[发明专利]二氧化碳基纳米聚能混相泡沫乳化液及其制备装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及新动力能源技术，尤其涉及一种二氧化碳基纳米聚能混相泡沫乳化液及其制备装置和方法；混相泡沫乳化液作为源动力基液，可应用于矿山、隧道、地下岩体工程开挖、爆破岩、人工可控震源等领域，作为压裂液或传热媒介也可应用于地层资源开发有关压裂增渗、驱替、高温裂解和传质转热等领域。

背景技术

纳米流体是1995年美国Argonne国家实验室的choi等首次提出的概念，即以一定的方式和比例在液体中添加纳米颗粒，形成均匀、稳定的悬浮液。因纳米流体的优异特性使其在能源、化工和微电子等许多领域具有潜在的应用前景，成为新型材料、传热介质和储能工质等多个领域的研究热点。

水基泡沫液以水作分散介质，气体作分散相，表面活性剂作起泡配成的压裂液。水可用淡水、盐水和稠化水；气可用二氧化碳、氮气和天然气；起泡剂可用烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基硫酸盐和JP型非离子表面活性剂。泡沫压裂液的特点是低私度（但悬粘能力强）、低摩阻、低滤失量和低含水量，压裂后易于返排，对地层污资少。

发明内容

为解决当前水力压裂液动能不足，而常规炸药高能气体爆破压裂污染环境、危险度高等问题，本发明的目的就在于克服现有技术存在缺点和不足，提供一种二氧化碳基纳米聚能混相泡沫乳化液及其制备装置和方法。

二氧化碳基纳米聚能混相泡沫乳化液在外界点火作用下会产生爆燃，形成高温高压环境，能够应用在矿石、隧道、地下岩体工程爆破和人工可控震源等领域，提供了一种新的动力能源，也可为深部地层压裂、驱替、高温裂解和传热传质工艺提供良好工介。

本发明的目的是这样实现的：

和水基泡沫液不同的是，本发明以二氧化碳为基液，采用先进的纳米科技制备纳米聚能流体，将二氧化碳基液和纳米聚能流体采用静态混合器技术制备分散性能和稳定性良好的二氧化碳基纳米聚能混相泡沫乳化液。制备的二氧化碳基纳米聚能混相泡沫乳化液是一种高能流体，在外界点火等刺激下会产生爆燃，形成高温高压环境，能够应用在矿石、隧道、地下岩体工程爆破、人工可控震源和地层压裂等领域，作为动力能源。

具体地说：

一、二氧化碳基纳米聚能混相泡沫乳化液（简称混相泡沫乳化液）

组分按质量比：

纳米聚能流体：1；

高压二氧化碳：3-4；

注入静态混合器制备而成；

所述的纳米聚能流体由纳米镁粒子、纳米铝粒子、纳米过氧化钠粒子等纳米级聚能粒子以及分散剂、表面活性剂、二氧化碳增稠剂按照质量比3：2：1：0.01：0.01：0.05调制而成；

所述的高压二氧化碳是液态或超临界态二氧化碳基液。

二、混相泡沫乳化液制备装置（简称装置）

本装置包括纳米聚能流体、高压二氧化碳、A增压计量泵、B增压计量泵、第1阀门、第2阀门、第3阀门、活塞、高压二氧化碳存储器、纳米聚能流体存储器、第4阀门、第1电磁阀、第2电磁阀、第3电磁阀、静态混合器、单向阀和高压混相泡沫乳化液存储器；

其位置和连接关系是：

纳米聚能流体、A增压计量泵、第1阀门、第4阀门和纳米聚能流体存储器依次连通；

高压二氧化碳、B增压计量泵、第2阀门、第3阀门和高压二氧化碳存储器依次连通；

在高压二氧化碳存储器内设置有纳米聚能流体存储器，在纳米聚能流体存储器的内部设置有活塞；纳米聚能流体存储器的出口与第2电磁阀连通；在纳米聚能流体存储器的边缘处设置有2个高压二氧化碳存储器的出口，并分别与第1电磁阀和第3电磁阀连通；第1电磁阀、第2电磁阀和第3电磁阀的另一端都与静态混合器通；静态混合器、单向阀和高压混相泡沫乳化液存储器依次连通。

三、混相泡沫乳化液的制备方法（简称方法）

本方法包括下列步骤：

①纳米聚能流体的制备

选取纳米镁粒子、纳米铝粒子、纳米过氧化钠粒子等高能纳米级聚能粒子中的一种或几种装入容器，再按照比例添加分散剂、表面活性剂、二氧化碳增稠剂，经过超声波震荡或机械搅拌形成纳米聚能流体；

②原料装罐

将已制备好的纳米聚能流体和高压二氧化碳分别注入相应的罐体；

③加压注入储存器

将纳米聚能流体和高压二氧化碳经增压计量泵增压分别注入纳米聚能流体存储器和高压二氧化碳存储器；

④原料混合

开启第1、2、3电磁阀使得高压状态的二氧化碳和纳米聚能流体流入静态混合器15，从而产生二氧化碳基纳米聚能混相泡沫乳化液，再经单向阀门16进入聚能混相泡沫乳化液存储器。