等离子通道破岩钻井温度场数值模拟

摘要

等离子通道破岩钻井技术是一种利用高电压脉冲在高压钻头电极前方的岩石中形成高能等离子通道来破碎岩石的一种新兴破岩方法,该方法能量密度高、破岩速度快,但破岩时瞬时温度高,放电时间短,常规检测装置难以直接测量.本文建立了等离子通道破岩钻井的单脉冲放电温度场的数学模型,并基于有限元方法对其进行了数值模拟,仿真了单脉冲放电下岩石、钻头电极的温度场分布及不同脉冲宽度下岩石温度场的变化情况.仿真结果表明岩石上的最高温度可达几万度,瞬时释放的放电热量来不及传出而聚集在放电通道中形成局部高温来破碎蚀除岩石;岩石的温度场在热影响区内随着脉冲宽度的增加而增加,在热影响区外温度几乎没有变化.本数值模拟为预测岩石破碎蚀除量及表面形貌、揭示等离子通道破岩钻井的机理提供了依据.