CN110439520B - 一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置，包括亚克力块，亚克力块上开设有致裂孔，致裂孔内设置有致裂管，致裂管内设置有干冰粉、致裂剂和电伴热带，致裂管上部开口通过密封帽密封，密封帽包括一体连接的螺帽部和连接部，连接部与上厚部之间通过螺纹连接，螺帽部上开设有两个螺丝孔，螺丝孔内下部设置有垫片，螺丝旋入螺丝孔后挤压垫片，加热导线一端与电伴热带相连，另一端接通电伴热带供电电源，致裂导线一端伸入致裂剂，另一端与致裂剂激发控制器相连。本发明还公开了一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置使用方法。本发明提供的一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置及其使用方法，能够达到较为理想的压裂效果，而且安全性高、易于操作。

Description

一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置及其使用方法，属于气动压裂技术领域和爆破实验教学领域。
背景技术
近些年二氧化碳压裂法逐渐兴起。高能气体压裂技术最早于19世纪60年代出现在美国，该技术是一种利用火(炸)药在短时间内燃烧产生的冲击波和爆生气体来压裂岩体。最开始是采用TNT等猛炸药对储层实施爆炸压裂，但因爆炸对井筒和地层的破坏太大而逐渐被淘汰，取而代之的是使用硝化棉等火(炸)药的爆燃来实施高能气体压裂。近年来还出现了浓稠硝基甲烷炸药、液体推进剂等一系列爆燃更稳定、更加安全、更高效的高能火药。从原理上讲，CO2相变膨胀致裂装置也属于高能气体压裂技术中的一种，最早由欧美国家科研人员研发。该装置利用液态CO2为媒介，将液态CO2和发热管(爆炸性物质)封装在密闭容器内。激发发热管使之在数十毫秒内产生800℃以上的高温，液态CO2压力急剧增加，高压气体快速释放，致使岩体开裂或破碎。在CO2气爆致裂岩体施工过程中，由于发热管(II类爆炸品)在摩擦、静电等偶然因素作用下提前触发，曾出现致裂管炸管或飞管事件。
然而，无论是控制爆破技术，还是高能气体压裂技术，当前均不同程度的使用到I、II类民用爆炸品(当前二氧化碳相变膨胀致裂技术使用的发热药属于II类民用爆炸品)，并没有从根本上解决安全与冲击扰动问题。当前情况下炸药爆破由于危险性以及对环境的污染难以进入校内实验教学。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够达到较为理想的压裂效果，而且安全性高、易于操作的本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置及其使用方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置，包括亚克力块，所述亚克力块上开设有致裂孔，所述致裂孔内设置有致裂管，所述致裂管内设置有干冰粉、致裂剂和电伴热带，所述致裂管包括一体连接的上厚部和下薄部，所述致裂管上部开口通过密封帽密封，所述密封帽包括一体连接的螺帽部和连接部，所述连接部与所述上厚部之间通过螺纹连接，所述螺帽部上开设有两个螺丝孔，所述螺丝孔下部连通有导线孔，所述螺丝孔内下部设置有垫片，螺丝旋入所述螺丝孔后挤压所述垫片，所述螺丝和垫片上分别开设有第一通孔和第二通孔，加热导线和致裂导线分别通过穿过一组所述第一通孔、第二通孔和导线孔，所述加热导线一端与电伴热带相连，另一端接通电伴热带供电电源，所述致裂导线一端伸入致裂剂，另一端与致裂剂激发控制器相连。
所述亚克力块为长宽高为20cm*20cm*20cm的正方块形结构。
所述垫片的材质为聚乙烯。
所述螺帽部上设置有弓形把手部。
所述连接部上套设有橡胶垫和橡胶垫圈，所述橡胶垫圈上部与所述橡胶垫下部接触，所述橡胶垫圈下部与所述上厚部上端部接触。
所述致裂管的材质为铝合金。
一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置使用方法，包括以下步骤：
S01，向致裂管内放置干冰粉、致裂剂和电伴热带，致裂管外部涂上固化剂后伸入到亚克力块上的致裂孔内，将垫片放入到螺帽部上螺丝孔内；
S02，将电伴热带连接的加热导线以及置于致裂剂内致裂导线分别穿过一组导线孔、第二通孔和第一通孔后与电伴热带供电电源和致裂剂激发控制器相连；
S03，将密封帽的连接部旋入致裂管内；
S04，将螺丝旋入螺丝孔后挤压垫片，垫片变形封住加热导线和致裂导线与螺帽部上的螺丝孔之间的缝隙；
S05，电伴热带供电电源控制电伴热带的加热时间，然后致裂剂激发控制器激发致裂剂；
S06，向致裂孔中加入染黑清水，观察亚克力块内致裂孔的致裂效果及对周边环境的影响。
本发明的有益效果：本发明提供一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置及其使用方法，解决了爆破实验危险系数高，对人体影响较大的问题，使用电伴热带供电电源对干冰粉进行加热，可控制不同压力下的压裂效果，通过加入不同剂量的干冰粉来模拟不同剂量的爆破威力，帮助学生了解定向压裂，布孔，裂痕成因等多方面知识。
附图说明
图1为本发明一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置的竖直截面图；
图2本发明中致裂管和密封帽的连接结构示意图；
图3本发明中的致裂管的结构示意图；
图4本发明中密封帽的剖视图；
图5本发明中密封帽的俯视图；
图6本发明中螺丝和螺丝孔连接处的结构示意图；
图7本发明中实施例1的致裂孔分布示意图；
图8本发明中实施例1的致裂孔分布示意图；
图9本发明中实施例1的致裂孔分布示意图。
图中附图标记如下：1-致裂管；2-密封帽；3-橡胶垫；4-橡胶垫圈；5-加热导线；6-螺丝；7-垫片；8-亚克力块；11-上厚部；12-下薄部；21-螺帽部；22-连接部；61-第一通孔；71-第二通孔；211-螺丝孔；212-弓形把手部；213-导线孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
具体实施例1
本发明公开一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置，包括亚克力块8，亚克力块8为长宽高为20cm*20cm*20cm的正方块形结构。使用亚克力块8易于清洗，便于观察，全透明的亚克力材料块，适合用于教学，同时其具有抗冲击力强的特点，安全性高。
如图1到图6所示，亚克力块8上开设有致裂孔，致裂孔内设置有致裂管1。致裂管1内设置有干冰粉、致裂剂和电伴热带。使用干冰粉作为致裂剂，安全可控，无噪音污染，不排放有毒气体，本质安全。致裂管1伸入到致裂孔，通过外部固化剂固定。致裂管1的材质为铝合金，包括一体连接的上厚部11和下薄部12，下薄部12由于厚度较薄，使致裂力从此处释放。致裂管1上部开口通过密封帽2密封。密封帽2包括一体连接的螺帽部21和连接部22，螺帽部21上设置有弓形把手部212，方便操作。连接部22与上厚部11之间通过螺纹连接，螺帽部21上开设有两个螺丝孔211，螺丝孔211下部连通有导线孔213，螺丝孔211内下部设置有垫片7，垫片7的材质为聚乙烯。
螺丝6旋入螺丝孔211后挤压垫片7，螺丝6和垫片7上分别开设有第一通孔61和第二通孔71，加热导线5和致裂导线8分别通过穿过一组第一通孔61、第二通孔71和导线孔213，加热导线5一端与电伴热带相连，另一端接通电伴热带供电电源，致裂导线8一端伸入致裂剂，另一端与致裂剂激发控制器相连。
其中，连接部22上套设有橡胶垫3和橡胶垫圈4，橡胶垫圈4上部与橡胶垫3下部接触，橡胶垫圈4下部与上厚部11上端部接触。这样设计可以增加致裂管1和密封帽2之间的密封效果。
本发明公开一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置使用方法，包括以下步骤：
步骤一，向致裂管1内放置干冰粉、致裂剂和电伴热带，致裂管1外部涂上固化剂后伸入到亚克力块8上的致裂孔内，将垫片7放入到螺帽部21上螺丝孔211内；
步骤二，将电伴热带连接的加热导线5以及置于致裂剂内致裂导线8分别穿过一组导线孔213、第二通孔71和第一通孔61后与电伴热带供电电源和致裂剂激发控制器相连；
步骤三，将密封帽2的连接部22旋入致裂管1内；
步骤四，将螺丝6旋入螺丝孔211后挤压垫片7，垫片7变形封住加热导线5和致裂导线8与螺帽部21上的螺丝孔211之间的缝隙；
步骤五，电伴热带供电电源控制电伴热带的加热时间，然后致裂剂激发控制器激发致裂剂；
步骤六，向致裂孔中加入染黑清水，使裂痕清晰可见，观察亚克力块7内致裂孔的致裂效果及对周边环境的影响。
如图7所示，本发明用于模拟基坑开挖钻爆法，在亚克力块8上钻出中心掏槽孔，外围辅助孔及最外围周边孔，以上钻孔皆为竖孔，呈环状分布，安装好本发明的致裂装置，通过电伴热带供电电源控制电伴热带的加热时间分别为30分钟，20分钟和10分钟，控制好时间启动致裂剂激发控制器来激发致裂剂，观察裂痕和致裂情况，以及对周边环境的影响。
具体实施例2
本发明公开一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置，包括亚克力块8，亚克力块8为长宽高为20cm*20cm*20cm的长方块形结构。使用亚克力块8易于清洗，便于观察，全透明的亚克力材料块，适合用于教学，同时其具有抗冲击力强的特点，安全性高。
如图1到图6所示，亚克力块8上开设有致裂孔，致裂孔内设置有致裂管1。致裂管1内设置有干冰粉、致裂剂和电伴热带。使用干冰粉作为致裂剂，安全可控，无噪音污染，不排放有毒气体，本质安全。致裂管1伸入到致裂孔，通过外部固化剂固定。致裂管1的材质为铝合金，包括一体连接的上厚部11和下薄部12，下薄部12由于厚度较薄，使致裂力从此处释放。致裂管1上部开口通过密封帽2密封。密封帽2包括一体连接的螺帽部21和连接部22，螺帽部21上设置有弓形把手部212，方便操作。连接部22与上厚部11之间通过螺纹连接，螺帽部21上开设有两个螺丝孔211，螺丝孔211下部连通有导线孔213，螺丝孔211内下部设置有垫片7，垫片7的材质为聚乙烯。
螺丝6旋入螺丝孔211后挤压垫片7，螺丝6和垫片7上分别开设有第一通孔61和第二通孔71，加热导线5和致裂导线8分别通过穿过一组第一通孔61、第二通孔71和导线孔213，加热导线5一端与电伴热带相连，另一端连有电伴热带供电电源，致裂导线8一端伸入致裂剂，另一端与致裂剂激发控制器相连。
其中，连接部22上套设有橡胶垫3和橡胶垫圈4，橡胶垫圈4上部与橡胶垫3下部接触，橡胶垫圈4下部与上厚部11上端部接触。这样设计可以增加致裂管1和密封帽2之间的密封效果。
本发明公开一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置使用方法，包括以下步骤：
步骤一，向致裂管1内放置干冰粉、致裂剂和电伴热带，致裂管1外部涂上固化剂后伸入到亚克力块8上的致裂孔内，将垫片7放入到螺帽部21上螺丝孔211内；
步骤二，将电伴热带连接的加热导线5以及置于致裂剂内致裂导线8分别穿过一组导线孔213、第二通孔71和第一通孔61后与电伴热带供电电源和致裂剂激发控制器相连；
步骤三，将密封帽2的连接部22旋入致裂管1内；
步骤四，将螺丝6旋入螺丝孔211后挤压垫片7，垫片7变形封住加热导线5和致裂导线8与螺帽部21上的螺丝孔211之间的缝隙；
步骤五，电伴热带供电电源控制电伴热带的加热时间，然后致裂剂激发控制器激发致裂剂；
步骤六，向致裂孔中加入染黑清水，使裂痕清晰可见，观察亚克力块7内致裂孔的致裂效果及对周边环境的影响。
如图8所示，本发明用于模拟隧道掘进钻爆法，在亚克力块8上钻出中心掏槽孔，外围崩落孔及最外围周边孔，以上钻孔皆为横孔，呈环状分布，安装好本发明的致裂装置，通过电伴热带供电电源控制电伴热带的加热时间分别为30分钟，20分钟和10分钟，控制好时间启动致裂剂激发控制器来激发致裂剂，观察裂痕和致裂情况，以及对周边环境的影响。
具体实施例3
本发明公开一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置，包括亚克力块8，亚克力块8为长宽高为20cm*20cm*20cm的长方块形结构。使用亚克力块8易于清洗，便于观察，全透明的亚克力材料块，适合用于教学，同时其具有抗冲击力强的特点，安全性高。
如图1到图6所示，亚克力块8上开设有致裂孔，致裂孔内设置有致裂管1。致裂管1内设置有干冰粉、致裂剂和电伴热带。使用干冰粉作为致裂剂，安全可控，无噪音污染，不排放有毒气体，本质安全。致裂管1伸入到致裂孔，通过外部固化剂固定。致裂管1的材质为铝合金，包括一体连接的上厚部11和下薄部12，下薄部12由于厚度较薄，使致裂力从此处释放。致裂管1上部开口通过密封帽2密封。密封帽2包括一体连接的螺帽部21和连接部22，螺帽部21上设置有弓形把手部212，方便操作。连接部22与上厚部11之间通过螺纹连接，螺帽部21上开设有两个螺丝孔211，螺丝孔211下部连通有导线孔213，螺丝孔211内下部设置有垫片7，垫片7的材质为聚乙烯。
螺丝6旋入螺丝孔211后挤压垫片7，螺丝6和垫片7上分别开设有第一通孔61和第二通孔71，加热导线5和致裂导线8分别通过穿过一组第一通孔61、第二通孔71和导线孔213，加热导线5一端与电伴热带相连，另一端连有电伴热带供电电源，致裂导线8一端伸入致裂剂，另一端与致裂剂激发控制器相连。
其中，连接部22上套设有橡胶垫3和橡胶垫圈4，橡胶垫圈4上部与橡胶垫3下部接触，橡胶垫圈4下部与上厚部11上端部接触。这样设计可以增加致裂管1和密封帽2之间的密封效果。
本发明公开一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置使用方法，包括以下步骤：
步骤一，向致裂管1内放置干冰粉、致裂剂和电伴热带，致裂管1外部涂上固化剂后伸入到亚克力块8上的致裂孔内，将垫片7放入到螺帽部21上螺丝孔211内；
步骤二，将电伴热带连接的加热导线5以及置于致裂剂内致裂导线8分别穿过一组导线孔213、第二通孔71和第一通孔61后与电伴热带供电电源和致裂剂激发控制器相连；
步骤三，将密封帽2的连接部22旋入致裂管1内；
步骤四，将螺丝6旋入螺丝孔211后挤压垫片7，垫片7变形封住加热导线5和致裂导线8与螺帽部21上的螺丝孔211之间的缝隙；
步骤五，电伴热带供电电源控制电伴热带的加热时间，然后致裂剂激发控制器激发致裂剂；
步骤六，向致裂孔中加入染黑清水，使裂痕清晰可见，观察亚克力块7内致裂孔的致裂效果及对周边环境的影响。
如图9所示，本发明用于露天开槽钻爆法，在亚克力块8上采取梅花形钻孔，从左到右或从右到左间隔三分钟加热，第一根孔加热时间为30分钟安装好致裂装置，通过电伴热带供电电源控制电伴热带，控制好时间启动致裂剂激发控制器来激发致裂剂，观察裂痕和致裂情况，以及对周边环境的影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置使用方法，其特征在于：采用本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置，所述本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置，包括亚克力块(8)，所述亚克力块(8)上开设有致裂孔，所述致裂孔内设置有致裂管(1)，所述致裂管(1)内设置有干冰粉、致裂剂和电伴热带，所述致裂管(1)包括一体连接的上厚部(11)和下薄部(12)，所述致裂管(1)上部开口通过密封帽(2)密封，所述密封帽(2)包括一体连接的螺帽部(21)和连接部(22)，所述连接部(22)与所述上厚部(11)之间通过螺纹连接，所述螺帽部(21)上开设有两个螺丝孔(211)，所述螺丝孔(211)下部连通有导线孔(213)，所述螺丝孔(211)内下部设置有垫片(7)，螺丝(6)旋入所述螺丝孔(211)后挤压所述垫片(7)，所述螺丝(6)和垫片(7)上分别开设有第一通孔(61)和第二通孔(71)，加热导线(5)和致裂导线(8)分别通过穿过一组所述第一通孔(61)、第二通孔(71)和导线孔(213)，所述加热导线(5)一端与电伴热带相连，另一端接通电伴热带供电电源，所述致裂导线(8)一端伸入致裂剂，另一端与致裂剂激发控制器相连；
包括以下步骤：
S01，向致裂管(1)内放置干冰粉、致裂剂和电伴热带，致裂管(1)外部涂上固化剂后伸入到亚克力块(8)上的致裂孔内，将垫片(7)放入到螺帽部(21)上螺丝孔(211)内；
S02，将电伴热带连接的加热导线(5)以及置于致裂剂内致裂导线(8)分别穿过一组导线孔(213)、第二通孔(71)和第一通孔(61)后与电伴热带供电电源和致裂剂激发控制器相连；
S03，将密封帽(2)的连接部(22)旋入致裂管(1)内；
S04，将螺丝(6)旋入螺丝孔(211)后挤压垫片(7)，垫片(7)变形封住加热导线(5)和致裂导线(8)与螺帽部(21)上的螺丝孔(211)之间的缝隙；
S05，电伴热带供电电源控制电伴热带的加热时间，然后致裂剂激发控制器激发致裂剂；
S06，向致裂孔中加入染黑清水，观察亚克力块(8 )内致裂孔的致裂效果及对周边环境的影响。
2.根据权利要求1所述的一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置使用方法，其特征在于：所述亚克力块(8)为长宽高为20cm*20cm*20cm的正方块形结构。
3.根据权利要求1所述的一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置使用方法，其特征在于：所述垫片(7)的材质为聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置使用方法，其特征在于：所述螺帽部(21)上设置有弓形把手部(212)。
5.根据权利要求1所述的一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置使用方法，其特征在于：所述连接部(22)上套设有橡胶垫(3)和橡胶垫圈(4)，所述橡胶垫圈(4)上部与所述橡胶垫(3)下部接触，所述橡胶垫圈(4)下部与所述上厚部(11)上端部接触。
6.根据权利要求1所述的一种本安型干冰粉静态气动压裂模拟装置使用方法，其特征在于：所述致裂管(1)的材质为铝合金。
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