本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生沖擊波的方法，具體涉及一種井下由高壓脈沖放電等離子體驅(qū)動(dòng)含能材料釋放能量產(chǎn)生沖擊波的方法。

背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，在水中產(chǎn)生沖擊波的方式有化學(xué)能釋放和機(jī)械能利用兩種。以化學(xué)爆炸，爆燃產(chǎn)生沖擊波的方式中，為了降低起爆能量，無(wú)論是采取雷電管還是火雷管，需要提高炸藥和火藥的敏感性，但同時(shí)增大了炸藥，火藥的危險(xiǎn)，給生產(chǎn)安全和社會(huì)穩(wěn)定帶來(lái)了很大的危害，所以各種高含能的炸藥，火藥受到嚴(yán)格的管制。以高分子有機(jī)化合物為主的各種炸藥，火藥同時(shí)還是有毒物質(zhì)，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。在地質(zhì)勘探中，所謂人工震源實(shí)際是以機(jī)械能在地面產(chǎn)生沖擊波，通過(guò)地表的曼波層耦合到關(guān)心的地層，效率低下，分辨率差。在油氣類(lèi)化石能源的開(kāi)采中，改造儲(chǔ)層的各種技術(shù)措施均是以靜力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)的。基于靜力學(xué)原理儲(chǔ)層改造技術(shù)需要大量的能量和傳遞能量的介質(zhì)，并且只能產(chǎn)生特定方向上的改造效果，如水力壓裂。國(guó)內(nèi)一口頁(yè)巖氣井的壓力規(guī)模是萬(wàn)方水，千方砂以上，導(dǎo)致即使無(wú)償采用美國(guó)的開(kāi)發(fā)技術(shù)，也難以實(shí)現(xiàn)中國(guó)頁(yè)巖氣的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)。受地應(yīng)力的限制，在各種基于靜力學(xué)原理的儲(chǔ)層改造技術(shù)條件下，國(guó)內(nèi)石油開(kāi)發(fā)的采收率僅僅30%，大量能源還未采出。在水下產(chǎn)生沖擊波，除了以化學(xué)爆炸，爆炸方法外，還有以液電效應(yīng)產(chǎn)生的沖擊波的方式。液電效應(yīng)以在水中進(jìn)行高壓放電，僅僅15%左右；改良型的液電效應(yīng)采用在放電間隙預(yù)置一根金屬絲，以強(qiáng)大的短路放電電流迅速加熱，氣化，電離，爆炸產(chǎn)生等離子體通道轉(zhuǎn)換電磁能量為沖擊波能量，可以大幅度提高沖擊波的能量轉(zhuǎn)換效率到70%。無(wú)論是以高電壓擊穿水還是以大電流爆炸金屬絲闡述沖擊波，都受到電脈沖裝置的儲(chǔ)能限制。世界上，美國(guó)的電儲(chǔ)能技術(shù)最好，儲(chǔ)能密度達(dá)到2MJ/M，但嚴(yán)格禁止向外國(guó)出售，而國(guó)內(nèi)的儲(chǔ)能技術(shù)約在0.2MJ/cm水平。受儲(chǔ)能密度的限制，以液電效應(yīng)闡述的沖擊波應(yīng)用領(lǐng)域受到限制?；瘜W(xué)能的儲(chǔ)能密度遠(yuǎn)高于電能的儲(chǔ)能密度，1克TNT炸藥的含能量為4.8KJ，密度約為1.6G/CM，多種含能混合物的含能密度與TNT在一個(gè)數(shù)量級(jí)上。含能混合物釋放能量需要前提條件，即引爆。一般采用瞬間的高溫，高壓引發(fā)含能混合物釋放能量。電熱復(fù)合電脈沖技術(shù)就是將電脈沖技術(shù)與含能混合物的引爆技術(shù)相復(fù)合，綜合利用脈沖電磁能量與含能混合物的化學(xué)能的瞬間釋放獲得沖擊波。由于采用了高功率脈沖技術(shù)，可以降低各種含能混合物的敏感性，提高生產(chǎn)中的安全性，并可實(shí)現(xiàn)多次對(duì)含能混合物更為精確的可控應(yīng)用，例如：在油氣井中控制沖擊波既不傷害套管，又能通過(guò)多次作用實(shí)現(xiàn)一次不可控爆炸所帶來(lái)的危害。在地質(zhì)勘探中，爆炸震源還是最好的震源，所獲得信號(hào)分辨率最好，但是化學(xué)炸藥不安全，引爆方式的安全性極差，爆炸產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的危害都導(dǎo)致爆炸震源受到限制，甚至禁用。以靜力學(xué)原理對(duì)油氣儲(chǔ)層進(jìn)行改造的成本較大，在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中甚至成為經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的最大障礙，單次爆炸，爆燃的有效和對(duì)井筒的損傷導(dǎo)致共存，雖然有效，但對(duì)井筒造成了極大的傷害。包括炸藥在內(nèi)的各種含能混合物瞬間釋放能量的前提是高溫和高沖擊波，能以更為嚴(yán)格的技術(shù)手段為含能混合物提供高溫和高沖擊，則可降低含能混合物的敏感度，提高安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種井下由高壓脈沖放電等離子體驅(qū)動(dòng)含能材料釋放能量產(chǎn)生沖擊波的方法，以高功率脈沖放電產(chǎn)生的等離子體觸發(fā)夾裝在裝置高壓電極中地電極之間的一個(gè)由中心金屬絲符合含能材料制成的圓柱體（簡(jiǎn)稱(chēng)含能電極）快速反應(yīng)，在50微秒內(nèi)瞬間釋放能量并產(chǎn)生產(chǎn)大量氣體。產(chǎn)生高能沖擊波，和由于氣泡壓縮膨脹產(chǎn)生的激蕩復(fù)合作用于地層，從而達(dá)到井下解堵、除垢、形成裂隙，改善滲流條件，提高滲透率，溝通微通道的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種井下由高壓脈沖放電等離子體驅(qū)動(dòng)含能材料釋放能量產(chǎn)生沖擊波的方法，其特征在于，包括以下步驟：1)根據(jù)需要的沖擊波參數(shù)，選擇含能材料的材質(zhì)、配方，和幾何形狀、尺寸；2)不同的含能材料引燃需要熱或者沖擊波，根據(jù)引燃需求不同，選擇不同材質(zhì)、尺寸的金屬絲；3)根據(jù)不同材質(zhì)和尺寸的金屬絲配置不同的容量和峰值功率的高功率脈沖電源；4)以金屬絲為軸線，將含能材料包敷在金屬絲的周?chē)伟魻?，并將含能材料與金屬絲組成的復(fù)合體送至上下電極之間；5)隔離脈沖電容器與金屬絲的聯(lián)系，高壓直流電源為脈沖電容器充電；6)當(dāng)同軸型儲(chǔ)能脈沖電容器電結(jié)束后，觸發(fā)器指令隔離切換開(kāi)關(guān)與爆炸絲連接；7)脈沖電容器通過(guò)金屬絲放電，金屬絲發(fā)生電爆炸；8)金屬絲電爆炸產(chǎn)生的熱能、光能或沖擊波能量或單獨(dú)、或共同作用引燃含能混合物產(chǎn)生沖擊波。所述的本方法在有限的區(qū)域內(nèi)將電能迅速轉(zhuǎn)換為熱能、光能和沖擊波形式的機(jī)械能，以爆炸絲產(chǎn)生的熱能或沖擊波能量引燃包括炸藥在內(nèi)的各種含能混合物。所述的含能混合物裹覆到金屬絲上，將金屬絲直接串接到脈沖電容器的放電回路中，當(dāng)金屬絲爆炸時(shí)，所產(chǎn)生的熱能、光能和沖擊波能量幾乎直接作用到含能混合物上，引燃含能混合物。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用高功率脈沖驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)含能混合物產(chǎn)生沖擊波，使得僅僅以高功率脈沖電源通過(guò)擊穿水的液電效應(yīng)或者水中電爆炸產(chǎn)生沖擊波的能量發(fā)生巨大的變換，僅以高功率脈沖驅(qū)動(dòng)源產(chǎn)生沖擊波的能量受驅(qū)動(dòng)源本身儲(chǔ)能的限制，高功率脈沖驅(qū)動(dòng)源只起到點(diǎn)火的作用，用于產(chǎn)生沖擊波的化學(xué)能比驅(qū)動(dòng)源本身的儲(chǔ)能量高出幾十倍，。如應(yīng)用于在油氣井下處理儲(chǔ)層的電脈沖裝置儲(chǔ)能僅為4.5kJ，而一克含能混合物的含能都在數(shù)kJ，采用一克TNT時(shí)，就達(dá)到了整個(gè)裝置的儲(chǔ)能量。將高功率脈沖技術(shù)與含能混合物的引爆技術(shù)相復(fù)合，提高了含能混合物的安全性和可控性以及環(huán)保性。為地質(zhì)勘探提供安全，環(huán)保性震源彈，為油氣儲(chǔ)層改造提供一種安全，環(huán)保的脈沖改造技術(shù)，為特種環(huán)境中的有限爆破提供一種安全，可控，環(huán)保的爆破彈等。附圖說(shuō)明圖1為本方法應(yīng)用于油氣井中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本方法基于電熱復(fù)合電脈沖技術(shù)的環(huán)保型震源裝置示意圖。圖3為實(shí)施例3實(shí)驗(yàn)裝置圖。圖4為實(shí)施例4實(shí)驗(yàn)裝置圖。圖5為實(shí)施例3沖擊波形曲線圖。圖6為實(shí)施例4沖擊波形曲線圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步敘述。實(shí)施例1如圖1所示，一種井下由高壓脈沖放電等離子體驅(qū)動(dòng)含能材料釋放能量產(chǎn)生沖擊波的方法，是應(yīng)用于油氣井中的電熱復(fù)合電脈沖裝置，高壓直流電源2與同軸型儲(chǔ)能脈沖電容器4、隔離切換開(kāi)關(guān)5以及復(fù)合在金屬絲6上的含能混合物7集成一個(gè)同軸型整體，內(nèi)導(dǎo)體是高壓電極，外殼為地電極。由下井電纜2與地面電源控制柜1相連接，并放置到井下儲(chǔ)層位置。實(shí)施方式是：工作人員在地面啟動(dòng)電源控制柜1，通過(guò)下井電纜2為高壓直流電源3供電，高壓直流電源3為儲(chǔ)能脈沖電容器4充電。隔離控制開(kāi)關(guān)5一端與脈沖電容器的高壓端相接，一段與金屬絲的一端相接。充電期間，隔離切換開(kāi)關(guān)切斷脈沖電容器與金屬絲及含能混合物的電接觸。金屬絲6的另一端與裝置底部的外殼相接。當(dāng)脈沖電容器4充電結(jié)束后，隔離切換開(kāi)關(guān)5迅速將脈沖電容器4的高壓端切換到金屬絲的一端，使得脈沖電容器的高壓端直接通過(guò)金屬絲對(duì)地短路。強(qiáng)大的短路放電電流迅速以焦耳加熱的方式加熱金屬絲，使其升溫、融化、汽化、電離，將脈沖電容器中儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)換為熱能、光能和沖擊波。金屬絲轉(zhuǎn)換的各種能量幾乎全部作用到裹覆在其周?chē)暮芑旌衔锷?，引燃含能混合物快速釋放能量傳輸?qiáng)大沖擊波。實(shí)施例2如圖2所示，一種井下由高壓脈沖放電等離子體驅(qū)動(dòng)含能材料釋放能量產(chǎn)生沖擊波的方法，是基于電熱復(fù)合電脈沖技術(shù)的環(huán)保型震源裝置，裝置由控制柜1、高壓直流電源2、脈沖電容器3、隔離切換開(kāi)關(guān)4、觸發(fā)器5、高壓同軸電纜6、金屬絲7和含能混合物8組成。實(shí)施方式是；控制柜1為高壓直流電源2提供初級(jí)電源，高壓直流電源為脈沖電容器充電。脈沖電容器的高壓端與高壓直流電源的輸出端以及隔離切換開(kāi)關(guān)的一端連接。充電期間，隔離切換開(kāi)關(guān)4斷開(kāi)脈沖電容3與輸出高壓同軸電纜6間的連接。高壓同軸電纜6連接隔離切換開(kāi)關(guān)（4）的一端與金屬絲7，金屬絲7一段與高壓同軸電纜6相接，一端直接接地。當(dāng)脈沖電容器3充電結(jié)束后，觸發(fā)器6指令隔離切換開(kāi)關(guān)（4）導(dǎo)通，脈沖電容器3通過(guò)高壓直流電纜6以及金屬絲7對(duì)地短路放電。實(shí)施例3電爆震和含能電極發(fā)生器沖擊波能量對(duì)比實(shí)驗(yàn)電爆震實(shí)驗(yàn)裝置；電爆震實(shí)驗(yàn)裝置由以下環(huán)節(jié)組成（如圖3所示），1水池，2電爆震空氣氣隙，3電爆震，4高壓連線，5高壓電源，6傳感器，7傳感器屏蔽線，8信號(hào)變換器，9示波器。電爆震實(shí)驗(yàn)方法；電爆震3放在水箱1的中間，將傳感器6放在和電爆震氣隙2水平高度一致、距電爆震氣隙2有一定距離的地方，電爆震3通過(guò)高壓導(dǎo)線4連接到高壓電源5上，當(dāng)高壓電源5給電爆震3供電工作時(shí)，電爆震氣隙2產(chǎn)生沖擊波，傳感器6拾取爆炸的沖擊波信號(hào)，經(jīng)過(guò)傳感器屏蔽線7，將沖擊波信號(hào)送到信號(hào)變換器8里，經(jīng)過(guò)信號(hào)變換器8處理后的信號(hào)傳送給示波器9，在示波器9里觀察波形并記錄波形，最后分析波形的狀態(tài)。圖（5）是電爆震產(chǎn)生的波形圖實(shí)施例4含能電極沖擊波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)裝置；含能電極沖擊波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)裝置由以下環(huán)節(jié)組成（如圖4所示），1水池，2含能電極，3含能電極沖擊波發(fā)生器，4高壓連線，5高壓電源，6傳感器，7傳感器屏蔽線，8信號(hào)變換器，9示波器。含能電極沖擊波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)方法；含能電極沖擊波發(fā)生器3放在水箱1的中間，將傳感器6放在和含能電極2水平高度一致、距含能電極2有一定距離的地方，電爆震3通過(guò)高壓導(dǎo)線4連接到高壓電源5上，當(dāng)高壓電源5給含能電極沖擊波發(fā)生器3供電工作時(shí)，含能電極2產(chǎn)生爆炸沖擊波，傳感器6拾取爆炸的沖擊波信號(hào)，經(jīng)過(guò)傳感器屏蔽線7，將沖擊波信號(hào)送到信號(hào)變換器8里，經(jīng)過(guò)信號(hào)變換器8處理后的信號(hào)傳送給示波器9，在示波器9里觀察波形并記錄波形，最后分析波形的狀態(tài)。圖（6）是含能電極沖擊波發(fā)生器的含能電極爆炸產(chǎn)生的波形圖.兩個(gè)實(shí)驗(yàn)圖形比較我們可以發(fā)現(xiàn)，在爆炸的起始和終了產(chǎn)生的脈沖波波形圖中，脈沖高度和后期的脈寬、振幅、振幅時(shí)間長(zhǎng)度，含能電極都要比電爆震氣隙產(chǎn)生的沖擊波圖形中的脈寬、振幅、振幅時(shí)間長(zhǎng)度都要大。這就說(shuō)明含能電極要比電爆震氣隙產(chǎn)生的能量大，并且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。所以在工作中產(chǎn)生的效果好。