[发明专利]一种高围压条件下高温射流破岩的实验方法和装置

说明书

本发明提供了一种高围压条件下高温射流破岩的实验方法和装置。该实验装置包括：注入设备、高温流体反应生成设备、高围压模拟喷射设备；注入设备包括：液体燃料储罐、高压含氧气体储罐和冷却水储罐；高温流体反应生成设备包括高温加热反应釜；液体燃料储罐、高压含氧气体储罐和冷却水储罐均与高温流体反应生成设备连通；高围压模拟喷射设备包括高围压模拟喷射釜。本发明还提供了通过上述实验装置完成的高围压条件下高温射流破岩的实验方法。本发明的实验方法和装置可以模拟在井底高围压条件下进行高温射流破岩。

技术领域

本发明涉及一种可以模拟在井底高围压条件下进行高温射流破岩的实验装置和方法，属于能源开采技术领域。

背景技术

当前，全球经济不断发展，对能源的需求也在进一步增大，随着开发的进行，常规油气储量不断下降，且开采难度不断增大。2018年，我国常规石油产量为1.89×10⁸t，原油对外依存度达到69.8％。因此，寻找常规油气能源的替代品成为了一种需要。地热能作为一种储量丰富的新型清洁能源，可用于发电和供暖等。我国地热资源丰富，目前我国中浅层地热资源直接开发利用效率具世界前列，但是中深层高温地热资源还亟需探索开发。而深部地热储层主要为坚硬的花岗岩，具有较高的硬度，难以破碎。因此，亟需开发一种适合深部地热储层的高效钻井新技术，以实现深部地热资源的快速发展。

高温射流是一种适用于深部坚硬岩石的破岩方法。该方法通过高速高温的流体冲击岩石表面，会在岩石表面产生局部非均匀热应力，诱发岩石的热裂解。同时，在射流冲击力的作用下，会进一步促进岩石内部裂纹的扩展，同时有利于将热裂解形成的岩屑剥离岩石表面，露出新的露头。高温射流是一种耦合射流冲击力和高温热应力破岩的新方法，并且岩石硬度和脆性越高，受到非均匀热应力时更容易发生热裂解现象，促进岩石的剥落。深部地热储层主要为坚硬的花岗岩，因此该方法有望提高深部地热储层的钻进效率。

高温射流破岩的关键科学问题之一是高温流体对岩石的冲击破坏机理。因为深部地热储层的井深一般较大，井底压力和井底温度也比较高，因理清井底高围压条件下高温射流对岩石的冲击破坏机理，有助于优化高温射流实际钻井过程中的温度、压力等参数，从而提高钻井效率。

因此，开展模拟井底高围压条件下高温射流破岩实验是揭示高温射流中高温流体对岩石冲击破坏机理的重要基础。然而目前还没有可以模拟井底高围压条件下，高温射流对岩石冲击破坏的实验装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可以模拟在井底高围压条件下进行高温射流破岩的实验装置和方法。

为了实现上述技术目的，本发明首先提供了一种高围压条件下高温射流破岩的实验装置，该实验装置包括：注入设备、高温流体反应生成设备、高围压模拟喷射设备；其中，

注入设备包括：液体燃料储罐、高压含氧气体储罐和冷却水储罐；

高温流体反应生成设备包括高温加热反应釜，高温加热反应釜的顶部设置同心双管注入管、第一出液口和第二出液口；其中，同心双管注入管分别与液体燃料罐、高压含氧气体储罐连通，第一出液口与第一冷凝器连通，第二出液口与高围压模拟喷射设备连通，第二出液口与高围压模拟喷射设备的连通管线上包裹陶瓷加热圈；

高围压模拟喷射设备包括高围压模拟喷射釜，高围压模拟喷射釜的入口处设置高温高压喷嘴，高温高压喷嘴的进液口与第二出液口连通，高围压模拟喷射釜的底部设有第三出液口；

液体燃料储罐、高压含氧气体储罐和冷却水储罐均与高温加热反应釜连通；

高温加热反应釜外部设置加热元件。