CN108729915A - 一种二氧化碳深井致裂器及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二氧化碳深井致裂器及其应用方法，包括储液管、设于所述储液管尾部的充能头和活化器，所述储液管外设有钢制材料的保温隔热环，有效防止深井高温环境中的热量加热管体液态二氧化碳而引起自爆；保温隔热环外部为钢制材料且环体本身具有一定的厚度，可有效减缓致裂器下放深井过程中与套管和井壁的碰撞，使二氧化碳致裂器安全完好的到达预定起爆位置；所述充能头外设有可与母头钻杆相连接的螺纹，二氧化碳致裂器可置于钻杆前端，随钻杆下放到达深井预定位置，解决了二氧化碳致裂器深井破岩的运输问题。

Description

一种二氧化碳深井致裂器及其应用方法

技术领域

本发明涉及气体爆破与深井破岩技术领域，尤其涉及一种用于深井破岩的二氧化碳致裂器及其应用方法。

背景技术

由于浅层资源的开发利用逐渐枯竭，向深层寻找资源成为必然趋势。深井开采处于高应力、高温和高井深的特殊环境，随着钻井深度增加和地层压实程度变高，使得岩石的可钻性变差，传统的水力、机械破岩方式破岩峰值压力偏低、作业时间较长、器具磨损严重，不能完全适应深部开采的需求。

二氧化碳爆破是利用二氧化碳气、液两相间转换特性进行爆破致裂岩体。储存在致裂器内的液态二氧化碳在吸收了活化器产生的大量热能后，瞬间气化膨胀并产生高压，作用于岩体，使其产生裂隙。二氧化碳气体运移至裂隙内可形成气楔，其劈裂作用使得裂隙二次发育和扩展。

相关技术中，二氧化碳致裂受限于自身的结构设计，只能适用于浅层岩体开采，无法适用于深层破岩。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种适用于深井破岩的二氧化碳致裂器及其应用方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是，一种二氧化碳深井致裂器，包括储液管、设于所述储液管尾部的充能头和活化器，所述储液管外设有钢制材料的保温隔热环，所述充能头外设有可与母头钻杆相连接的螺纹，所述充能头内设有用于充装液态二氧化碳至储液管的充液口，所述活化器位于所述充液口的填堵活塞上。

优选地，所述充能头内还设有启闭阀门与防爆通道。

优选地，还包括中心控制器，所述中心控制器与远程控制终端连接，所述中心控制器与启闭阀门连接，控制所述启闭阀门的开关。

优选地，还包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器与压力传感器分别监测储液管内部的温度与压力，并将监测的温度与压力信息值传输至所述中心控制器。

优选地，还包括泄能头，所述泄能头与储液管管体连接，并用密封橡胶进行封堵。

优选地，所述泄能头的前端为圆台形，其内设有定压剪切片，所述定压剪切片的两侧设有垫片。

本发明实施例还提供了一种二氧化碳深井致裂器的应用方法，包括以下步骤：

(1)根据深井的应力、深度、温度、岩性及井底构造条件，确定致裂器的二氧化碳充装量、定压剪切片及保温隔热环的厚度；

(2)组装致裂器，关闭启闭阀门，密封橡胶封堵泄能头与储液管管体连接部位，通过充液口充装液态二氧化碳至储液管管体内，达到充装设计量后停止，关闭充液口活塞；

(3)进行致裂器的检漏，通过中心控制器接收的温度传感器、压力传感器、监测的储液管内的温度、压力信息值，确定致裂器是否工作正常；

(4)通过充能头外设的螺纹与母头钻杆连接，向井下运输至预定起爆位置；

(5)激发活化器，产生热量，液态二氧化碳吸收热能瞬间气化膨胀并产生高压，当压力达到一定值，定压剪切片破断，气体膨胀产生的压力作用于岩体；

(6)通过远程终端观测温度传感器、压力传感器数值变化，确定爆破作业已完成，提取二氧化碳致裂器。

与相关技术比较，本发明实施例采用的技术方案带来的有益效果是，本发明实施例的二氧化碳深井致裂器，通过在储液管管体外设置保温隔热环，有效防止深井高温环境中的热量加热管体液态二氧化碳而引起自爆；保温隔热环外部为钢制材料且环体本身具有一定的厚度，可有效减缓致裂器下放深井过程中与套管和井壁的碰撞，使二氧化碳致裂器安全完好的到达预定起爆位置；通过在充能头外设置有可与母头钻杆相连接的螺纹，二氧化碳致裂器可置于钻杆前端，随钻杆下放到达深井预定位置，解决了二氧化碳致裂器深井破岩的运输问题。

附图说明

图1为本发明实施例的致裂器结构示意图；

图2为本发明实施例的致裂器结构侧视图；

图3为本发明实施例的控制原理图；

图4为本发明实施例的致裂器应用方法原理图。

图中标号：1—储液管，2—充能头，3—充液口，4—保温隔热环，5—启闭阀门，6—中心控制器，7—温度传感器，8—压力传感器，9—泄能头，10—垫片，11—定压剪切片，12—防爆通道，13—活化器，14—密封橡胶，15—螺纹。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，一种二氧化碳深井致裂器，包括储液管1、设于所述储液管1尾部的充能头2和活化器13，所述储液管1外设有钢制材料的保温隔热环4，所述充能头2外设有可与母头钻杆相连接的螺纹15，所述充能头2内设有用于充装液态二氧化碳至储液管1的充液口3，所述活化器13位于所述充液口3的填堵活塞上。所述活化器13与外界通电，用于加热储液管1中的液态二氧化碳，瞬间产生高压，使液态二氧化碳吸收能量气化。本发明实施例的二氧化碳致裂器结构简单，可重复利用，降低了经济成本；通过在储液管1管体外设置保温隔热环4，有效防止深井高温环境中的热量加热管体液态二氧化碳而引起自爆；保温隔热环4外部为钢制材料且环体本身具有一定的厚度，可有效减缓致裂器下放深井过程中与套管和井壁的碰撞，使二氧化碳致裂器安全完好的到达预定起爆位置；通过在充能头2外设置有可与母头钻杆相连接的螺纹15，二氧化碳致裂器可置于母头钻杆前端，随钻杆下放到达深井预定位置，解决了二氧化碳致裂器深井破岩的运输问题，且无污染。

进一步地，所述充能头2内还设有启闭阀门5与防爆通道12。所述启闭阀门5与防爆通道12组成防爆系统，用于释放部分二氧化碳，小范围卸载储液管1内的压力，保证深井下的爆破压力，提高安全性。

进一步地，还包括中心控制器6，所述中心控制器6与远程控制终端连接，所述中心控制器6与启闭阀门5连接，控制所述启闭阀门5的开关。需要调节储液管1内部的压力时，中心控制器6传输开关指令于所述启闭阀门5，保证深井内爆破压力。

进一步地，还包括温度传感器7和压力传感器8，位于充能头2的内侧；所述温度传感器7与压力传感器8分别监测储液管1内部的温度与压力，并将监测的温度与压力信息值传输至所述中心控制器6。当运输过程中由于传热或碰撞而使管体内二氧化碳局部受热膨胀，管体内压力小范围上升，温度传感器7和压力传感器8监测的管体内温压数据，传输至中心控制器6。当温压数据达到预设安全值时，中心控制器6发出开启指令至启闭阀门5，通过泄去小部分二氧化碳平衡了管体内温度和压力，启闭阀门5再次接受指令关闭。以此达到深井破岩二氧化碳致裂器运输过程中的防爆效果。地面操控人员可实时监测深井中的致裂器内部状态，对于紧急突发情况可进行及时处理；解决了二氧化碳深井破岩中的状态监测问题。

进一步地，还包括泄能头9，所述泄能头9与储液管1管体连接，并用密封橡胶14进行封堵。防止储液管1内二氧化碳外泄。

进一步地，所述泄能头8的前端为圆台形，其内设有定压剪切片11，所述定压剪切片11的两侧设有垫片10。圆台形的泄能头8有利于减少随钻杆下放深井过程中受到的碰撞损伤，采用垫片10于定压剪切片11的两侧，有助于提高深井下爆破的压力的精度。

参照附图4，本发明实施例还提供了一种二氧化碳致裂器的应用方法，包括以下步骤：

(1)根据深井的应力、深度、温度、岩性及井底构造条件，确定储液管1的二氧化碳充装量、定压剪切片11及保温隔热环4的厚度；

(2)组装致裂器，关闭启闭阀门5，密封橡胶14封堵泄能头9与储液管1管体连接部位，通过充液口3充装液态二氧化碳至储液管1管体内，达到充装设计量后停止，关闭充液口3的活塞；

(3)进行致裂器的检漏，通过中心控制器6采集温度传感器7、压力传感器8的监测温度、压力信息值，确定致裂器是否工作正常；

(4)通过所述充能头2外设的螺纹15与母头钻杆相连接，向井下运输至预定起爆位置；

(5)激发活化器13，产生热量，液态二氧化碳吸收热能瞬间气化膨胀并产生高压，当压力达到一定值，定压剪切片11破断，气体膨胀产生的压力作用于岩体；

(6)通过远程终端观测温度传感器7、压力传感器8的数值变化，确定爆破作业已完成，提取二氧化碳致裂器。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种二氧化碳深井致裂器，其特征是，包括储液管、设于所述储液管尾部的充能头和活化器，所述储液管外设有钢制材料的保温隔热环，所述充能头外设有可与母头钻杆相连接的螺纹，所述充能头内设有用于充装液态二氧化碳至储液管的充液口，所述活化器位于所述充液口的填堵活塞上。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳深井致裂器，其特征是，所述充能头内还设有启闭阀门与防爆通道。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳深井致裂器，其特征是，还包括中心控制器，所述中心控制器与远程控制终端连接，所述中心控制器与启闭阀门连接，控制所述启闭阀门的开关。

4.根据权利要求3所述的一种二氧化碳深井致裂器，其特征是，还包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器与压力传感器分别监测储液管内部的温度与压力，并将监测的温度与压力信息值传输至所述中心控制器。

5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳深井致裂器，其特征是，还包括泄能头，所述泄能头与储液管管体连接，并用密封橡胶进行封堵。

6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳深井致裂器，其特征是，所述泄能头的前端为圆台形，其内设有定压剪切片，所述定压剪切片的两侧设有垫片。

7.一种二氧化碳深井致裂器的应用方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)根据深井的应力、深度、温度、岩性及井底构造条件，确定储液管内的二氧化碳充装量、定压剪切片及保温隔热环的厚度；

(2)关闭启闭阀门，密封橡胶封堵泄能头与储液管管体连接部位，通过充液口充装液态二氧化碳至储液管管体内，达到充装设计量后停止，关闭充液口的活塞；

(3)进行致裂器的检漏，通过中心控制器接收的温度传感器、压力传感器监测的储液管内的温度、压力信息值，确定致裂器是否工作正常；

(4)所述充能头外设的螺纹与母头钻杆连接，向井下运输至预定起爆位置；

(5)激发活化器，产生热量，液态二氧化碳吸收热能瞬间气化膨胀并产生高压，当压力达到一定值，定压剪切片破断，气体膨胀产生的压力作用于岩体；

(6)通过远程终端观测温度传感器、压力传感器数值变化，确定爆破作业已完成，提取二氧化碳致裂器。