随着油气资源开采的愈发深入,面临的地质环境向着复杂化发展,因此如何提升钻井效率、降低能量损耗、节约成本是油气资源高效开发面临的关键问题之一,高压电脉冲破岩是脉冲功率技术的新型应用,该方法不仅可以实现无污染、低成本破碎岩石,更是可以将系统中的能量直接作用到岩石内部,降低能量转化过程的损耗提升破碎岩石的效率。目前高压电脉冲破岩还处于实验室研究阶段,因此用于电脉冲破岩的脉冲功率装置是深入研究、评价、分析电脉冲破岩实用性的重要基础。本文设计了一种基于电容并联结构的高压电脉冲破岩实验装置,在此基础上根据高压电脉冲破岩对开关稳定性和输出电压上升时间小于500ns的要求,着重研究并设计了可以应用于高压电脉冲破岩的纳秒级火花开关,并成功应用于电脉冲破岩实验中,取得了较好的实验效果,主要内容如下:首先,对高压电脉冲破岩系统的倍压整流电路、保护电路以及开关的输出特性进行了研究,总结了各参数对开关输出电压的影响。然后根据高压电脉冲破岩实验系统对开关装置的要求,通过软件仿真、数学模拟、理论分析等方法,确定了开关电极的间距、优化了电极形状、选定了电极材质、设计了开关的绝缘结构及密封方法,制作了可以应用于高压电脉冲破岩的气体火花开关。为使所设计的开关更好的应用于电脉冲破岩中,搭建了气体火花开关实验平台,测量了不同压强氮气下开关的自击穿电压,通过自击穿电压的相对极差衡量开关击穿稳定性,得到0.15MPa氮气条件下开关击穿稳定性最好,然后测量了不同压强的氮气环境中开关在不同工作电压下的击穿时延,分析了气体压强和工作电压对开关击穿时延的影响,检验其是否满足实现电脉冲破岩对电压上升时间小于500ns的条件。最后,搭建了电脉冲破岩室内实验平台,进行了电脉冲破岩室内实验。实验中:开关的工作电压为20k V、开关腔体内为0.15MPa氮气,通过高压探头检测了岩石侧开关电极的电压波形,发现开关输出的脉冲电压先上升到峰值电压,随后发生震荡衰减至0。实验结果验证了所设计的火花开关应用在直接放电破碎岩石的可行性,对电脉冲破岩、高功率脉冲开关的进一步研究具有一定的参考价值。