[发明专利]自动储能高压注液CO2相变脉冲煤岩体致裂方法

权利要求书

1.一种自动储能高压注液CO₂相变脉冲煤岩体致裂方法，所述煤岩体致裂方法是按下列步骤进行的：

（一）供液系统的供液方法：开启真空泵（13）对高压储液控温罐（1）抽真空，后启动液体增压泵（11）和冷却箱（12）向高压储液控温罐（1）注入压缩液态CO₂，压力传感器（17）、温度传感器（20）和采集控制系统自动监测高压储液控温罐（1）的温度和压力，通过液体增压泵（11）和冷却箱（12），保持高压储液控温罐（1）的温度在-5℃~5℃、压力在10MPa~15MPa范围内；

（二）自动储能高压注液系统的自动储能高压注液方法：高压储液控温罐（1）内低温压缩的液态CO₂进入高压注液缸（2）的右腔和相变室（3），油浴（31）加热，相变室（3）内的液态CO₂受热相变压力升高到80MPa时，相变室（3）内的气态CO₂进入储能室（4），储能室（4）内的压力升高到80MPa后停止，完成自动储能；油浴（31）继续加热，相变室（3）的压力继续升高，当压力达到100MPa时，油浴（31）停止加热，高压CO₂气体经由管路进入致裂室（5）或者致裂孔（6）致裂实验试样（33）或者煤岩体层（34）；相变室（3）内CO₂气体的压力降低至15MPa时，储能室（4）内储存的80Mpa高压CO₂气体经由管路进入高压注液缸（2）的左腔，快速推动活塞向右移动，使高压注液缸（2）右腔内的液态CO₂进入相变室（3），驱赶相变室（3）内剩余的CO₂气体进入致裂室（5）或者致裂孔（6），进行二次致裂，同时防止相变室（3）内的剩余气体占据空间影响注液量；高压注液缸（2）内的活塞移动至右端，储能室（4）内压力降低至20MPa时，完成自动注液；释放高压注液缸（2）内气态CO₂，高压储液控温罐（1）内经过加压的液态CO₂再次进入高压注液缸（2）的右腔，使其液体压力达到15MPa；重复上述“注液-油浴加热-相变-储能-致裂”循环，实现连续脉冲高压射流致裂。

2.如权利要求1所述的煤岩体致裂方法，所述相变室（3）的容积是2L～300L，高压注液缸（2）的容积与相变室（3）的容积相等，储能室（4）的容积为相变室（3）容积的1/3，高压储液控温罐（1）的容积为相变室（3）容积的2倍。

3.如权利要求1所述的煤岩体致裂方法，所述真空泵（13）是X型单级旋片真空泵，抽气速率30L/s，极限压力10Pa，功率5kw。

4.如权利要求1所述的煤岩体致裂方法，所述液体增压泵（11）是气动液态CO₂增压泵，最大输出压力22.5Mpa，流量12.4L/min。

5.如权利要求1所述的煤岩体致裂方法，两个截止阀（9、10）是高压平衡式截止阀，最大耐压20MPa。

6.如权利要求1所述的煤岩体致裂方法，六个电磁截止阀（24、25、26、27、28、29）是常闭式耐高压截止阀，最大耐压120MPa。

7.如权利要求1所述的煤岩体致裂方法，所述高压注液缸（2）的液体压力是10MPa～15MPa。

8.如权利要求1所述的煤岩体致裂方法，所述油浴（31）的温度是140℃～160℃。

9.如权利要求1所述的煤岩体致裂方法，所述储能室（4）的气体压力是80MPa。

10.如权利要求1所述的煤岩体致裂方法，所述煤岩体致裂方法采用的装置包括供液系统、自动储能高压注液系统、相变致裂系统以及数据采集与控制系统；其特征在于：

所述供液系统是设置有高压储液控温室（1），其一端设置有安全阀（14）并连通有液体增压泵（11）及其截止阀（9）和液态CO₂源（8）；另一端设置有真空泵（13）及其截止阀（10），并通过电磁截止阀（24）连通有高压注液缸（2）与CO₂相变室（3），在高压储液控温罐（1）的外周设置有冷却箱（12），在高压储液控温罐（1）的内壁面设置有压力传感器（17）和温度传感器（20）；

所述自动储能高压注液系统是设置有高压注液缸（2），其无杆腔一端通过电磁截止阀（25）和（26）连通有CO₂相变室（3）和储能室（4）；有杆腔一端通过电磁截止阀（28）及安全阀（15）连通有储能室（4），并在储能室（4）的内壁面设置有压力传感器（18）和温度传感器（21）；

所述相变致裂系统是设置有CO₂相变室（3），其一端设置有安全阀（16）并通过电磁截止阀（25）和（26）连通有高压注液缸（2）与储能室（4）；另一端通过电磁截止阀（29）连通有致裂室（5）或者致裂孔（6），并在CO₂相变室（3）外周设置有油浴（31），在CO₂相变室（3）的内壁面设置有压力传感器（19）和温度传感器（22）；

所述数据采集与控制系统是设置有控制电脑（7），并连接有三个压力传感器（17、18、19）、三个温度传感器（20、21、22）、六个电磁截止阀（24、25、26、27、28、29）、两个截止阀（9、10）及三个安全阀（14、15、16），实现数据采集与电脑控制。