【摘 要】
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页岩气作为非常规天然气的一种,具有绿色、低碳、高效的优点,现已成为我国未来清洁能源的发展方向之一,也是实现经济发展和环境保护的重要平衡手段。我国页岩气储量丰富,但开采成本较高、难度较大,本文结合高压强功率脉冲放电技术和共振原理,对高压强功率脉冲放电装置进行频率控制,实现目标储层的共振,达到页岩气增产的目的。本文首先针对高压强功率脉冲放电装置,介绍了其原理和拓扑结构,并针对其工程应用背景,设计实验得
【基金项目】
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页岩频谱共振对页岩吸附解吸特性的影响测试实验,企事业单位委托科技项目； 页岩频谱共振对页岩渗透率的影响测试试验,企事业单位委托科技项目；
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页岩气作为非常规天然气的一种,具有绿色、低碳、高效的优点,现已成为我国未来清洁能源的发展方向之一,也是实现经济发展和环境保护的重要平衡手段。我国页岩气储量丰富,但开采成本较高、难度较大,本文结合高压强功率脉冲放电技术和共振原理,对高压强功率脉冲放电装置进行频率控制,实现目标储层的共振,达到页岩气增产的目的。本文首先针对高压强功率脉冲放电装置,介绍了其原理和拓扑结构,并针对其工程应用背景,设计实验得到其放电频率的电压特性,将放电频率的控制问题转化为施加电压的控制问题。然后为实现高压强功率脉冲放电装置放电频率的闭环控制,建立了数学模型,并根据数学模型设计了三种闭环控制器,分别为PI控制器、模糊PI控制器和滑模变结构控制器,并在Matlab软件平台中,对三种控制器进行了仿真研究,验证其正确性,并对其动态控制效果进行了比较分析。本文在仿真验证基础上研制了一台高压强功率脉冲放电装置样机,输出电压可达30k V,放电频率可实现0～50Hz可调。本文设计的样机升压部分包括PWM可控整流、高频变压器和倍压整流电路,结构简单,控制方便。本文还介绍了实验系统的硬件电路和软件设计,其中硬件电路包括主电路、控制电路和保护电路,软件设计包括AD采样程序、数显控制程序、放电频率检测程序、控制器程序以及SVPWM程序设计。最后,本文设计组装了可用于井下工作的实验平台,并设计实验方案,验证装置放电频率控制策略的可行性。本文相较以往的研究不再集中于对高压强功率脉冲放电的单次放电和开环放电研究,而是对高压强功率脉冲放电装置进行建模并设计不同控制器,对其放电频率进行闭环控制,并对控制策略进行研究,使装置在特定频率下进行稳定放电,以达到目标储层的共振效果,以较小的能量冲击实现储层裂缝发育、渗透率提高的目的。
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