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原文传递一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验装置及其方法

专利名称：	一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验装置及其方法
摘要：	本发明公开一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验装置，包括：硬岩真三轴加载单元：用于对岩体表面施加预应力；CO2爆燃冲压单元：用于在岩体内激发CO2聚能剂在二氧化碳中的燃烧放热反应，产生瞬态高压气体冲击波；高速摄像量测单元：用于采集CO2爆燃冲压过程中气动荷载耦合作用下预应力岩体的动态应变、瞬态压力参数，及岩体表面形变图像信息；数据传输单元：用于传输动荷载变形与高速摄像量测单元采集的参数。能够模拟深部地层环境，实现一种安全、环保，冲击波可控的动态破岩方法。采集动态应变、瞬态压力参数，及岩体表面形变图像信息，用于开展硬岩气动耦合荷载作用下预应力岩体的动态破碎机制及破裂形态研究。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	河海大学
发明人：	胡少斌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201910499586.3
公开号：	CN110243689A
代理机构：	南京纵横知识产权代理有限公司
代理人：	董建林;董成
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	210000 江苏省南京市鼓楼区西康路1号
主权项：	1.一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验装置，其特征在于，包括：硬岩真三轴加载单元：设于岩体（1-9）外部，用于模拟地下环境，对岩体（1-9）表面施加预应力； CO2爆燃冲压单元：设于岩体（1-9）内，用于在岩体（1-9）内激发CO2聚能剂在二氧化碳中的燃烧放热反应，产生瞬态高压气体冲击波；高速摄像量测单元：设于岩体（1-9）外部，用于采集CO2爆燃冲压过程中气动荷载耦合作用下预应力岩体（1-9）的动态应变、瞬态压力参数，及岩体（1-9）表面形变图像信息；数据传输单元：设于岩体（1-9）外部，用于传输高速摄像量测单元采集的参数及图像信息。 2.根据权利要求1所述的一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验装置，其特征在于，所述硬岩真三轴加载单元包括一对强预应力加载单元和一弱预应力加载单元，一对强预应力加载单元分别设于岩体（1-9）的顶部和底部，弱预应力加载单元设于岩体（1-9）的四周。 3.根据权利要求2所述的一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验装置，其特征在于，所述一对强预应力加载单元包括顶部液压油缸（1-5）和底部液压油缸（1-3），底部液压油缸（1-3）的推杆处设有底部加载块（1-11），底部液压油缸（1-5）的推杆处设有顶部加载板（1-6）。 4.根据权利要求2所述的一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验装置，其特征在于，所述弱预应力加载单元包括高压液压油腔室（1-2）、液压油注入管（1-10）和液压油腔室（1-13），高压液压油腔室（1-2）和液压油腔室（1-13）通过液压油注入管（1-10）连接。 5.根据权利要求4所述的一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验装置，其特征在于，还包括推送液压油缸（1-1）和定向推杆（1-4），推送液压油缸（1-1）连接定向推杆（1-4），定向推杆（1-4）连接岩体（1-9），推送液压油缸（1-1）用于通过定向推杆（1-4）调整岩体（1-9）位置。 6.根据权利要求1所述的一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验装置，其特征在于，所述CO2爆燃冲压单元包括充气口管线（2-1）、点火线（2-2）、致裂管（2-3）、CO2聚能剂（2-4）和加热温控器（2-5），致裂管（2-3）设于岩体（1-9）内，充气口管线（2-1）一端设于岩体（1-9）外部，另一端连接致裂管（2-3），点火线（2-2）、CO2聚能剂（2-4）和加热温控器（2-5）均设于致裂管（2-3）内。 7.根据权利要求4所述的一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验装置，其特征在于，所述高速摄像量测单元包括动态应变片（3-1）、高速摄像标记点（3-2）、声波传感器（3-3）、高压透视窗（3-4）和高速摄像机（3-5），动态应变片（3-1）、高速摄像标记点（3-2）和声波传感器（3-3）均设于岩体（1-9）表面，高压透视窗（3-4）设于高压液压油腔室（1-2）内靠近岩体（1-9）的一侧，高速摄像机（3-5）连接高压透视窗（3-4）。 8.根据权利要求7所述的一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验装置，其特征在于，所述数据传输单元包括：一对高压密封接线端子（1-12）和数据获取系统，高压密封接线端子（1-12）设于高压液压油腔室（1-2）内，一对高压密封接线端子（1-12）的一端分别连接动态应变片（3-1）和声波传感器（3-3），另一端连接数据获取系统。 9.根据权利要求8所述的一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验装置，其特征在于，所述岩体（1-9）表面设有密封胶套（1-8），密封胶套（1-8）用于套装动态应变片（3-1）和声波传感器（3-3）。 10.一种硬岩真三轴CO2爆燃压裂实验方法，其特征在于，包括以下步骤： S1: 岩体实验部件安装，筛选符合实验条件的岩体（1-9），并将动态应变片（3-1）、高速摄像标记点（3-2）、声波传感器（3-3）固定在岩体（1-9）表面,致裂管（2-3）固定在岩体（1-9）内，CO2聚能剂（2-4）、加热温控器（2-5）放置在致裂管（2-3）内； S2：预应力加载，将安装好实验部件的岩体（1-9）通过推送液压油缸（1-1）推送至液压油腔室（1-13），并通过液压油注入管（1-10）注入高压液压油从岩体（1-9）四周施加弱预应力，通过顶部液压油缸（1-5）和底部液压油缸（1-3）压制分别从岩体（1-9）顶部和底部施加强预应力； S3：低温液态CO2注入，低温液态CO2通过充气口管线（2-1）注入致裂管（2-3）内至预置初始压力； S4：电加热棒加热控温，接通加热控温器（2-5），加热10-20分钟，使液态CO2温度至指定初始温度； S5：电火花激发CO2聚能混相流体爆燃，接通点火线（2-2）产生电火花，激发CO2聚能剂（2-4）在二氧化碳中的燃烧放热反应； S6：瞬态压力、应变动态测量及岩体形变图像拍摄，通过动态应变片（3-1）采集CO2爆燃冲压过程中气动荷载耦合作用下预应力岩体的动态应变参数，通过声波传感器（3-3）采集CO2爆燃冲压过程中气动荷载耦合作用下预应力岩体的瞬态压力参数，通过高速摄像机（3-5）透过高压透视窗（3-4）拍摄岩体（1-9）高速摄像标记点（3-2）处形变图像; S7:数据获取，动态应变片（3-1）和声波传感器（3-3）分别连接高压密封接线端子（1-12），高压密封接线端子（1-12）连接数据获取系统，获取动态应变参数和瞬态压力参数； S8：实验完成，更改岩体（1-9）样本，重复实验步骤S1- S7。
所属类别：	发明专利