CN212254843U - 一种深井围岩高温高压爆破试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种深井围岩高温高压爆破试验装置，高压釜内部通过夹持机构固定有试验岩样；聚能爆破筒安装在试验岩样体内；传感器组包括多个功能不同的传感器，传感器安装在试验岩样上；数据采集面板安装在高压釜侧壁上，且与传感器电性连接；液压泵站与高压釜内部连通；加热组件与高压釜内部连接；主控制器分别与聚能爆破筒、数据采集面板、液压泵站和加热组件电性连接。本实用新型提供的装置能够在试验室模拟井下高温高压环境，并对岩石实物进行爆破试验，同时采集爆破过程中的各种参数，应用该试验装置可以模拟多种条件下深井围岩爆破过程，为科学研究、工程设计以及评价提供必要研究手段和科学依据。

Description

一种深井围岩高温高压爆破试验装置

技术领域

本实用新型涉及深井井下爆破技术领域，更具体的说是涉及一种深井围岩高温高压爆破试验装置。

背景技术

目前，高温地热热储建造、煤田瓦斯抽排、油气井下作业等均涉及深井井下爆破。如以下提供的深井井下爆破的相关专利：

授权公告号为：CN105221129B，名称为：一种水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法的发明专利，将水压爆破和超临界或液态CO₂压裂增透方法相结合，以充分利用两种增透方法的优势，有效提高低渗透性油气储层裂缝的导流能力，大幅度提高油气产量，延长油气井寿命。

申请公布号为：CN108729896A，名称为：一种干热岩机器人爆炸水力复合压裂钻完井系统的发明专利，采用机器人技术，实现智能闭环钻井，有效降低作业成本，采用燃爆加水力复合压裂技术，能显著优化干热岩裂缝网络，降低“热传递短路”风险。

申请公布号为：CN108756843A，名称为：一种干热岩机器人爆炸水力复合压裂钻完井方法的发明专利，采用机器人技术，实现智能闭环钻井，能有效降低干热岩钻井作业成本，能显著优化干热岩裂缝网络，降低“热传递短路”风险。

申请公布号为：CN110344806A，名称为：一种小井眼爆炸造缝辅助水力压裂方法的发明专利，为将高压地下爆炸与水力压裂技术相结合的深层页岩气增产技术，通过井下爆炸的方式激活了深层页岩的天然裂缝，降低了深层页岩气储层的体积改造难度，能够有效提高深层页岩气储层的改造效率。

授权公告号为：CN103527080B，名称为：一种定向爆破钻井的钻具的发明专利，能够加快钻井速度，在复杂的地质条件下其钻井速度优于机械旋转钻井，而且能够减少钻井事故发生率。

申请公布号为：CN109488206A，名称为：一种爆炸冲击波-机械钻井破岩装置的发明专利，通过冲击波损伤岩石，削弱了岩石强度，提高了岩石可钻性，提高了钻速，减少钻头的磨损，降低钻井的成本。

申请公布号为：CN105986801A，名称为：用于侧钻井爆炸压裂的方法和装置的发明专利，能提高储层的渗透性，扩大油气井有效采油气半径和泻流面积，达到提高油气井产量的目的。

授权公告号为：CN106285768B，名称为：CO₂定向爆破起裂与水力压裂耦合增透的瓦斯抽采方法的发明专利，通过先计算预定致裂点的最大主应力方向，然后沿最大主应力方向对致裂点进行CO₂爆破致裂，再进行水力压裂，并对水力压裂的效果进行探测，最后在探测的水力压裂影响范围内进行煤层瓦斯抽采，从而提供了一种低渗煤层瓦斯高效快速的抽采方法，显著地提高了瓦斯抽采的效率，有利于降低瓦斯抽采成本。

授权公告号为：CN106197178B，名称为：一种新型深孔水压爆破装置和爆破方法的发明专利，相对于传统钻孔水压爆破，其水袋能完整包裹整个炸药筒，这样在起爆后炸药传递给岩石的爆破能量分布更加均匀、炸药利用率高。

授权公告号为：CN103195466B，名称为：一种定向水压爆破提高煤层透气性的方法的发明专利，能够有效解决裂缝数目少导致煤层瓦斯难抽采的问题，并可使煤层集中应力向煤体深部转移，提高了瓦斯排放的能力。

授权公告号为：CN106437497B，名称为：水压爆破致裂建造干热岩人工热储的方法的发明专利，应用水压爆破致裂技术建造人工热储可有效增大岩体起裂及裂隙扩展时需要的水压力，增大岩体裂缝(裂隙)密度、长度和宽度，克服水压致裂因设备局限性无法提供所需足够水压力的缺点，可以低成本、高效率的建造人工热储，可提高干热岩地热开发系统的经济效益。

上述专利均提供了相应的深井井下爆破的先进技术，但是，地热井、瓦斯排放井、油气井井深通常为几百米乃至几千米。由于在井下不具备观察测量爆破过程和结果的条件，实际爆破发生的情况和效果完全无法准确预知。

因此，如何提供一种深井围岩高温高压爆破试验装置，是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种深井围岩高温高压爆破试验装置，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种深井围岩高温高压爆破试验装置，包括：高压釜、聚能爆破筒、传感器组、数据采集面板、液压泵站、加热组件和主控制器；

所述高压釜内部通过夹持机构固定有试验岩样；

所述聚能爆破筒安装在所述试验岩样体内，用于对所述试验岩样进行爆破；

所述传感器组包括多个功能不同的传感器，所述传感器安装在所述试验岩样上；

所述数据采集面板安装在所述高压釜侧壁上，且与所述传感器电性连接；

所述液压泵站与所述高压釜内部连通，用于向所述高压釜内部注入油脂并维持其内部压力值；

所述加热组件与所述高压釜内部连接，用于对所述高压釜内部的油脂加热；

所述主控制器分别与所述聚能爆破筒、数据采集面板、液压泵站和加热组件电性连接。

在上述结构中，高压釜为铸造而成，该高压釜具有足够的强度确保安全性；高压釜内部的夹持机构可以夹持各种尺寸的试验岩样；数据采集面板具有通讯功能，在试验过程中将高压釜内传感器组测量到的各项试验数据传输给主控制器，主控制器可以向聚能爆破筒发送爆破指令，启动爆破。

需要说明的是，本实用新型提供的夹持机构的结构要求以能够调节并夹紧试验岩样为主，可以为可调的丝杠结构，结构简单，且调节方便。

数据采集面板的型号为STM32F407。

优选的，在上述一种深井围岩高温高压爆破试验装置中，所述高压釜顶部具有铰接扣合的密封盖；所述密封盖的表面和所述高压釜的侧壁均具有钢化玻璃透明窗口；所述钢化玻璃透明窗口的外侧安装有用于拍摄所述高压釜内部的高速工业摄像机。通过高速工业摄像机可以拍摄试验岩样爆破瞬间外表面裂缝的形成过程，并通过主控制器存储。

优选的，在上述一种深井围岩高温高压爆破试验装置中，所述试验岩样为长方体岩块，所述试验岩样的表面开设有用于安装所述聚能爆破筒的爆破试验孔。爆破试验孔为模拟井筒，爆破试验孔的深度和直径依据试验实际需要提前加工而成。

优选的，在上述一种深井围岩高温高压爆破试验装置中，所述聚能爆破筒内部填装有电子爆破机构、填充物和温度传感器；所述电子爆破机构与所述主控制器远程电性连接；所述填充物用于膨胀填充在所述聚能爆破筒内部，并顶紧所述电子爆破机构；所述温度传感器与所述数据采集面板电性连接。

聚能爆破筒为一次性爆破工具，温度传感器的作用是测量爆破试验孔内的温度值T1，并将测量到的温度数据通过数据采集面板传输给主控制器；电子爆破机构内预装的爆破介质可以是炸药也可以是CO₂等其他介质，通过主控制器可以远程引爆电子爆破机构；充填物的作用是压实固定电子爆破机构，同时确保电子爆破机构贴紧爆破试验孔内壁，提高爆破能量利用率，使其试验效果更符合井下爆破实际情况。

优选的，在上述一种深井围岩高温高压爆破试验装置中，所述传感器组包括压力传感器、振动传感器、位移传感器和弹性应变片。传感器组包含的传感器数量和种类依据试验岩样外表面实际空间和试验测试需要确定，传感器组的作用是测量整个爆破试验过程的各项数据，并将测量到的数据通过数据采集面板传输给主控制器。

优选的，在上述一种深井围岩高温高压爆破试验装置中，所述液压泵站的出油口通过注油管与所述高压釜的上部连通，回油口通过回油管与所述高压釜的下部连通；所述注油管上安装有步进阀门和电子压力计，所述步进阀门和电子压力计与所述主控制器电性连接；所述回油管上安装有步进泄压阀，所述步进泄压阀与所述主控制器电性连接。

液压泵站的主要功能是为高压釜注入油脂，并维持高压釜内的压力值。主控制器可以控制液压泵站的启动和关闭；液压泵站通过注油管对高压釜进行注油操作；注油管上安装有电子压力和步进阀门，主控制器通过电子压力计实时采集高压釜内的压力值，当高压釜内压力小于设定值时，主控制器启动液压泵站对高压釜进行注油，当高压釜内压力达到设定值时，主控制器关闭液压泵站；回油管上安装有步进泄压阀，当高压釜内油脂因受热膨胀导致高压釜内压力升高时，主控制器控制步进泄压阀进行泄压，可以将高压釜中的油脂回流至液压泵站的油箱内，主控制器通过控制液压泵站、步进阀门、步进泄压阀，实现对高压釜内压力的PID精确闭环控制，能够使高压釜内的压力始终稳定在设定的压力值，并控制在允许的压力误差范围内，从而模拟特定井深条件下的高压环境。

优选的，在上述一种深井围岩高温高压爆破试验装置中，所述加热组件电性连接有安装在所述高压釜内部的加热棒。

优选的，在上述一种深井围岩高温高压爆破试验装置中，所述主控制器电性连接有安装在所述高压釜内部的电子温度计。

主控制器通过控制加热组件对高压釜内油脂进行加热；加热组件通过安装在高压釜上的加热棒对高压釜内的油脂进行加热；高压釜上安装有电子温度计，主控制器通过电子温度计实时采集高压釜内的温度值T2，当高压釜内的温度值小于设定值时，主控制器控制启动加热组件进行加热，当高压釜内的温度值达到设定值时，主控制器控制关闭加热组件，从而实现主控制器对高压釜内温度的控制，能够使高压釜内的温度始终稳定在设定的温度值，并通过热传导，最终实现试验岩样内部与高压釜内温度平衡，从而模拟特定的层井下高温环境。

优选的，在上述一种深井围岩高温高压爆破试验装置中，所述主控制器为Cortex-M4内核的ARM处理器STM32F407，所述主控制器人机交互部分采用工业串口触摸屏DMT10600C07005W。主控制器的作用是控制整个试验装置的运行和关闭、读取和存储试验数据，向电子爆破机构发送爆破指令。

本实用新型提供的深井围岩高温高压爆破试验装置的试验方法包括以下步骤：

S1、将试验岩样通过夹持机构固定在高压釜内部，并在试验岩样上安装聚能爆破筒和传感器组，密封高压釜；

S2、启动液压泵站和加热组件，对高压釜内注入油脂并加热，使高压釜内的压力和聚能爆破筒周围的温度达到试验设定值并稳定后，通过主控制器启动聚能爆破筒爆破；

S3、在步骤S2中的聚能爆破筒爆破时，通过传感器组采集试验数据并将数据传递至数据采集面板，并最终传递至主控制器读取和存储；

S4、爆破完成后，关闭液压泵站和加热组件，降至常温并排空油脂，打开高压釜观察试验岩样的破坏情况，结合主控制器的数据进行进一步分析。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种深井围岩高温高压爆破试验装置，通过高压釜、油路和电路元件配合搭建高温高压爆破试验装置，能够在试验室模拟井下高温高压环境，并对岩石实物进行爆破试验，同时采集爆破过程中的各种参数，应用该试验装置可以模拟多种条件下深井围岩爆破过程，为科学研究、工程设计以及评价提供必要研究手段和科学依据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的高压釜剖开的整体结构示意图；

图2附图为本实用新型提供的外部的整体结构示意图；

图3附图为本实用新型提供的聚能爆破筒的结构示意图。

其中：

1-高压釜；

11-夹持机构；

12-密封盖；

13-钢化玻璃透明窗口；

2-聚能爆破筒；

21-电子爆破机构；

22-填充物；

23-温度传感器；

3-传感器组；

4-数据采集面板；

5-液压泵站；

51-注油管；

52-回油管；

53-步进阀门；

54-电子压力计；

55-步进泄压阀；

6-加热组件；

61-加热棒；

62-电子温度计；

7-主控制器；

8-试验岩样；

81-爆破试验孔；

9-高速工业摄像机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见附图1至附图3，本实用新型实施例公开了一种深井围岩高温高压爆破试验装置，包括：高压釜1、聚能爆破筒2、传感器组3、数据采集面板4、液压泵站5、加热组件6和主控制器7；

高压釜1内部通过夹持机构11固定有试验岩样8；

聚能爆破筒2安装在试验岩样8体内，用于对试验岩样8进行爆破；

传感器组3包括多个功能不同的传感器，传感器安装在试验岩样8上；

数据采集面板4安装在高压釜1侧壁上，且与传感器电性连接；

液压泵站5与高压釜1内部连通，用于向高压釜1内部注入油脂并维持其内部压力值；

加热组件6与高压釜1内部连接，用于对高压釜1内部的油脂加热；

主控制器7分别与聚能爆破筒2、数据采集面板4、液压泵站5和加热组件6电性连接。

为了进一步优化上述技术方案，高压釜1顶部具有铰接扣合的密封盖12；密封盖12的表面和高压釜1的侧壁均具有钢化玻璃透明窗口13；钢化玻璃透明窗口13的外侧安装有用于拍摄高压釜1内部的高速工业摄像机9。

为了进一步优化上述技术方案，试验岩样8为长方体岩块，试验岩样8 的表面开设有用于安装聚能爆破筒2的爆破试验孔81。

为了进一步优化上述技术方案，聚能爆破筒2内部填装有电子爆破机构 21、填充物22和温度传感器23；电子爆破机构21与主控制器7远程电性连接；填充物22用于膨胀填充在聚能爆破筒2内部，并顶紧电子爆破机构21；温度传感器23与数据采集面板4电性连接。

为了进一步优化上述技术方案，传感器组3包括压力传感器、振动传感器、位移传感器和弹性应变片。

为了进一步优化上述技术方案，液压泵站5的出油口通过注油管51与高压釜1的上部连通，回油口通过回油管52与高压釜1的下部连通；注油管51 上安装有步进阀门53和电子压力计54，步进阀门53和电子压力计54与主控制器7电性连接；回油管52上安装有步进泄压阀55，步进泄压阀55与主控制器7电性连接。

为了进一步优化上述技术方案，加热组件6电性连接有安装在高压釜1 内部的加热棒61。

为了进一步优化上述技术方案，主控制器7电性连接有安装在高压釜1 内部的电子温度计62。

为了进一步优化上述技术方案，主控制器7为Cortex-M4内核的ARM处理器STM32F407，主控制器7人机交互部分采用工业串口触摸屏 DMT10600C07005W。

本实用新型提供的深井围岩高温高压爆破试验装置的试验方法包括以下步骤：

S1、将试验岩样8通过夹持机构11固定在高压釜1内部，并在试验岩样 8上安装聚能爆破筒2和传感器组3，密封高压釜1；

S2、启动液压泵站5和加热组件6，对高压釜1内注入油脂并加热，使高压釜1内的压力和聚能爆破筒2周围的温度达到试验设定值并稳定后，通过主控制器7启动聚能爆破筒2爆破；

S3、在步骤S2中的聚能爆破筒2爆破时，通过传感器组3采集试验数据并将数据传递至数据采集面板4，并最终传递至主控制器7读取和存储；

S4、爆破完成后，关闭液压泵站5和加热组件6，降至常温并排空油脂，打开高压釜1观察试验岩样8的破坏情况，结合主控制器7的数据进行进一步分析。

上述方法的详细步骤为：

当高压釜1内的压力和爆破试验孔81内温度值T1达到并稳定在试验设计值后，主控制器7通过数据采集面板4向电子爆破机构21发送爆破指令，电子爆破机构21发生爆破；爆破发生过程中，传感器组3测量各项试验数据，并将测量到的试验数据通过数据采集面板4传输给主控制器7，主控制器7通过数据采集面板4实时读取并存储爆破试验过程中传感器组3测量的各项试验数据。

主控制器7通过高速工业摄像机9可以拍摄并存储爆破瞬间试验岩样8 外表面裂缝的形成过程。

回油管52上安装有步进泄压阀55，打开步进泄压阀55可以将高压釜1 中的油脂回流至液压泵站5的油箱内。

爆破试验完成后，通过主控制器7关闭加热组件6，使高压釜1内的温度恢复到常温状态，关闭液压泵站5，打开步进泄压阀55，释放高压釜1内的压力并排出油脂；打开密封盖12，观察爆破试验孔81和试验岩样8的破坏情况，读取主控制器7存储的试验数据进行进一步的测试研究工作。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种深井围岩高温高压爆破试验装置，其特征在于，包括：高压釜(1)、聚能爆破筒(2)、传感器组(3)、数据采集面板(4)、液压泵站(5)、加热组件(6)和主控制器(7)；

所述高压釜(1)内部通过夹持机构(11)固定有试验岩样(8)；

所述聚能爆破筒(2)安装在所述试验岩样(8)体内，用于对所述试验岩样(8)进行爆破；

所述传感器组(3)包括多个功能不同的传感器，所述传感器安装在所述试验岩样(8)上；

所述数据采集面板(4)安装在所述高压釜(1)侧壁上，且与所述传感器电性连接；

所述液压泵站(5)与所述高压釜(1)内部连通，用于向所述高压釜(1)内部注入油脂并维持其内部压力值；

所述加热组件(6)与所述高压釜(1)内部连接，用于对所述高压釜(1)内部的油脂加热；

所述主控制器(7)分别与所述聚能爆破筒(2)、数据采集面板(4)、液压泵站(5)和加热组件(6)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种深井围岩高温高压爆破试验装置，其特征在于，所述高压釜(1)顶部具有铰接扣合的密封盖(12)；所述密封盖(12)的表面和所述高压釜(1)的侧壁均具有钢化玻璃透明窗口(13)；所述钢化玻璃透明窗口(13)的外侧安装有用于拍摄所述高压釜(1)内部的高速工业摄像机(9)。

3.根据权利要求1所述的一种深井围岩高温高压爆破试验装置，其特征在于，所述试验岩样(8)为长方体岩块，所述试验岩样(8)的表面开设有用于安装所述聚能爆破筒(2)的爆破试验孔(81)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种深井围岩高温高压爆破试验装置，其特征在于，所述聚能爆破筒(2)内部填装有电子爆破机构(21)、填充物(22)和温度传感器(23)；所述电子爆破机构(21)与所述主控制器(7)远程电性连接；所述填充物(22)用于膨胀填充在所述聚能爆破筒(2) 内部，并顶紧所述电子爆破机构(21)；所述温度传感器(23)与所述数据采集面板(4)电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种深井围岩高温高压爆破试验装置，其特征在于，所述传感器组(3)包括压力传感器、振动传感器、位移传感器和弹性应变片。

6.根据权利要求1所述的一种深井围岩高温高压爆破试验装置，其特征在于，所述液压泵站(5)的出油口通过注油管(51)与所述高压釜(1)的上部连通，回油口通过回油管(52)与所述高压釜(1)的下部连通；所述注油管(51)上安装有步进阀门(53)和电子压力计(54)，所述步进阀门(53)和电子压力计(54)与所述主控制器(7)电性连接；所述回油管(52)上安装有步进泄压阀(55)，所述步进泄压阀(55)与所述主控制器(7)电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种深井围岩高温高压爆破试验装置，其特征在于，所述加热组件(6)电性连接有安装在所述高压釜(1)内部的加热棒(61)。

8.根据权利要求7所述的一种深井围岩高温高压爆破试验装置，其特征在于，所述主控制器(7)电性连接有安装在所述高压釜(1)内部的电子温度计(62)。

9.根据权利要求1所述的一种深井围岩高温高压爆破试验装置，其特征在于，所述主控制器(7)为Cortex-M4内核的ARM处理器STM32F407，所述主控制器(7)人机交互部分采用工业串口触摸屏DMT10600C07005W。

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