[发明专利]自动储能高压注液CO2相变脉冲煤岩体致裂方法

说明书

一种自动储能高压注液CO₂相变脉冲煤岩体致裂方法是液态CO₂通过高压储液控温罐注入液态CO₂进入高压注液缸和相变室，相变室内的液态CO₂受热相变压力升高，气态CO₂进入储能室自动储能和煤岩致裂室致裂；相变室内CO₂气体的压力降低时，高压CO₂气体进入高压注液缸腔推动活塞驱赶剩余的CO₂气体，并进入煤岩致裂室进行二次致裂，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。本方法实现了连续脉冲高压射流致裂，延长了致裂作用时间，扩大了致裂作用范围，改善了致裂效果，适用于煤、岩石、混凝土、土壤、冻结物等固体材料快速、高效的致裂。

技术领域

本发明涉及一种CO₂相变固体致裂方法，具体是一种利用液态CO₂作为相变增压介质进行煤岩体致裂的方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展，工程建设的规模和数量不断扩大，在许多工程过程中要涉及固体类材料的致裂问题，如采石场岩石开采的原位定向破裂、构筑物或建筑物的拆除、隧道开掘、矿山开采、采矿工作面或巷道的断顶、高应力区煤岩体松动缷压、管壁清理、高寒地区冻结物的分离，特别是低渗透油气储层的致裂增透等，其中的致裂方法会直接影响工程的进度、效果与安全。目前，致裂固体材料的方法主要有炸药爆破法、水力压裂法、机械冲击法、高压电脉冲法等。实际工程中由于施工条件、工艺、成本、安全及对破裂结果的控制与要求等，致裂方法的选用受到一定的限制，如炸药爆破的强度高（上万MPa），爆速快（约4000m/s）会导致固体材料的局部粉碎，且不宜在易燃易爆的环境中实施；水力化压裂的强度低（5～20MPa）、压裂速度不稳定、压裂产生的裂缝密度小、压裂液漏失严重，压裂液在多孔介质中的水锁与水敏效应影响压裂效果；机械冲击要使用大型机械设备，会大量增加施工成本，且受环境限制；高压电脉冲致裂技术目前还不够完善等。因此，引入一种烈度适中、安全、高效、低廉的致裂技术具有重要的现实意义。

液态CO₂相变气爆致裂方法是一种通过加热使液体相变形成气体增压致裂固体材料的新兴技术，可对煤岩体、混凝土、土壤、冻结体等固体材料实施烈度适中的致裂，近年来在国内得到了快速发展与推广，特别是广泛应用于多种工程领域，尤其是用于低渗透性油气储层的致裂増透。如公开号为CN203083463U公开了一种“二氧化碳开采器”的发明专利，该开采器的开采方法是通过增压泵向组装好的密封爆破管中注入压缩的液态CO₂，通电激活管内化学药卷进行加热，液态CO₂受热迅速气化膨胀使储液管内压力增加，当压力达到一定值时，爆破管的破裂片破裂并通过排气孔释放高压气体，使煤岩体产生裂隙，液态CO₂相变致裂产生的峰值压力远高于水力压裂及水力割缝的峰值压力，又远小于炸药爆破的峰值压力，在致裂过程中既不会对煤岩体造成过度粉碎又容易产生贯通的裂隙。液态CO₂相变致裂过程中无火花，致裂时释放的CO₂气体还具有阻燃、防爆的作用，特别适合在易燃易爆的环境中使用。目前，该技术的相关设备已在我国多处煤矿进行了煤岩増透与落煤试验，取得了较好的效果，但现有技术存在以下缺陷。

一是此方法的峰值压力持续时间短，不能实现连续作用。二氧化碳爆破管的体积一般约1.2L，能够容纳的液态CO₂十分有限，一次致裂过程中持续喷射的时间很短，高压维持的时间更短，仅为几十毫秒，致裂范围小、效果差，致裂效率低。

二是此方法在现场施工过程中容易受到干扰，例如引爆线路容易受煤层中水的干扰导致不能正常导电引爆，爆破后钻孔易坍塌使爆破管回收困难等。

发明内容

本发明的目的是克服现有液态CO₂相变致裂方法的缺陷，提供一种自动储能高压注液CO₂相变脉冲煤岩体致裂方法。

上述本发明的目的是通过以下技术方案实现的。