CN104297778A - 超临界co2相变聚能爆破中低频震源及震源采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超临界CO₂相变聚能爆破中低频震源及震源采集方法，壳体内设置有与杜瓦瓶相连接的增压站，增压站与空压机相连接，在空压机的一侧设置有变频器，变频器上安装有真空泵，真空泵与高压阀相连接，高压阀与输液口相连接，在输液口上方活动安装有充气栓，充气栓与爆破筒螺纹连接，爆破筒与泄压栓螺纹连接，在爆破筒内设置有内腔体，内腔体内安装有安全加热器，安全加热器末端的内腔体内活动安装有爆破片，在充气栓上开设有充液口，充液口的一侧设置有加热器连线口，在泄压栓上开设有泄压口；为我国陆地及海洋地质勘探开发提供了行之有效的专用工具。

Description

超临界CO2相变聚能爆破中低频震源及震源采集方法

技术领域

本发明涉及陆地及海洋地质勘探领域，具体涉及一种超临界CO₂相变聚能爆破中低频震源及震源采集方法。

背景技术

    地球内部岩层破裂引起振动的地方称为震源。它是有一定大小的区域，又称震源区或震源体，是地震能量积聚和释放的地方。人为因素引起的地震的震源称人工震源，如人工爆破，炸药爆破，核弹试验等。天然地震震源和人工爆破震源的性质有很大区别。一般而言，天然地震主要发生在断层上，以剪切错动为止；而人工爆破震源却是以一点为中心向周围膨胀的过程。采用地震波形资料进行地震矩张量反演，人们可以大致地区分这两种震源的特性。在地质勘探领域，人们制造人工震源来测绘地质面内部的分层结构图，对地下地质特征进行绘制，掌握地下地质特征，为地质勘探提供有力的技术参考。

目前，全球地质物理勘探震源采集均采用两种方法：其一，传统炸药爆轰产生高频振荡波源。其二，利用气枪作动力产生低频波源。传统的震源采集方法均具有局限性。高频波源在获取过程中存在诸多安全隐患，同时对周边环境及生态造成的危害较大，并且波源方向无法控制。而低频震源信号较弱，传播速度迟缓，衰减严重，实际有效半径有限，效果欠佳。

因此，提供一种安全系数高，无有害物质产生，对环境及生态构不成危害，波源方向可控，信号传播距离远，波幅完整并且距离较远，特别在海洋勘探领域效果突出，解决中低频震源匮乏和技术瓶颈问题的超临界CO₂相变聚能爆破中低频震源及震源采集方法，具有广泛的市场前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种安全系数高、无有害物质产生、节能环保、对环境及生态构不成危害、波源方向可控、信号传播速距离远、波幅完整并且距离较远、特别在海洋勘探领域效果突出、解决中低频震源匮乏和技术瓶颈问题的超临界CO2相变聚能爆破中低频震源及震源采集方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种超临界CO₂相变聚能爆破中低频震源，包括设置在壳体外侧的杜瓦瓶，所述的壳体内设置有与杜瓦瓶相连接的增压站，增压站与空压机相连接，在空压机的一侧设置有变频器，变频器上安装有真空泵，真空泵与高压阀相连接，高压阀与输液口相连接，在输液口上方活动安装有充气栓，充气栓与爆破筒螺纹连接，爆破筒与泄压栓螺纹连接，在爆破筒内设置有内腔体，内腔体内安装有安全加热器，安全加热器末端的内腔体内活动安装有爆破片，在充气栓上开设有充液口，充液口的一侧设置有加热器连线口，在泄压栓上开设有泄压口；所述的增压站的一侧固定安装有外接电源线插口，外接电源线插口通过导线与控制器相连接，控制器上设置有空压机微调旋钮，空压机微调旋钮的一侧设置有变频器启动键、增压站启动键、电源开关、停止开关和真空泵开关。

所述的输液口上方固定安装有充气栓支架，充气栓支架上设置有充气栓固定旋钮螺栓，在壳体的上方固定安装有与充气栓支架相对应的泄压栓支架。

所述的空压机微调旋钮的一侧设置有空压机压力表、液态二氧化碳流量表和抽真空负压表，空压机压力表与空压机相连接，液态二氧化碳流量表与增压站相连接，抽真空负压表与真空泵相连接。

所述的爆破筒为圆柱形结构，在爆破筒内设置有内腔体，内腔体的形状为两端开口细、中间粗的圆柱形腔体结构，所述的爆破片外侧的内腔体内安装有爆破片垫片。

 一种利用上述超临界CO₂相变聚能爆破中低频震源采集震源的方法，其震源采集方法如下：首先将杜瓦瓶中的液态二氧化碳充装至增压站，开启空压机驱动增压站工作，并通过真空泵将液态二氧化碳通过高压阀输送至输液口，通过输液口向充液口输送，将液态二氧化碳通过充液口输送至爆破筒内，然后将爆破筒运送至施工现场，并将爆破筒安装在工作面上，然后启动安全加热器，将液态二氧化碳瞬间还原为气态，形成膨胀压力，集聚的压力在内腔体内迅速向爆破片方向移动，当达到爆破片的设定值后，集聚的压力瞬间击穿爆破片，强大的膨胀气流通过泄压栓上开设的泄压口喷涌而出，产生震荡波，释放270 MPa/c㎡-350 MPa/c㎡的工作压力，震荡波随介质运动迅速传播至设置在不同位置的高灵敏震源接收装置，通过接收装置储存数据，实现震源的采集。

本发明具有如下的积极效果：首先，本发明全部过程为物理做功而非化学裂变，二氧化碳气体十分稳定，又具备阻燃功能，不易于周围的液体、气体相融合，不受高温、高湿、高寒环境的影响，起爆过程无明火、无电弧、无振荡短波产生，并且无有害物质产生，警戒距离短，无粉尘污染，爆破筒可以反复使用3000次以上，既能够并联，也可以串联作业，威力及方向能够自由调节，安全系数高，使用过程及运输过程中，遇到振动、撞击、摩擦或火源均不会自行启动，实用性强，陈本低，充装、运输、存储、安装安全可靠，工作和运行效率高，操作简单，安全可靠；其次，本发明二氧化碳相变超高压震源填补了世界空白，安全型超越传统震源，波源方向可控，信号传播距离远，波幅完整并且距离较远，断层信息精确，为我国陆地及海洋地质勘探开发提供了行之有效的专用工具，随着该项震源的推广应用，必将为页岩气、煤层气及石油天然气好海洋资源勘探发挥积极有效、无可替代的独特作用。

附图说明

图1为本发明壳体结构示意图。

图2为本发明爆破筒结构示意图。

图3为本发明爆破筒内部结构示意图。

具体实施方式

    如图1、2、3所示，一种超临界CO₂相变聚能爆破中低频震源，包括设置在壳体1外侧的杜瓦瓶，所述的壳体1内设置有与杜瓦瓶相连接的增压站6，增压站6与空压机8相连接，在空压机8的一侧设置有变频器5，变频器5上安装有真空泵7，真空泵7与高压阀9相连接，高压阀9与输液口11相连接，在输液口11上方活动安装有充气栓25，充气栓25与爆破筒26螺纹连接，爆破筒26与泄压栓27螺纹连接，在爆破筒26内设置有内腔体31，内腔体31内安装有安全加热器32，安全加热器32末端的内腔体31内活动安装有爆破片33，在充气栓25上开设有充液口28，充液口28的一侧设置有加热器连线口29，在泄压栓27上开设有泄压口30；所述的增压站6的一侧固定安装有外接电源线插口2，外接电源线插口2通过导线与控制器3相连接，控制器3上设置有空压机微调旋钮17，空压机微调旋钮17的一侧设置有变频器启动键19、增压站启动键20、电源开关21、停止开关22和真空泵开关23。

所述的输液口11上方固定安装有充气栓支架10，充气栓支架10上设置有充气栓固定旋钮螺栓12，在壳体1的上方固定安装有与充气栓支架10相对应的泄压栓支架24。所述的空压机微调旋钮17的一侧设置有空压机压力表15、液态二氧化碳流量表14和抽真空负压表13，空压机压力表15与空压机8相连接，液态二氧化碳流量表14与增压站6相连接，抽真空负压表13与真空泵7相连接。所述的爆破筒26为圆柱形结构，在爆破筒26内设置有内腔体31，内腔体31的形状为两端开口细、中间粗的圆柱形腔体结构，所述的爆破片33外侧的内腔体31内安装有爆破片垫片34。

    一种利用上述超临界CO₂相变聚能爆破中低频震源采集震源的方法，其震源采集方法如下：首先将杜瓦瓶中的液态二氧化碳充装至增压站6，开启空压机8驱动增压站6工作，并通过真空泵7将液态二氧化碳通过高压阀9输送至输液口11，通过输液口11向充液口28输送，将液态二氧化碳通过充液口28输送至爆破筒26内，然后将爆破筒26运送至施工现场，并将爆破筒26安装在工作面上，然后启动安全加热器32，将液态二氧化碳瞬间还原为气态，形成膨胀压力，集聚的压力在内腔体31内迅速向爆破片33方向移动，当达到爆破片33的设定值后，集聚的压力瞬间击穿爆破片33，强大的膨胀气流通过泄压栓27上开设的泄压口30喷涌而出，产生震荡波，释放270 MPa/c㎡-350 MPa/c㎡的工作压力，震荡波随介质运动迅速传播至设置在不同位置的高灵敏震源接收装置，通过接收装置储存数据，实现震源的采集。

    本发明在使用时，首先检测二氧化碳浓度，然后使用专业管道连接至增压站6，把爆破筒26的两端的充气栓25泄压栓27与爆破筒26连接后锁止在充气栓支架10和泄压栓支架24上，并在内腔体31内置入安全加热器32、爆破片33和爆破片垫片34。启动电源开关21，并开启真空泵开关23，启动真空泵7与高压阀9，通过输液口11和充液口28开始向爆破筒26压缩液态二氧化碳，当达到饱和状态时自动停机。此时卸下爆破筒26并携带至现场。并将安全加热器32的电源线连接后检查线路。然后将爆破筒26置入地下，通过外置的发爆器启动安全加热器32，安全加热器32收到强电流冲击时，内部的物质产生热能，把液态二氧化碳在4毫秒内气化，瞬间集聚压力达到充填量的600倍，将爆破片33击穿，释放工作压力达到270 MPa/c㎡-350 MPa/c㎡，震荡波由此产生，并迅速按照设定方向辐射，深度可达到数千米，反射波由自动接收装置记录并存储。

本发明二氧化碳相变超高压震源系统与震源采集方法有效结合，利用二氧化碳相变超高压震源系统产生反射波，并采用震源采集方法采集震源数据，有效的在陆地及海洋地质勘探领域发挥其积极作用，高效快捷，为震源采集提供了新的技术支持。

Claims (5)

1.一种超临界CO₂相变聚能爆破中低频震源，包括设置在壳体（1）外侧的杜瓦瓶，其特征在于：所述的壳体（1）内设置有与杜瓦瓶相连接的增压站（6），增压站（6）与空压机（8）相连接，在空压机（8）的一侧设置有变频器（5），变频器（5）上安装有真空泵（7），真空泵（7）与高压阀（9）相连接，高压阀（9）与输液口（11）相连接，在输液口（11）上方活动安装有充气栓（25），充气栓（25）与爆破筒（26）螺纹连接，爆破筒（26）与泄压栓（27）螺纹连接，在爆破筒（26）内设置有内腔体（31），内腔体（31）内安装有安全加热器（32），安全加热器（32）末端的内腔体（31）内活动安装有爆破片（33），在充气栓（25）上开设有充液口（28），充液口（28）的一侧设置有加热器连线口（29），在泄压栓（27）上开设有泄压口（30）；所述的增压站（6）的一侧固定安装有外接电源线插口（2），外接电源线插口（2）通过导线与控制器（3）相连接，控制器（3）上设置有空压机微调旋钮（17），空压机微调旋钮（17）的一侧设置有变频器启动键（19）、增压站启动键（20）、电源开关（21）、停止开关（22）和真空泵开关（23）。

2.根据权利要求1所述的超临界CO₂相变聚能爆破中低频震源，其特征在于：所述的输液口（11）上方固定安装有充气栓支架（10），充气栓支架（10）上设置有充气栓固定旋钮螺栓（12），在壳体（1）的上方固定安装有与充气栓支架（10）相对应的泄压栓支架（24）。

3.根据权利要求1所述的超临界CO₂相变聚能爆破中低频震源，其特征在于：所述的空压机微调旋钮（17）的一侧设置有空压机压力表（15）、液态二氧化碳流量表（14）和抽真空负压表（13），空压机压力表（15）与空压机（8）相连接，液态二氧化碳流量表（14）与增压站（6）相连接，抽真空负压表（13）与真空泵（7）相连接。

4.根据权利要求1所述的超临界CO₂相变聚能爆破中低频震源，其特征在于：所述的爆破筒（26）为圆柱形结构，在爆破筒（26）内设置有内腔体（31），内腔体（31）的形状为两端开口细、中间粗的圆柱形腔体结构，所述的爆破片（33）外侧的内腔体（31）内安装有爆破片垫片（34）。

5.一种利用权力要求1所述的超临界CO₂相变聚能爆破中低频震源采集震源的方法，其特征在于：其震源采集方法如下：首先将杜瓦瓶中的液态二氧化碳充装至增压站（6），开启空压机（8）驱动增压站（6）工作，并通过真空泵（7）将液态二氧化碳通过高压阀（9）输送至输液口（11），通过输液口（11）向充液口（28）输送，将液态二氧化碳通过充液口（28）输送至爆破筒（26）内，然后将爆破筒（26）运送至施工现场，并将爆破筒（26）安装在工作面上，然后启动安全加热器（32），将液态二氧化碳瞬间还原为气态，形成膨胀压力，集聚的压力在内腔体（31）内迅速向爆破片（33）方向移动，当达到爆破片（33）的设定值后，集聚的压力瞬间击穿爆破片（33），强大的膨胀气流通过泄压栓（27）上开设的泄压口（30）喷涌而出，产生震荡波，释放270 MPa/c㎡-350 MPa/c㎡的工作压力，震荡波随介质运动迅速传播至设置在不同位置的高灵敏震源接收装置，通过接收装置储存数据，实现震源的采集。