[发明专利]一种电磁驱动铜基合金罩形成聚能射流的新型装置及方法

说明书

本发明公开一种电磁驱动铜基合金罩形成聚能射流的新型装置及方法，包括电流发生装置，电流发生装置连接有基座，基座固定连接有铜基合金罩，铜基合金罩包括固定连接的罩顶和罩底，罩顶为圆柱形，罩底为中空圆锥形；罩顶贯穿基座，罩底的外侧周向上设置有外部电极，外部电极为圆柱形结构，外部电极的中部开设有与罩底相适配的通孔，外部电极、基座以及铜基合金罩之间设置有绝缘空腔，绝缘空腔内设置有绝缘体。本发明通过新型电磁加热使铜基合金罩达到流固耦合状态；通过新型电磁驱动控制电磁方向、强弱、电流方向大小等因素，对损伤单元的形成和加速过程更有效的进行控制，形成效能更高、可控性更好的细金属射流并穿透岩体，产生裂缝。

技术领域

本发明涉及石油页岩气压裂开采工程技术领域，涉及电磁瞬态压溃驱动铜基合金结构形成聚能射流的装置，具体是指电磁能量瞬态释放驱动能使合金罩材料形成超高速金属射流的一种新型装置及方法。

背景技术

页岩储层甲烷原位燃爆压裂技术是实现我国页岩气开采变革性新突破的关键，针对页岩储层低孔隙度、低渗透率的特性，页岩气开采十分困难，必须采用压裂措施在储层内创造裂缝网格，为页岩气提供高效运移通道，提高气井产量，而传统的水力压裂技术要求用大量掺入化学物质的水灌入页岩层进行液压碎裂以开采页岩气，给环境带来了极大的伤害，现急需一种创新型压裂技术实现聚能射孔，实现储层的高效起裂，为解决上述现有难题，提出了一种变革性的电磁驱动铜基合金罩形成聚能射流的新型装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁驱动铜基合金罩形成聚能射流的新型装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种电磁驱动铜基合金罩形成聚能射流的新型装置，包括电流发生装置，所述电流发生装置连接有基座，所述基座固定连接有铜基合金罩，所述铜基合金罩包括固定连接的罩顶和罩底，所述罩顶为圆柱形，所述罩底为中空圆锥形；所述罩顶贯穿所述基座，所述罩底的外侧周向上设置有外部电极，所述外部电极为圆柱形结构，所述外部电极的中部开设有与所述罩底相适配的通孔，所述罩底的开口端与外部电极之间固定连接有圆环导板；所述外部电极、基座以及铜基合金罩之间设置有绝缘空腔，所述绝缘空腔内设置有绝缘体，所述基座、绝缘体和外部电极的直径相同且上下对应布置。

优选的，所述铜基合金罩为钨铜合金、镍铜合金、钼铜合金中的任意一种。

优选的，所述罩顶的直径为5～15mm，所述罩底的直径为30～50mm，所述罩底的锥度为30～70°，所述罩底的内壁厚度为1～3mm。

优选的，所述基座、绝缘体和外部电极的直径为70～80mm。

优选的，所述基座和铜基合金罩通过螺母固定连接，所述罩顶外侧设置有与螺母相适配的螺纹，所述螺母与基座之间设置有垫片。

优选的，所述外部电极、基座、圆环导板、螺母和垫片的材质为铝基金属。

优选的，所述铝基金属为铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金中的任意一种。

一种电磁驱动铜基合金罩形成聚能射流的方法，基于上述的电磁驱动铜基合金罩形成聚能射流的新型装置，包括以下步骤：

步骤一：电流发生装置加载1～10KA加热电流，对铜基合金罩进行加热处理，使铜基合金罩温度上升至1000～1600℃，使得铜基合金罩处于流固耦合态，形态得到延展，材料强度下降；

步骤二：电流发生装置加载3～8MA的驱动电流，在数微秒至数十微秒内，绝缘空腔内部感生脉冲强磁场，电流与感生强磁场相互作用产生1～10GPA级别的洛伦兹力驱动铜基合金罩沿压垮角瞬时冲击，在装置轴向相继互相碰撞，形成超过3～5km/s的超高速聚能射流。