冲装置能量转换器。
根据液电效应将储能器存储的电能在油井射孔段的水中瞬间转换成冲击波能量。
其结构包括支套(2)、内电极(3)、绝缘子(4)、绝缘子外筒(5)和上套(8)，该内电极(3)设置在绝缘子(4)的内体中心，绝缘子外筒(5)套在绝缘子(4)的外部，这三个部件浇铸为一体，连接在支套(2)和上套(8)的体内，并在内电极(3)与绝缘子(4)的结合处设有五道台阶结构(9)，在绝缘子(4)与绝缘子外筒(5)的接触面上，设有三道台阶结构(10)。
本实用新型具有密封性好、耐高水压和高强冲击的优点，可用于电脉冲装置实现对油层地质结构的处理，提高油井产量。
申请人：陕西威迅石油科技有限公司
地址：710075 陕西省西安市互助路66号西部电力国际商务中心8楼A座
国籍：CN
代理机构：陕西电子工业专利中心
代理人：王品华
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一种油田用聚能大功率脉冲产生装置[实用新型专利]
![一种油田用聚能大功率脉冲产生装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/921ae9c8dd36a32d7275818b.png)
专利名称：一种油田用聚能大功率脉冲产生装置
专利类型：实用新型专利
发明人：王亚雄,赵亚杰,陈朋刚,史鹏涛,贠玉平,董涛,李刚,杏毅,封宇航
申请号：CN201721554095.7
申请日：20171120
公开号：CN207437047U
公开日：
20180601
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种油田用聚能大功率脉冲产生装置，包括电源控制柜，电源控制柜通过电缆依次连接有直流高压电源、储能电容器、能量控制器和能量转换器，能量转换器内部设置有含能混合物部件，解决了现有技术震荡解堵技术中脉冲功率小的问题。
本实用新型大功率脉冲产生装置能够诱发含能混合物部件中的含能混合物释放化学能，形成电热脉冲，提高了脉冲能量，其不仅具有致裂作用，使储层形成新的裂隙，提高地层渗透率，还具有解堵作用，促进渗流。
申请人：延长油田股份有限公司
地址：716000 陕西省延安市枣园镇枣园路延长油田股份有限公司
国籍：CN
代理机构：西安弘理专利事务所
代理人：韩玙
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科技成果——模块化高功率脉冲电源
科技成果——模块化高功率脉冲电源成果简介该脉冲电源装置采用脉冲电容器作为储能和功率压缩器件，可由动力电源或电池组作为初级能源，通过高压充电器装置为电容器充电至所需的高压，控制脉冲电源内部的高压大功率开关向负载进行放电，可以产生几十到几百千安、脉冲电流宽度几微秒到几十豪秒的脉冲电流。
该装置体积小，具备测控功能，可独立使用，也可根据要求多套并联使用，组合方便。
可用于海洋及陆地石油和煤田的地震勘探，如陆地电火花震源在垂直地震剖面测井（简称VSP测井）、井间地震、振动采油和工程勘探等方面。
随着污染日趋严重，水环境质量恶化趋势进一步发展，使得传统水处理方法受到更严峻的挑战。
强脉冲放电所产生的等离子体具有高密度储存能和高膨胀效应，能形成强烈的热能、膨胀压力热能、光能、声能及辐射能力，进而在水中产生各种游离基，这些活性游离基可以破坏工业废水中的有害成份。
因此近年来，在高能电子辐射、臭氧氧化和光化学催化氧化等游离基处理方法取得进展后便转向高压脉冲放电处理废水。
高电压脉冲放电水处理由于下述特点正成为国内外的研究热点：1、高电压脉冲技术有利于实现高能化；2、快速的脉冲放电，可对处理的液体介质施加很高的瞬时功率；3、液体介质中脉冲放电伴随的液电效应有光、热、力、声等物理效应及各种化学效应的协同作用。
传统的机械式冲压加工，设备庞大，能量转换相对损耗大，自动控制程度差。
而采用脉冲功率源装置对金属板料放电，在高电压、强冲击电流下可以获得瞬时功率极大的电磁冲击力，可对工件进行冲压加工，由于电能的积累、转换、控制方便．损耗小，因而，可在冲压加工中获得广泛的应用前景。
技术指标工作电源：几到十几千伏；放电电流：几到几百千安；电流脉宽：几微秒到十几毫秒；体积：0.5MJ/m3。
项目水平国际先进成熟程度产业化合作方式应用开发。
高聚能大功率电脉冲(电爆震)装置
弹性冲击波在饱和多孔介质中传播时会使多孔介质时
而被压缩，时而被扩张，造成孔道直径大小变化，引起
毛管力的变化，可使固态颗粒逐步通过孔道排出。 空化作用可以破碎声场中的固态物质、多孔岩石表面 的泥饼、振动松动后的堵赛物和其它固结物。 这些物质粉碎后被抽吸、推挤到井筒，达到疏通油流
裂缝或宏观裂缝。
11
电爆震装置的作用机理
WXEB 对油层岩石的的造缝作用 在岩石中产生的裂缝随冲击波的速度高速向 前扩展，直到冲击力的强度与岩石的疲劳强度平
衡为止。
贯通已有缝隙
压裂后仍有部分部分裂缝并不贯通，部分孔 喉道狭窄，各项同性的冲击波能够贯通裂缝和扩 展孔喉道。
12
电爆震装置的作用机理
WXEB 对油层孔隙介质的剪切作用 油层是由岩石颗粒、充填粘土矿物和饱和油气水
1
作用和二次膨胀会向地层发射“二次脉冲”低频声
波。
9
电爆震装置的作用机理
WXEB 冲击波在油层岩石和流体上产生的加速度高达约 3000倍的重力加速度。
在放电通道周围，放电电流激起上万高斯的瞬变
磁场，变化的磁场在油层导电流体中建立电场和电
流，强电磁场使油层介质产生强烈的热运动或使分
子极化。
10
电爆震装置的作用机理
现象
6
电爆震装置的技术原理
WXEB 放电通道产生后，由于放电电阻很小，将产生几
十千安的放电电流。
放电电弧的温度高达上万度，电流加热通道周围
液体，使液体汽化并迅速向外膨胀。
迅速膨胀的气腔外沿在水介质中产生强大的冲击 波。 冲击波随放电电流和放电时间的不同，以冲量或 者冲击压力的方式作用于周围介质。
29
高聚能大功率电脉冲+弘传
电脉冲装置作业范围
适用油藏地质条件
在处理变形具有脆性破坏特性的致密岩石效果较好，容易产 生新的裂缝，如灰质白云岩、粉砂岩；
变形具有不可逆特性的岩石——砂岩的造缝效果稍差；解堵 效果更好；
对于纵向具有非均质性质的地层，电脉冲处理效果最好的是 低渗透、致密性地层。因此，该技术主要适用于产量递减比较 快、油藏动用程度差、油井供液能力低、裂缝连通性差、注水 水窜严重、水驱油效率低及原油乳化物堵塞严重的区块。
21
电脉冲装置的作用效果
提高渗透率实验结果 常压下对两块被污染的岩石处理的结果如表
岩芯 作业前渗透率k1 作用后渗透率 k2
编号
10-3μm2
10-3μm2
1
3.51
12.98
2
29.72
66.06
提高率 （k1－k2）/k1
269
122
22
电脉冲装置的作用效果
提高渗透率实验结果 不同压力下对被污染岩石处理的结果如表：
17
电脉冲装置的作用机理
清除地层污染作用
弹性冲击波在饱和多孔介质中传播时会使多孔介质 时而被压缩，时而被扩张，造成孔道直径大小变化，引 起毛管力的变化，可使固态颗粒逐步通过孔道排出。
空化作用可以破碎声场中的固态物质、多孔岩石表 面的泥饼、振动松动后的堵赛物和其它固结物。
这些物质粉碎后被抽吸、推挤到井筒，达到疏通油 流（水流） 通道，改善油（水） 层近井地带的渗透性。
在冲击声波的作用下，岩石及液体这些非连续介质各自的质 点以大于重力加速度3000多倍的加速度作激烈的振动。
在高加速冲击条件下，材料的断裂强度和疲劳强度都远小于 静态，当冲击力超过岩石的疲劳强度时，就会造成新的微裂缝 或宏观裂缝。
高聚能大功率电脉冲(电爆震)装置51页PPT
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61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
高聚能大功率电脉冲(电震)装置 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
高聚能重复强脉冲波煤储层增渗新技术试验与探索
第42 卷第6期煤炭科学技术Vol. 42 No. 6 2014 年 6 月Coal Science and Technology June 2014煤矿瓦斯防治理论与技术高聚能重复强脉冲波煤储层增渗新技术试验与探索秦勇1 ，邱爱慈2 ，张永民2( 1. 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏徐州221116; 2. 西安交通大学电气工程学院，陕西西安710049)摘要: 高聚能重复强脉冲波煤储层激励是我国科学家基于核爆冲击波原理而研发的一项原创性新技术，通过前期工程实践证明了其对煤储层增渗的可行性和有效性，但该方面基础研究滞后于工程探索，技术的进一步研发与推广应用急需突破基础研究的瓶颈。
面向我国煤层气高效经济开发的这一重大技术需求，分析了冲击波煤储层致裂增渗领域的研究现状，阐述了高聚能重复强脉冲波煤储层致裂增渗的基本原理，总结了该技术前期现场试验与工程探索的效果，凝炼出该方向亟待解决的科学问题。
具体来说，探讨高聚能重复强脉冲波诱导下的煤储层破裂动力学特征及其地质、工程因素耦合作用机理，深入阐释重复脉冲波诱导下的波－流－煤相互作用这一核心科学问题，是进一步研发、完善和推广应用该项煤储层增渗新技术的首要基础。
关键词: 电脉冲; 冲击波; 煤层气; 储层激励; 致裂; 增渗中图分类号: TD712; P618 文献标志码: A 文章编号: 0253 － 2336( 2014) 06 － 0001 － 07Experiment and Discovery on Permeability Improved Technology of CoalＲeservoir Based on Ｒepeated Strong Pulse Waves ofHigh Energy AccumulationQIN Yong1 ，Q I U Ai-ci2 ，ZHAN G Yong-min2( 1．MO E K e y Lab of Coalb e d M e thaneＲe s ourc e s and D e po s i t i on P roc e ss，Chi na Uni ve r s i ty of M i ni ng and T e chno l ogy，Xuzhou221116，China; 2．Schoo lof El e ctr i cal E ngi ne e r i ng，X i an Ji aotong Uni ve r s i ty，X i an710049，China)A b s t r a c t: A c o al reser vo ir e x citati o n b y the repea ted str o n g pulse w a v e s of hi g h ener gy accumulati o n w a s an o ri g inalit y ne w techn o l ogy de- v el o ped b y Chinese scientists based o n the principle of the nucle ar e x pl o si o n sh o ck w a v e〃 The disc o v er y of the preliminar y wo rk sh ow ed the permeabilit y impr ov ed f easibilit y and a v ailabilit y of the c o al reser vo ir〃 But the basis stud y la gg ed behind the en g ineerin g disc ov er y and the f urther research and de v el o pment and the pr o m o ted applicati o n of the techn o l ogy w ere ur g entl y needed t o make a breakthr o u g h at the b o t- tleneck of the basis stud y〃 Faced t o the maj o r technica l requirement of the hi g h e ff icient ec o n o mic de v el o pment of the c o albed methane in China，the paper anal yz ed the stud y statu s o n the sh o ck w a v e f racturin g and permeabilit y impr ov ed f ield of the c o al reser vo ir，stated the basic principle of the c o al re ser vo ir f rac turin g and permeabilit y impr ov ed w ith the repeated str o n g pulse w a v e o f the hi g h ener gy accumula- ti o n，summari z ed the preliminar y site e x periment of the techn o l ogy and the en g ineerin g disc ov er y e ff ect，and re f ined the scienti f ic pr o blems t o be s o l v ed al o n g the directi o n〃 The paper discussed the breakin g d y namics f eature s of the c o al re ser vo ir and the c o uplin g r o le mechanism of the g e o l og ical and en g ineerin g f act o r s under the g uidance of the repeated str o n g pulse w a v es of the hi g h ener gy accumulati o n，in detail e x plained the ke y scienti f ic pr o blem of the w a v e －f l o w－ c o al interreac ti o n under the g uidance of the repeated pulse w a v e s，w hich wo uld be the m o st imp o rtant basis t o f urther re search and de v el o pment and t o impr ov e and appl y the permeabilit y impr ov ed techn o l ogy of the c o al reser vo ir〃Key words: e lectric pulse; shock wave; coa lbed m ethane; re servoir excitation; frac turing; permeability improved收稿日期: 2014 － 03 － 02; 责任编辑: 王晓珍D O I: 10〃 13199 / j〃 cnki〃 cst〃 2014〃 06〃 001基金项目: 国家自然科学联合基金重点资助项目( U13612031) ; 山西省煤层气联合基金重点资助项目( 2012012001)作者简介: 秦勇( 1957—) ，男，重庆人，教授，博士，现任中国矿业大学副校长。
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电脉冲装置的工作参数
WXEB
WXEB 电脉冲装置的工作参数：
放电电压：30kV
放电电流：50kA 设备重量: 100kg 井下温度: <150℃ 电源功率：<2kw
8
装置储能：4.5kJ
冲击波峰值压力：>100MPa 处理深度：<5km 工作压力：>50MPa
设备外径：102mm 设备长度：6.5m
dV VL pL 2 dt ( pL p)
dp dt
14
电脉冲技术的作用机理
WXEB 促进解吸作用的方式转换 受冲击波作用，煤分子与吸附气体的范德化键 断裂且受到强烈破坏；
受冲击波作用后，煤裂隙孔隙的微观表面受到 震荡，冲击波转变为瞬间热量，引起升温解吸。 冲击波过后，煤体本身产生特殊的裂痕，在相 同的压力梯度和压降速度下，液态流体水易于排出， 改善裂隙孔隙通道，同时增加了煤层的渗透性。问 题：煤粉聚集并在定向水流作用下进入井筒，粉突 15 要求及时修井！
0W P T
E U P 52 1 .4 r
12
5
电脉冲装置的工作过程
WXEB
地面电源控制柜将井场220V工频电源经整 流再逆变成1000HZ中频电源。 由射孔电缆车将中频电源送给井下高压直 流电源 高压直流电源中输出30kV直流高压。
直流高压经厄流圈给高聚能储能电容器充 电。
3
电脉冲装置的组成
WXEB 地面电源控制柜 高压直流电源 高聚能电容器 能量控制器 能量转换器 电缆车送井下部分到 储层位置并连接地面
电源控制柜
4
电脉冲装置的工作原理
WXEB
电脉冲装置以高功率脉冲技术实现电能的 积蓄和瞬间的释放。 能量转换器以液电效应将电能转换成液体 中的机械能（冲击波能量）。 电脉冲装置产生的冲击波压力与其工作参 数有密切的关系。
WXEB
向煤体辐射大功率声波，使煤体介质受到 交替变化的拉应力和压应力作用或者受到交变 的剪切力作用，使煤体中产生新的裂缝网,造 成煤的裂隙型孔隙增多局部,有利于煤层气的 解吸和扩散。 声波强度达到一定程度就有撕裂的趋势, 使气体和煤岩的附着力减弱,有利于气体从煤 体中解吸。
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电脉冲技术的作用机理
工作频率：3～6次/min 供电电压：220V/50Hz
电脉冲装置的工作参数
WXEB 电脉冲装置产生的冲击波
电 脉 冲 装 置 下 井 Nhomakorabea波形
120 100 80
Pressure(MPa)
60 40 20 0 -20 -40 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
9 0.5
Time(ms)
WXEB
低渗、低压、低饱和与含气量高是中国煤层 气藏的显著的特征； 含气量（源）、储层压力（动力）、渗透率 （通道）是煤层气井产量的决定因素；
有效地降低井底流压,扩大压力波及范围,增 加有效解吸区,扩大两相渗流区范围，是提高 产量的一般手段。
12
电脉冲技术的作用机理
WXEB
促使煤层气的解吸作用
煤层气开采机理是基于物理吸附-解吸理 论。在储层物性一定的条件下，单井产量受 储层压力梯度和压降速度的双重影响。在静 压下，可采气量为煤层含气量到废弃压力所 对应的含气量之差。煤层气采收率取决于煤 层初始含气量与废弃压力条件的吸附量
13
电脉冲技术的作用机理
WXEB 促使煤层气的解吸作用
物理吸附是指煤岩与煤层气分子间以范德 华力相互作用而吸附。冲击波动压作用下， 煤岩和煤层气的分子的加速度不同，且差别 较大，以致能够克服不同介质的分子间力， 加速煤层气的解吸。
不相同。 冲击波在不同密度介质上产生的速度、加速度有 很大的差异，从而在这些介质中的固固、固液和油水 气等波阻抗相差较大的界面产生较强的剪切力，而且
WXEB
压裂后仍有部分裂缝并不贯通，部分孔喉 道狭窄，各项同性的冲击波能够贯通裂缝和扩 展孔喉道。 如果在压裂前首先对煤层气井进行电脉冲 作业，则可降低破压，或者获得更长的裂缝。
18
WXEB
电脉冲技术的作用机理
解堵作用 储层是由岩石颗粒、充填粘土矿物和饱和气水等
复杂的介质组成，它们的密度、波阻抗等物理性质大
电脉冲装置的技术基础
WXEB 高聚能大功率电脉冲的技术基础是脉冲功率技术 脉冲功率技术是在瞬间获得高功率的一门专项技术，
是当代高新技术的基础学科之一。
脉冲功率技术主要应用于国防高科技领域。
通过不同的物理原理可以将高功率电脉冲转换为电
子束能、激光能量、微波能量、等离子体能量。电
脉冲装置将高功率电能转换为机械能作用于储层。
高聚能大功率电脉冲 储层处理装置
一种简易的其他行业移植的低产井改造方案
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高聚能大功率电脉冲储层处理装置
2
公 司 简 介
WXEB
XX石油科技有限公司一家高新技术企业。 XX城高新区“百名院士创新创业工程”计划 支持企业。 公司拥有国内脉冲功率技术领域的专家。 技术团队受到工程院院士的直接指导。 公司具有较强的科研开发和技术创新能力。 公司已在国内各大油田开展技术合作、技术 推广和技术服务。
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电脉冲装置的工作原理
WXEB
待储能电容器充电到能量控制器的工作阈值 时，能量控制器将电容器中储存的电能传递 给能量转换器。
能量转换器以液电效应将电能转换成液体中 的机械能（冲击波能量）
实验台上，定向的、瞬间冲击波会在固体介质中 造缝，也可以在揉塑性介质留痕，实质上都可以 产生沟通流体介质的通道。
电脉冲技术的作用机理
WXEB 冲击波对岩石的的造缝作用
在冲击载荷作用下，材料的断裂强度和疲 劳强度明显小于静态。 由于长期的地质力学作用和成井时的射孔、 压裂作用，存在着断层、裂缝、层理和微裂隙， 是非连续介质。 当冲击力峰值压力超过岩石的疲劳强度时， 就会造成新的微裂缝或宏观裂缝。
16
电脉冲技术的作用机理
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对煤层气开发的认识
WXEB
煤层气主要以物理吸附方式储存在煤基质的
微孔隙和裂隙中。煤层气从煤基质孔隙的表 面解吸。通过基质和微孔隙扩散到裂隙中。 以达西流方式通过裂隙流向井筒。
煤层气解吸是基础（吸附/游离动态平衡打破） 其扩散渗流是关键（降压梯度小）双重作用 中找到最佳的配合方式！
11
对煤层气开发的认识