CN111608632A - 一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置、方法及应用 - Google Patents

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CN111608632A CN202010602418.5A CN202010602418A CN111608632A CN 111608632 A CN111608632 A CN 111608632A CN 202010602418 A CN202010602418 A CN 202010602418A CN 111608632 A CN111608632 A CN 111608632A
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Abstract

本发明公开了一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置,包括依次连接的自动启闭装置(1)、二氧化碳爆燃冲压装置(2)和自动进料装置(3);自动启闭装置(1)内设置了两处独立的压力仓,能够通过压力差来控制其右方二氧化碳爆燃冲压装置(2)的开关,进而自动控制泄压的时间;自动进料装置(3)由一个活塞(3‑3)和两个管道等组成,能够自动控制原料的添加。本发明还公开了一种采用实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置的方法及应用。本发明的整个装置依靠系统内部二氧化碳压力平衡和活塞的运动自动连续循环进行,不需要人工手动添加原料以及进行压力控制。

Description

一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置、方法及应用
技术领域
本发明属于岩石力学技术领域,具体涉及一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置、方法及应用。
背景技术
据中石油给出的一组最新数据显示,非常规资源已经占据了中石油在国内油气资源中的大半边天,2017年新增探明储量中,低渗、特低渗原油储量占比94%。另据最新发布的《中国矿产资源报告(2018)》显示,截至4月底,我国页岩气累计探明地质储量已经超过万亿立方米。水力压裂作为一种非常规资源开采过程中重要的技术手段,由于其高效、经济、操作简单的特点,至今在国民经济建设中仍然具有不可替代的地位。
但随着科技水平的提高、生活水平改善,人们对健康的重视和人们对环境保护意识的增强,水力压裂的缺陷和产生的危害也日益受到人们的重视。首先,会对油层本身造成伤害,出现堵塞油气渗流通道, 导致压裂裂缝的导流能力下降等危害。其次,水力压裂技术需要消耗大量水资源且不可回收。每口页岩气井需耗费 400万加仑(1加仑约合 3.78升)的水才能使页岩断裂。但同时行业市场规模在不断扩大,用于生产页岩气的水力压裂的水处理市场,2020年将增长9倍,达到90亿美元。同时,气体和水力压裂过程中使用的化学物质污染提供饮用水的蓄水层,造成严重的水污染,甚至危及人们公共健康,造成地震等自然灾害。
因此,本发明针对上述问题,提出了一种能够实现连续多次进行二氧化碳脉动冲击压裂的装置、方法及应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置,该装置可以自动连续利用二氧化碳相变产生的高压气体压裂深部岩体,不断地脉动冲击压裂岩体,且残余的大量二氧化碳气体提高岩体体积裂缝的形成。
同时,本发明还提供一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂的方法,该方法为安全、环保、高效,冲击波可控的动态破岩方法。
同时,本发明还提供一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置在硬岩真三轴静态气动压裂破岩中的应用,该应用可以自动连续利用二氧化碳相变产生的高压气体压裂深部岩体,不断地脉动冲击压裂岩体,加速硬岩体积裂缝的形成。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置,
包括依次连接的自动启闭装置、二氧化碳爆燃冲压装置和自动进料装置;
所述自动启闭装置包括中筒,所述中筒的一端连接有后盖,所述中筒的另一端与所述二氧化碳爆燃冲压装置相连;
所述后盖上设置有加压口,所述中筒内设置有第一环形凸起,所述第一环形凸起上设置有第二环形凸起,所述中筒内设置有内部活塞,所述内部活塞的中部设置有第三环形凸起,所述内部活塞在靠近所述后盖的一端设置有第四环形凸起;
所述内部活塞的右侧与脉冲封闭装置相连;
所述第四环形凸起位于所述第一环形凸起的左侧,所述第二环形凸起位于所述内部活塞的右侧,所述第四环形凸起与所述中筒的内表面密封式滑动连接,所述第三环形凸起与所述第一环形凸起密封式滑动连接,所述第二环形凸起与所述脉冲封闭装置密封式滑动连接;
所述第二环形凸起右侧的所述第一环形凸起上设置有卡扣,所述卡扣的下表面与所述脉冲封闭装置相抵触;
在所述第二环形凸起右侧的所述脉冲封闭装置外表面上设置有小凸起,当所述二氧化碳爆燃冲压装置处于密闭状态时,所述卡扣位于所述第二环形凸起和所述小凸起之间;当所述二氧化碳爆燃冲压装置处于泄压状态时,所述小凸起位于所述第二环形凸起和所述卡扣之间;
所述脉冲封闭装置右侧为用于密封所述二氧化碳爆燃冲压装置左侧的出气口的向内圆倒角;
所述第四环形凸起与所述后盖之间为一号压力仓,所述第二环形凸起与所述第三环形凸起之间为二号压力仓;
所述内部活塞内部开设有与所述一号压力仓相连通的一号小孔,所述内部活塞内部还开设有与所述二号压力仓相连通的二号小孔,所述二号小孔的直径大于所述一号小孔的直径,所述内部活塞和所述脉冲封闭装置的中心均开设有相连通的通气孔,所述一号小孔和二号小孔均与所述通气孔相连通;所述脉冲封闭装置的通气孔与所述二氧化碳爆燃冲压装置左侧的出气口相连通。
所述小凸起的顶端以及所述卡扣的底端均为圆弧形,所述小凸起的高度为所述第二环形凸起的高度的1/6~1/4;所述卡扣包括螺纹杆和与所述螺纹杆一体连接的卡扣本体,所述螺纹杆螺纹连接在所述第一环形凸起内部。
所述二氧化碳爆燃冲压装置左侧的出气口的左端为用于与所述脉冲封闭装置密闭连接的向外圆倒角,所述脉冲封闭装置的向内圆倒角的外端向外延伸并形成与所述二氧化碳爆燃冲压装置的内壁密闭式滑动连接的第五环形凸起。
所述二氧化碳爆燃冲压装置包括筒状壳体,所述筒状壳体的左侧设置有与所述中筒相连的槽体一,所述槽体一的右侧设置有用于容纳所述脉冲封闭装置的槽体二,所述槽体二与所述二氧化碳爆燃冲压装置左侧的出气口相连通,所述槽体二还与竖向贯穿所述二氧化碳爆燃冲压装置的侧壁的泄压口相连通;所述筒状壳体的右侧与所述自动进料装置相连。
所述泄压口与所述槽体二的右端相连通。
所述自动进料装置包括外壳,所述外壳内部从右到左依次设置有直径依次变小的一级凹槽、二级凹槽、三级凹槽和四级凹槽,所述一级凹槽用于容纳油压口,所述二级凹槽、三级凹槽和四级凹槽用于容纳活塞,所述活塞左端的所述外壳上设置有起爆孔,所述外壳和所述活塞内部均设置有进料管道和泄压管道,所述活塞内部的所述泄压管道上设置有单向阀门,所述单向阀门内部设置有用于防止二氧化碳粉末喷出的滤网。
所述活塞的外表面设置有若干密封环槽,所述密封环槽内设置有密封圈。
所述油压口与所述二级凹槽的右侧面之间设置有距离,所述距离的宽度大于所述进料管道的直径,所述距离的宽度大于所述泄压管道的直径。
一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置的方法,包括以下步骤:
S01,将连接铜线用胶管包裹,热风枪加热,将处理好的铜线放入起爆孔并连接内外,位于外部的所述铜线与起爆器相连,然后对起爆孔进行密封处理;
S02,通过加压口往一号压力仓加压,将油压口通过管路与油压机相连;
S03,初始状态一号压力仓的压力P1远大于二号压力仓的压力P2,脉冲封闭装置处于关闭状态,泄压孔与二氧化碳爆燃冲压装置不连通;油压口注油,活塞中进料管道与外壳中的进料管道连通,进行液态二氧化碳与聚能剂的注入;
S04,接通铜线的电路通路,液态二氧化碳爆燃相变为高压二氧化碳气体;当二氧化碳爆燃冲压装置中的液态二氧化碳开始相变成气态时,P2快速升高,P1缓慢升高,弹开卡扣所需的力为F1,当P2-P1≥F1时,脉冲封闭装置打开,泄压口开始快速泄压,进行压裂作业;同时,由于液态二氧化碳相变成气态,使二氧化碳爆燃冲压装置的筒状壳体内部压力变大并推动活塞向右运动,此时活塞中进料管道与外壳中的进料管道相错开,活塞中泄压管道与外壳中的泄压管道相错开,此时,自动进料装置为密闭状态;
S05,泄压口泄气过程中,P2快速减小,P1缓慢减小,当P1-P2≥F1时,脉冲封闭装置关闭;同时,油压口再次注油,活塞中的进料管道与外壳中的进料管道连通,自动进行下一次爆燃的原料液态二氧化碳与聚能剂的填充;此时,活塞中泄压管道与外壳中的泄压管道连通,可实现二氧化碳爆燃冲压装置中的废气通过单向阀门排出。
一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置在硬岩真三轴静态气动压裂破岩或地层压裂中的应用。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明在自动启闭装置内设置了两处独立的压力仓(即一号压力仓和二号压力仓),能够通过压力差来控制其右方二氧化碳爆燃冲压装置的开关,进而自动控制泄压的时间。
2、本发明的自动进料装置由一个活塞和两个管道(即进料管道和泄压管道)组成,能够自动控制液态二氧化碳的注入以及二氧化碳聚能剂的进入。
3、本发明的整个装置依靠系统内部二氧化碳压力平衡和活塞的运动自动连续循环进行,不需要人工手动添加原料以及进行压力控制。
4、本发明的进料管道和泄压管道通过活塞内部的通道与二氧化碳爆燃冲压装置连接,二氧化碳爆燃冲压装置内二氧化碳爆燃产生冲压,泄压口一定时间内被脉冲封闭装置挡住,保证内部反应的密闭性;等到反应结束,在压力差的作用下,脉冲封闭装置打开以泄压,同时自动进料装置的油压口向内部注入油,将脉冲封闭装置压回原来的位置,进行下一次原料的添加。
5、本发明能够模拟深部地层应力环境,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。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明中自动启闭装置的结构示意图;
图3为本发明中二氧化碳爆燃冲压装置的结构示意图;
图4为本发明中自动进料装置的结构示意图;
图5为本发明中二氧化碳爆燃冲压装置为密封状态时的结构示意图;
图6为图5中A 部分的放大图;
图7为本发明中二氧化碳爆燃冲压装置为泄压状态时的结构示意图;
图8为图7中A部分的放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步地说明。
如图1所示,一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置,包括依次连接的自动启闭装置1、二氧化碳爆燃冲压装置2和自动进料装置3。
如图2所示,所述自动启闭装置1包括中筒1-2,所述中筒1-2的一端连接有后盖1-1,优选地,中筒1-2的左端与后盖1-1的右端螺纹连接,所述中筒1-2的右端与所述二氧化碳爆燃冲压装置2的左端相连。
所述后盖1-1上设置有加压口1-12,加压口1-12优选为采用油压的加压口1-12,所述中筒1-2内设置有第一环形凸起1-13,所述第一环形凸起1-13上设置有第二环形凸起1-14,所述中筒1-2内设置有内部活塞1-4,所述内部活塞1-4的中部设置有第三环形凸起1-15,所述内部活塞1-4在靠近所述后盖1-1的一端设置有第四环形凸起1-16。
所述内部活塞1-4的右侧与脉冲封闭装置1-10相连;优选地,内部活塞1-4的右侧与脉冲封闭装置1-10的左侧螺纹连接,内部活塞1-4的外径与脉冲封闭装置1-10的外径相同并且二者的中心线相重合。
所述第四环形凸起1-16位于所述第一环形凸起1-13的左侧,所述第二环形凸起1-14位于所述内部活塞1-4的右侧,所述第四环形凸起1-16与所述中筒1-2的内表面密封式滑动连接,优选为第四环形凸起1-16的外壁上设置有密封槽,密封槽内设置有密封圈;所述第三环形凸起1-15与所述第一环形凸起1-13密封式滑动连接,优选为第三环形凸起1-15的外壁上设置有密封槽,密封槽内设置有密封圈;所述第二环形凸起1-14与所述脉冲封闭装置1-10密封式滑动连接,优选为,第二环形凸起1-14的外壁上设置有密封槽,密封槽内设置有密封圈。
所述第二环形凸起1-14右侧的所述第一环形凸起1-13上设置有卡扣1-3,所述卡扣1-3的下表面与所述脉冲封闭装置1-10相抵触。
在所述第二环形凸起1-14右侧的所述脉冲封闭装置1-10外表面上设置有小凸起1-17,当所述二氧化碳爆燃冲压装置2处于密闭状态时,所述卡扣1-3位于所述第二环形凸起1-14和所述小凸起1-17之间;当所述二氧化碳爆燃冲压装置2处于泄压状态时,所述小凸起1-17位于所述第二环形凸起1-14和所述卡扣1-3之间;卡扣1-3的个数优选为两个并上下向对称分布,所述小凸起1-17为环形。
所述脉冲封闭装置1-10右侧为用于密封所述二氧化碳爆燃冲压装置2左侧的出气口2-2的向内圆倒角1-18。
所述第四环形凸起1-16与所述后盖1-1之间为一号压力仓1-6,所述第二环形凸起1-14与所述第三环形凸起1-15之间为二号压力仓1-8。
所述内部活塞1-4内部开设有与所述一号压力仓1-6相连通的一号小孔1-7,所述内部活塞1-4内部还开设有与所述二号压力仓1-8相连通的二号小孔1-9,所述二号小孔1-9的直径大于所述一号小孔1-7的直径,所述内部活塞1-4和所述脉冲封闭装置1-10的中心均开设有相连通的通气孔1-19,所述一号小孔1-7和二号小孔1-9均与所述通气孔1-19相连通;所述脉冲封闭装置1-10的通气孔1-19与所述二氧化碳爆燃冲压装置2左侧的出气口2-2相连通。
所述小凸起1-17的顶端以及所述卡扣1-3的底端均为圆弧形,所述小凸起1-17的高度为所述第二环形凸起1-14的高度的1/6~1/4;所述卡扣1-3包括螺纹杆和与所述螺纹杆一体连接的卡扣本体,所述螺纹杆螺纹连接在所述第一环形凸起1-13内部。
所述二氧化碳爆燃冲压装置2左侧的出气口2-2的左端为用于与所述脉冲封闭装置1-10密闭连接的向外圆倒角2-3,所述脉冲封闭装置1-10的向内圆倒角1-18的外端向外延伸并形成与所述二氧化碳爆燃冲压装置2的内壁密闭式滑动连接的第五环形凸起1-20。
如图3所示,所述二氧化碳爆燃冲压装置2包括筒状壳体2-4,所述筒状壳体2-4的左侧设置有与所述中筒1-2相连的槽体一2-5,槽体一2-5优选为螺纹槽,所述槽体一2-5的右侧设置有用于容纳所述脉冲封闭装置1-10的槽体二2-6,槽体一2-5与槽体二2-6相连通,所述槽体二2-6与所述二氧化碳爆燃冲压装置2左侧的出气口2-2相连通,所述槽体二2-6还与竖向贯穿所述二氧化碳爆燃冲压装置2的侧壁的泄压口2-1相连通,泄压口2-1优选为两个并上下向对称分布;所述筒状壳体2-4的右侧与所述自动进料装置3相连,优选为筒状壳体2-4的右侧与自动进料装置3的左侧螺纹连接。
所述泄压口2-1与所述槽体二2-6的右端相连通。
如图4所示,所述自动进料装置3包括外壳3-1,所述外壳3-1内部从右到左依次设置有直径依次变小的一级凹槽3-8、二级凹槽3-9、三级凹槽3-10和四级凹槽3-11,所述一级凹槽3-8用于容纳油压口3-4,所述二级凹槽3-9、三级凹槽3-10和四级凹槽3-11用于容纳活塞3-3,容纳活塞3-3为与所述二级凹槽3-9、三级凹槽3-10和四级凹槽3-11相适配的三级阶梯状,所述活塞3-3左端的所述外壳3-1上设置有起爆孔3-2,起爆孔3-2的个数优选为两个并上下向对称分布,所述外壳3-1和所述活塞3-3内部均设置有进料管道3-5和泄压管道3-6,所述活塞3-3内部的所述泄压管道3-6上设置有单向阀门3-7,所述单向阀门3-7内部设置有用于防止二氧化碳粉末喷出的滤网。优选地,进料管道3-5位于泄压管道3-6的上方,从而方便位于下方的泄压管道3-6排出废气。
所述活塞3-3的外表面设置有若干密封环槽,所述密封环槽内设置有密封圈。
所述油压口3-4与所述二级凹槽的右侧面之间设置有距离,所述距离的宽度大于所述进料管道3-5的直径,所述距离的宽度大于所述泄压管道3-6的直径。
如图5~图8所示,本实施例还提供一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂的方法,包括以下步骤:
S01,将连接铜线用胶管包裹,热风枪加热,将处理好的铜线放入起爆孔3-2并连接内外,位于外部的所述铜线与起爆器相连,然后对起爆孔3-2进行密封处理;具体地,密封处理的方式为用螺栓和垫片对起爆孔3-2进行密封处理;
S02,通过加压口1-12往一号压力仓1-6加压,将油压口3-4通过管路与油压机相连;
S03,初始状态一号压力仓1-6的压力P1远大于二号压力仓1-8的压力P2,脉冲封闭装置1-10处于关闭状态,泄压孔2-1与二氧化碳爆燃冲压装置2不连通,此时脉冲封闭装置1-10封闭泄压口2-1并与二氧化碳爆燃冲压装置2进行弧面接触,处于封闭状态;油压口3-4注油,活塞3-3中进料管道3-5与外壳3-1中的进料管道3-5连通,进行液态二氧化碳与聚能剂的注入;
S04,接通铜线的电路通路,液态二氧化碳爆燃相变为高压二氧化碳气体;当二氧化碳爆燃冲压装置2中的液态二氧化碳开始相变成气态时,P2快速升高,P1缓慢升高,弹开卡扣1-3所需的力为F1,当P2-P1≥F1时,脉冲封闭装置1-10打开,泄压口2-1开始快速泄压,进行压裂作业;同时,由于液态二氧化碳相变成气态,使二氧化碳爆燃冲压装置2的筒状壳体2-4内部压力变大并推动活塞3-3向右运动,此时活塞3-3中进料管道3-5与外壳3-1中的进料管道3-5相错开,活塞3-3中泄压管道3-6与外壳3-1中的泄压管道3-6相错开,此时,自动进料装置3为密闭状态;
S05,泄压口2-1泄气过程中,P2快速减小,P1缓慢减小,当P1-P2≥F1时,脉冲封闭装置1-10关闭;同时,油压口3-4再次注油,注油后活塞3-3向左运动,由于二级凹槽3-9的限位作用,活塞3-3只能运动到与进料管道3-5和泄压管道3-6相连通的位置,此时,活塞3-3中的进料管道3-5与外壳3-1中的进料管道3-5连通,自动进行下一次爆燃的原料液态二氧化碳与聚能剂的填充;此时,活塞3-3中泄压管道3-6与外壳3-1中的泄压管道3-6连通,可实现二氧化碳爆燃冲压装置2中的废气通过单向阀门3-7排出。
S01中,用热风枪加热包裹铜线的胶管,因为胶管相比于铜线,有更好的延展性,在起爆孔3-2中被螺栓和垫片挤压时,可以更贴合起爆孔3-2内壁,从而更好的起到密封作用。
S03中,泄压管道3-6在活塞3-3内的部分,设置有单向阀门3-7,单向阀门3-7的设置使气体只能从二氧化碳爆燃冲压装置2内部向外排出,不能反向流动,单向阀门3-7内的滤网的设置,可以起到防止二氧化碳粉末喷出的作用。滤网的孔径优选为400~2000目。
S04中,二号小孔1-9的总通过面积远大于一号小孔1-7,所以二号压力仓1-8的压力变化可以更快速,与一号压力仓1-6在不同的阶段形成反向的压力差。
本实施例还提供一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置在硬岩真三轴静态气动压裂破岩或地层压裂中的应用。
在此处所提供的说明书中,说明了大量具体细节。然而,能够理解,本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中,并未详细示出公知的方法、结构和技术,以便不模糊对本说明书的理解。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
类似地,应当理解,为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个,在上面对本发明的示例性实施例的描述中,本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而,并不应将该公开的方法解释成反映如下意图:即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说,如权利要求书所反映的那样,发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此,遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式,其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明,但是受益于上面的描述,本技术领域内的技术人员明白,在由此描述的本发明的范围内,可以设想其它实施例。此外,应当注意,本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的,而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此,在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围,对本发明所做的公开是说明性的,而非限制性的,本发明的范围由所附权利要求书限定。
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 (10)

1.一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置,其特征在于:
包括依次连接的自动启闭装置(1)、二氧化碳爆燃冲压装置(2)和自动进料装置(3);
所述自动启闭装置(1)包括中筒(1-2),所述中筒(1-2)的一端连接有后盖(1-1),所述中筒(1-2)的另一端与所述二氧化碳爆燃冲压装置(2)相连;
所述后盖(1-1)上设置有加压口(1-12),所述中筒(1-2)内设置有第一环形凸起(1-13),所述第一环形凸起(1-13)上设置有第二环形凸起(1-14),所述中筒(1-2)内设置有内部活塞(1-4),所述内部活塞(1-4)的中部设置有第三环形凸起(1-15),所述内部活塞(1-4)在靠近所述后盖(1-1)的一端设置有第四环形凸起(1-16);
所述内部活塞(1-4)的右侧与脉冲封闭装置(1-10)相连;
所述第四环形凸起(1-16)位于所述第一环形凸起(1-13)的左侧,所述第二环形凸起(1-14)位于所述内部活塞(1-4)的右侧,所述第四环形凸起(1-16)与所述中筒(1-2)的内表面密封式滑动连接,所述第三环形凸起(1-15)与所述第一环形凸起(1-13)密封式滑动连接,所述第二环形凸起(1-14)与所述脉冲封闭装置(1-10)密封式滑动连接;
所述第二环形凸起(1-14)右侧的所述第一环形凸起(1-13)上设置有卡扣(1-3),所述卡扣(1-3)的下表面与所述脉冲封闭装置(1-10)相抵触;
在所述第二环形凸起(1-14)右侧的所述脉冲封闭装置(1-10)外表面上设置有小凸起(1-17),当所述二氧化碳爆燃冲压装置(2)处于密闭状态时,所述卡扣(1-3)位于所述第二环形凸起(1-14)和所述小凸起(1-17)之间;当所述二氧化碳爆燃冲压装置(2)处于泄压状态时,所述小凸起(1-17)位于所述第二环形凸起(1-14)和所述卡扣(1-3)之间;
所述脉冲封闭装置(1-10)右侧为用于密封所述二氧化碳爆燃冲压装置(2)左侧的出气口(2-2)的向内圆倒角(1-18);
所述第四环形凸起(1-16)与所述后盖(1-1)之间为一号压力仓(1-6),所述第二环形凸起(1-14)与所述第三环形凸起(1-15)之间为二号压力仓(1-8);
所述内部活塞(1-4)内部开设有与所述一号压力仓(1-6)相连通的一号小孔(1-7),所述内部活塞(1-4)内部还开设有与所述二号压力仓(1-8)相连通的二号小孔(1-9),所述二号小孔(1-9)的直径大于所述一号小孔(1-7)的直径,所述内部活塞(1-4)和所述脉冲封闭装置(1-10)的中心均开设有相连通的通气孔(1-19),所述一号小孔(1-7)和二号小孔(1-9)均与所述通气孔(1-19)相连通;所述脉冲封闭装置(1-10)的通气孔(1-19)与所述二氧化碳爆燃冲压装置(2)左侧的出气口(2-2)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置,其特征在于:所述小凸起(1-17)的顶端以及所述卡扣(1-3)的底端均为圆弧形,所述小凸起(1-17)的高度为所述第二环形凸起(1-14)的高度的1/6~1/4;所述卡扣(1-3)包括螺纹杆和与所述螺纹杆一体连接的卡扣本体,所述螺纹杆螺纹连接在所述第一环形凸起(1-13)内部。
3.根据权利要求1所述的一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置,其特征在于:所述二氧化碳爆燃冲压装置(2)左侧的出气口(2-2)的左端为用于与所述脉冲封闭装置(1-10)密闭连接的向外圆倒角(2-3),所述脉冲封闭装置(1-10)的向内圆倒角(1-18)的外端向外延伸并形成与所述二氧化碳爆燃冲压装置(2)的内壁密闭式滑动连接的第五环形凸起(1-20)。
4.根据权利要求1所述的一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置,其特征在于:所述二氧化碳爆燃冲压装置(2)包括筒状壳体(2-4),所述筒状壳体(2-4)的左侧设置有与所述中筒(1-2)相连的槽体一(2-5),所述槽体一(2-5)的右侧设置有用于容纳所述脉冲封闭装置(1-10)的槽体二(2-6),所述槽体二(2-6)与所述二氧化碳爆燃冲压装置(2)左侧的出气口(2-2)相连通,所述槽体二(2-6)还与竖向贯穿所述二氧化碳爆燃冲压装置(2)的侧壁的泄压口(2-1)相连通;所述筒状壳体(2-4)的右侧与所述自动进料装置(3)相连。
5.根据权利要求4所述的一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置,其特征在于:所述泄压口(2-1)与所述槽体二(2-6)的右端相连通。
6.根据权利要求1或4所述的一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置,其特征在于:所述自动进料装置(3)包括外壳(3-1),所述外壳(3-1)内部从右到左依次设置有直径依次变小的一级凹槽(3-8)、二级凹槽(3-9)、三级凹槽(3-10)和四级凹槽(3-11),所述一级凹槽(3-8)用于容纳油压口(3-4),所述二级凹槽(3-9)、三级凹槽(3-10)和四级凹槽(3-11)用于容纳活塞(3-3),所述活塞(3-3)左端的所述外壳(3-1)上设置有起爆孔(3-2),所述外壳(3-1)和所述活塞(3-3)内部均设置有进料管道(3-5)和泄压管道(3-6),所述活塞(3-3)内部的所述泄压管道(3-6)上设置有单向阀门(3-7),所述单向阀门(3-7)内部设置有用于防止二氧化碳粉末喷出的滤网。
7.根据权利要求6所述的一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置,其特征在于:所述活塞(3-3)的外表面设置有若干密封环槽,所述密封环槽内设置有密封圈。
8.根据权利要求6所述的一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置,其特征在于:所述油压口(3-4)与所述二级凹槽(3-9)的右侧面之间设置有距离,所述距离的宽度大于所述进料管道(3-5)的直径,所述距离的宽度大于所述泄压管道(3-6)的直径。
9.采用权利要求6~8任一项所述的一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置的方法,其特征在于:包括以下步骤:
S01,将连接铜线用胶管包裹,热风枪加热,将处理好的铜线放入起爆孔(3-2)并连接内外,位于外部的所述铜线与起爆器相连,然后对起爆孔(3-2)进行密封处理;
S02,通过加压口(1-12)往一号压力仓(1-6)加压,将油压口(3-4)通过管路与油压机相连;
S03,初始状态一号压力仓(1-6)的压力P1远大于二号压力仓(1-8)的压力P2,脉冲封闭装置(1-10)处于关闭状态,泄压孔(2-1)与二氧化碳爆燃冲压装置(2)不连通;油压口(3-4)注油,活塞(3-3)中进料管道(3-5)与外壳(3-1)中的进料管道(3-5)连通,进行液态二氧化碳与聚能剂的注入;
S04,接通铜线的电路通路,液态二氧化碳爆燃相变为高压二氧化碳气体;当二氧化碳爆燃冲压装置(2)中的液态二氧化碳开始相变成气态时,P2快速升高,P1缓慢升高,弹开卡扣(1-3)所需的力为F1,当P2-P1≥F1时,脉冲封闭装置(1-10)打开,泄压口(2-1)开始快速泄压,进行压裂作业;同时,由于液态二氧化碳相变成气态,使二氧化碳爆燃冲压装置(2)的筒状壳体(2-4)内部压力变大并推动活塞(3-3)向右运动,此时活塞(3-3)中进料管道(3-5)与外壳(3-1)中的进料管道(3-5)相错开,活塞(3-3)中泄压管道(3-6)与外壳(3-1)中的泄压管道(3-6)相错开,此时,自动进料装置(3)为密闭状态;
S05,泄压口(2-1)泄气过程中,P2快速减小,P1缓慢减小,当P1-P2≥F1时,脉冲封闭装置(1-10)关闭;同时,油压口(3-4)再次注油,活塞(3-3)中的进料管道(3-5)与外壳(3-1)中的进料管道(3-5)连通,自动进行下一次爆燃的原料液态二氧化碳与聚能剂的填充;此时,活塞(3-3)中泄压管道(3-6)与外壳(3-1)中的泄压管道(3-6)连通,可实现二氧化碳爆燃冲压装置(2)中的废气通过单向阀门(3-7)排出。
10.根据权利要求1~8任意一项所述的一种实现二氧化碳连续脉动冲击压裂装置在硬岩真三轴静态气动压裂破岩或地层压裂中的应用。
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