CN111608629B - 一种二氧化碳脉冲式致裂装置及其致裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化碳脉冲式致裂装置，包括棒状的装置本体，所述装置本体包括从左到右一字排开并相连通的压力释放端、爆燃仓和燃料添加端，所述压力释放端和燃料添加端的另一端分别设有第一油压***和第二油压***，所述第一油压***和第二油压***的另一端分别与第一油压控制器和第二油压控制器相连，所述第一油压控制器和第二油压控制器均与显示器相连。通过该装置，能够自动填装爆燃材料，提高操作效率；本发明还提供了一种二氧化碳脉冲式致裂装置的致裂方法，通过该方法，能够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，提高深层破岩的效率。
Description
技术领域
本发明涉及岩石力学设备领域，尤其涉及一种二氧化碳脉冲式致裂装置及其致裂方法。
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，截至今年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。
二氧化碳燃烧冲压技术，具有着相当大的压力输出能力，也不至于威力过大产生粉碎性的破坏的优点。但由于这项技术研究起步较晚，大部分都是向***的容器内部填装爆燃的材料，起爆一次之后就需要重新填装。相比于传统水力压裂有了一定的提升，但其操作的效率却可能远远不及水力压裂。
发明内容
为解决上述技术问题的不足，本发明提供了一种二氧化碳脉冲式致裂装置，通过该装置，能够自动填装爆燃材料，提高操作效率；本发明还提供了一种二氧化碳脉冲式致裂装置的致裂方法，通过该方法，能够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，提高深层破岩的效率。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种二氧化碳脉冲式致裂装置，包括棒状的装置本体，所述装置本体包括从左到右一字排开并相连通的压力释放端、爆燃仓和燃料添加端，所述压力释放端包括第一壳体，第一壳体内设有的第一油压端以及与第一油压端相通的泄压端，所述第一壳体壁内设有电磁***，所述电磁***的另一端伸入到爆燃仓内；所述燃料添加端包括第二壳体，第二壳体内部设有的第二油压端，以及与第二油压端相连的进料通道和排气通道；所述爆燃仓内设有过滤装置，所述过滤装置的另一端与排气通道固定相通。所述压力释放端和燃料添加端的另一端分别设有第一油压***和第二油压***，所述第一油压***和第二油压***的另一端分别与第一油压控制器和第二油压控制器相连，所述第一油压控制器和第二油压控制器均与显示器相连。
通过以上设置，将燃料通过燃料添加端输送到爆燃仓内，爆燃仓内的燃料爆燃产生的高压气体通过压力释放端释放到岩石上，从而完成对岩石的一次***作用；通过第一油压控制器和第二油压控制器分别自动调节第一油压端和第二油压端内的油压，可以多次自动进行燃料的添加及高压气体的释放，即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，提高对岩石的***效率。
所述第一油压端包括第一壳体内左端设有的第一注油口以及与第一注油口右端相连通的第一油压室，所述第一油压室内设有第一活塞阀门；所述泄压端包括第一壳体内右端设有的泄压口和泄压通道d，所述第一油压室右侧与泄压通道d的左端相连通，所述泄压通道d的右端口与爆燃仓相通，位于所述泄压通道d上下两侧的第一壳体壁上均设有泄压口，所述泄压口一端与外界相通，所述泄压口另一端与泄压通道d相通。
通过以上设置，通过第一注油口向第一油压室内注油，在第一油压室内油压的驱使下，第一活塞阀门向右移动进入到泄压通道d内，将与泄压通道d连通的泄压口下端堵住，阻断泄压口与泄压通道d之间的连通；
在所述泄压通道d上下两侧的第一壳体壁内均固定连接有电磁***的一端，所述电磁***包括电磁棒以及电磁棒上套设的电磁线圈，所述电磁棒的一端向左横向穿过第一壳体壁内的通孔后，并继续穿过第一壳体壁并进入到泄压口后，再穿过第一壳体壁，进入第一壳体壁内的通道b内，所述电磁棒的另一端向右伸入到爆燃仓内，通道b的上端与外界相通，电磁棒通过通道b上端伸出的导线与电源连接。
通过以上设置，电磁***接通电源，通过电磁***的电磁感应来激发爆燃仓中的燃料产生爆燃反应。
所述第二油压端包括第二壳体内从右到左依次相连通的管路通道，第二注油口以及第二油压室，所述第二油压室内设有第二活塞阀门。
所述进料通道和排气通道分别包括通道e和通道g，所述通道e和通道g分别横向贯穿于所述第二注油口上下两侧的第二壳体内，所述通道e和通道g均向左延伸并分别与从第二活塞阀门表面延伸到第二活塞阀门内部的通道h和通道i活动相通；所述通道h和通道i的左端口均与第二油压室相通，所述通道e和通道g的右端口均与管路通道相通。
所述过滤装置包括过滤筒，所述过滤筒的另一端向右伸入到第二油压室内，并与通道i固定连通。
过滤筒由400目的不锈钢网制备而成，该过滤筒只能让气体通过，而粉体无法通过。
通过以上设置，通过第二注油口向第二油压室内注油，在第二油压室内油压的驱使下，第二活塞阀门向第二油压室的左端移动，直至无法再移动时，通道i的右端口接通第二壳体内的通道g的左端口，第二活塞阀门内设有的通道h的右端口接通第二壳体内的通道e的左端口，可使燃料从通道e和通道h进入爆燃仓内。
所述爆燃仓包括第三壳体，所述第一壳体，第三壳体和第二壳体从左到右依次固定相连，所述第一壳体的右端外壁上以及第二壳体的左端外壁上均设有外螺纹，所述第三壳体的两端内壁上均设有与外螺纹相匹配的内螺纹；所述泄压通道d和电磁***的右侧部分从第三壳体的左端口伸入到第三壳体内；所述第二油压室的左侧部分从第三壳体的右端口伸入到第三壳体内。
通过以上设置，可以确保爆燃仓分别与燃料添加端和压力释放端紧密相连及相通；确保通过燃料添加端注入的燃料能够完全进入到爆燃仓内，确保爆燃仓内产生高压气体能够充分的释放出去。
所述第一活塞阀门和第二活塞阀门均包括竖端及与竖端相连的横端，所述第一活塞阀门和第二活塞阀门的竖端分别与第二油压室和第一油压室的右端及左端处内径相适配；
通过以上设置，确保第一油压室和第二油压室分别与第一活塞阀门和第二活塞阀门之间的密闭性，确保第一油压室和第二油压室内的油不会分别顺着第一活塞阀门和第二活塞阀门流入到爆燃仓内，从而导致第一油压室和第二油压室内无法形成油压。
所述第一活塞阀门横端的端头与泄压通道d左端处的内径相适配，所述第二活塞阀门横端的端头与第二油压室的左端处内径相适配。
通过以上设置，确保第一活塞阀门横端的端头可以完全堵住泄压口的下端；确保第二活塞阀门横端的端头能够完全堵住第二油压室的左端处，从而可以保证爆燃仓的密闭性。
所述第一活塞阀门和第二活塞阀门的竖端的直径均大于所述第一活塞阀门和第二活塞阀门的横端直径。
通过以上设置，确保第二活塞阀门和第一活塞阀门分别与第二油压室和第一油压室的接触面积都远远大于与爆燃仓内高压气体的接触面积，因此进行第一次燃烧冲压后，当爆燃仓中的高压气体被排进后，只需要更小的油压，就可以将第一活塞阀门推回至泄压通道d左端处，将第二活塞阀门推回至第二油压室的左端，即第二油压室和第一油压室的充油量少，节约成本。
位于通道h和通道i右端口两侧的第二活塞阀门上均设有若干凹槽，所述凹槽内均设有与凹槽相匹配的密封圈。
一种二氧化碳脉冲式致裂装置的致裂方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将岩石打洞，洞口直径应略大于棒状装置本体的直径；
（2）将致裂装置的压力释放端朝下放入到岩石洞内；
（3）通过第一注油口向第一油压室内注油，直到第一活塞阀门堵住泄压口的另一端后，停止注油；通过第二注油口向第二油压室内注油，直到进料通道与排气通道均与爆燃仓相通后，停止注油；
（4）先将聚能剂通过气态二氧化碳，从进料通道输送到爆燃仓内，再将液态二氧化碳从进料通道输送到爆燃仓内，加入到爆燃仓内的聚能剂和液态二氧化碳的重量比为1:（1-2）；
（5）通过第二注油口将第二油压室内注入的油反向抽出，直到进料通道与排气通道均与爆燃仓断开连通后，停止抽油；电磁***接通电源，引爆爆燃仓内的聚能剂和液态二氧化碳，产生的高压气体从泄压口作用于岩石上，直到无法听到岩石洞内的***声后，断开电磁***的电源；
（6）重复（3）至（5）的操作，再次对岩石进行冲压***。
本发明的有益效果为：
（1）由于对岩石地层钻孔都是圆柱形孔，本发明将装置本体设计成棒状；可以直接将棒状的装置本体装入到钻孔中，非常方便使用，而其他形状如箱体，由于与钻孔形状不符，不方便用于岩石***的实际应用中。
（2）通过设置燃料添加端，爆燃仓和压力释放端，将燃料通过燃料添加端输送到爆燃仓内，爆燃仓内的燃料爆燃产生的高压气体通过压力释放端释放到岩石上，从而完成对岩石的一次***作用；通过第一油压控制器和第二油压控制器分别自动调节第一油压端和第二油压端内的油压，可以多次自动进行燃料的添加及高压气体的释放，即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，提高对岩石的***效率。
（3）由于聚能剂中的粉体在气态二氧化碳输送到爆燃仓后，气态二氧化碳要不断从爆燃仓内排出，才可以源源不断输送粉体进入爆燃仓内；通过在爆燃仓内设置过滤筒，过滤筒一端与排气通道相连，由于过滤筒只能让气体通过，而粉体无法通过；这样可以保证气态二氧化碳顺着过滤筒，以及由通道g和通道i组成的排气通道排出时，聚能剂中的粉体仍停留在爆燃仓内，从而降低聚能剂中的粉体损失率。
（4）通过本发明的裂解方法，能够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，提高深层破岩的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的燃料添加端结构示意图；
图3为本发明的压力释放端结构示意图；
图4为图1中A部分的放大图。
其中，图中，1压力释放端，1-1第一注油口，1-2第一油压室，1-3第一活塞阀门，1-4电磁棒，1-5电磁线圈，1-6泄压通道d，1-7通道b，1-8泄压口，2爆燃仓，3燃料添加端，3-1过滤筒，3-2第二油压室，3-3第二活塞阀门，3-4第二注油口，3-5管路通道，3-6通道e，3-7通道g，3-8通道h，3-9通道i。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1、图4所示，一种二氧化碳脉冲式致裂装置，包括棒状的装置本体，所述装置本体包括从左到右一字排开并相连通的压力释放端1、爆燃仓2和燃料添加端3，所述压力释放端1包括第一壳体，第一壳体内设有的第一油压端以及与第一油压端相通的泄压端，所述第一壳体壁内设有电磁***，所述电磁***的另一端伸入到爆燃仓2内；所述燃料添加端3包括第二壳体，第二壳体内部设有的第二油压端，以及与第二油压端相连的进料通道和排气通道；所述爆燃仓2内设有过滤装置，所述过滤装置的另一端与排气通道固定相通。
通过以上设置，将燃料通过燃料添加端3输送到爆燃仓2内，爆燃仓2内的燃料爆燃产生的高压气体通过压力释放端1释放到岩石上，从而完成对岩石的一次***作用；
所述压力释放端1和燃料添加端3的另一端分别设有第一油压***和第二油压***，所述第一油压***和第二油压***的另一端分别与第一油压控制器和第二油压控制器相连，所述第一油压控制器和第二油压控制器均与显示器相连。第一油压***包括第一油压泵及与第一油压泵连接的第一油压管道；第二油压***包括第二油压泵及与第二油压泵连接的第二油压管道。
所述爆燃仓2包括第三壳体，所述第一壳体，第三壳体和第二壳体从左到右依次固定相连，具体的，所述第一壳体的右端外壁上以及第二壳体的左端外壁上均设有外螺纹，所述第三壳体的两端内壁上均设有与外螺纹相匹配的内螺纹，即第一壳体，第三壳体和第二壳体之间通过设有的内螺纹和外螺纹固定连接。
所述泄压通道d1-6和电磁***的右侧部分从第三壳体的左端口伸入到第三壳体内；所述第二油压室3-2的左侧部分从第三壳体的右端口伸入到第三壳体内。
通过以上设置，可以确保爆燃仓2分别与燃料添加端3和压力释放端1紧密相连及相通；确保通过燃料添加端3注入的燃料能够完全进入到爆燃仓2内，确保爆燃仓2内产生高压气体能够充分的释放出去。
如图2所示，所述第一油压端包括第一壳体内左端设有的第一注油口1-1以及与第一注油口1-1右端相连通的第一油压室1-2，所述第一油压室1-2内设有第一活塞阀门1-3；所述泄压端包括第一壳体内右端设有的泄压口1-8和泄压通道d1-6，所述第一油压室1-2右侧与泄压通道d1-6的左端相通，所述泄压通道d1-6的右端口与爆燃仓2相通，位于所述泄压通道d1-6上下两侧的第一壳体壁上均设有泄压口1-8，所述泄压口1-8一端与外界相通，所述泄压口另一端与泄压通道d1-6相通，第一油压管道的另一端与第一注油口1-1相连通。
通过以上设置，通过第一注油口1-1向第一油压室1-2内注油，在第一油压室1-2内油压的驱使下，第一活塞阀门1-3向右移动进入到泄压通道d1-6内，将与泄压通道d1-6连通的泄压口1-8另一端堵住，阻断泄压口1-8与泄压通道d1-6之间的连通。
在所述泄压通道d1-6上下两侧的第一壳体壁内均固定连接有电磁***，所述电磁***包括电磁棒1-4以及电磁棒1-4上套设的电磁线圈1-5，所述电磁棒1-4的一端向左横向穿过第一壳体壁内的通孔，并继续穿过第一壳体壁，进入到泄压口1-8后，再穿过第一壳体壁，最终进入第一壳体壁内的通道b1-7内，所述电磁棒1-4的另一端向右伸入到爆燃仓2内；通道b1-7的上端与外界相通，电磁棒1-4通过通道b1-7上端伸出的导线与电源连接。
通过以上设置，电磁***接通电源，通过电磁***的电磁感应来激发爆燃仓2中的燃料产生爆燃反应。
如图3所示，所述第二油压端包括第二壳体内从右到左依次相通的管路通道3-5，第二注油口3-4以及第二油压室3-2，所述第二油压室3-2内设有第二活塞阀门3-3，第二油压管道的另一端与第二注油口3-4相连通。
所述进料通道和排气通道分别包括通道e3-6和通道g3-7，所述通道e3-6和通道g3-7分别横向贯穿于所述第二注油口3-4上下两侧的第二壳体壁内，所述通道e3-6和通道g3-7均向左延伸并分别与从第二活塞阀门3-3表面延伸到第二活塞阀门3-3内部的通道h3-8和通道i3-9活动相通；所述通道h3-8和通道i3-9的左端口均与第二油压室3-2内相通，所述通道e3-6和通道g3-7的右端口与第二壳体右端的管路通道3-5相通，通道e3-6与燃料输入管道相连通。
通过以上设置，通过第二注油口3-4向第二油压室3-2内注油，在第二油压室3-2内油压的驱使下，第二活塞阀门3-3向第二油压室3-2的左端移动，直至无法再移动时，通道i3-9的右端口接通第二壳体内的通道g3-7的左端口，第二活塞阀门3-3内设有的通道h3-8的右端口接通第二壳体内的通道e3-6的左端口，由于第二油压室3-2的压力大于爆燃仓2内压力，第二油压室3-2和爆燃仓2之间形成了压力差，可驱使燃料从通道e3-6和通道h3-8输送到爆燃仓2内。
所述过滤装置包括过滤筒3-1，所述过滤筒3-1的另一端向右进入第二油压室3-2内，并与通道i3-9固定连通。过滤筒3-1由400目的不锈钢网制作而成，该过滤筒3-1的一端呈密闭不通状态，过滤筒3-1的另一端与通道i3-9固定连通。
本实施例中的燃料包括聚能剂和液态二氧化碳，由于聚能剂中的粉体质地较重，容易沉积在通道e3-6和通道h3-8组成的进料通道内，从而无法进入到爆燃仓2内；因此，聚能剂中的粉体需要在气态二氧化碳吹送下，才能够迅速的进入到爆燃仓2；但大量的气态二氧化碳进入到爆燃仓2内，如果不及时排出的话，会导致爆燃仓2内压力增大，从而会阻止粉体继续输送到爆燃仓2，因此需要通过通道i3-9和通道g3-7组成的排气通道，将气态二氧化碳不断从爆燃仓2内排出，而在气态二氧化碳排出的过程中，也要防止聚能剂中的粉体被气态二氧化碳带出爆燃仓2外；通过设置过滤筒3-1，由于过滤筒3-1只能让气体通过，而粉体无法通过；这样可以保证气态二氧化碳顺着过滤筒3-1以及与过滤筒3-1连通的排气通道排出时，聚能剂中的粉体仍停留在爆燃仓2内。
所述第一活塞阀门1-3和第二活塞阀门3-3均包括竖端及与竖端相连的横端，所述第一活塞阀门1-3和第二活塞阀门3-3的竖端分别与第二油压室3-2和第一油压室1-2的右端及左端处内径相适配；
通过以上设置，确保第一油压室1-2和第二油压室3-2分别与第一活塞阀门1-3和第二活塞阀门3-3之间的密闭性，确保第一油压室1-2和第二油压室3-2内的油不会分别顺着第一活塞阀门1-3和第二活塞阀门3-3流入到爆燃仓2内，从而导致第一油压室1-2和第二油压室3-2内无法形成油压。
所述第一活塞阀门1-3横端的端头与泄压通道d1-6左端处的内径相适配，所述第二活塞阀门3-3横端的端头与第二油压室3-2的左端处内径相适配。
通过以上设置，确保第一活塞阀门1-3横端的端头可以完全堵住泄压口的下端；确保第二活塞阀门3-3横端的端头能够完全堵住第二油压室3-2的左端处，从而可以保证爆燃仓2的密闭性。
所述第一活塞阀门1-3和第二活塞阀门3-3的竖端的直径均大于所述第一活塞阀门1-3和第二活塞阀门3-3的横端直径。
通过以上设置，确保第二活塞阀门3-3和第一活塞阀门1-3分别与第二油压室3-2和第一油压室1-2的接触面积都远远大于与爆燃仓2内气体的接触面积，因此进行第一次燃烧冲压后，当爆燃仓2中的高压气体被排空后，由于爆燃仓2内的压力变小，导致第一油压室1-2，第二油压室3-2分别和爆燃仓2之间的压力差变大；只需要更小的油压，就可以将第一活塞阀门1-3推回至泄压通道d1-6左端处，将第二活塞阀门3-3推回至第二油压室3-2的左端，即第二油压室3-2和第一油压室1-2的充油量减少，节约了成本。
位于通道h3-8和通道i3-9右端口两侧的第二活塞阀门3-3上均设有若干凹槽，所述凹槽内均设有与凹槽相匹配的密封圈。
本实施例中的致裂方法：
（1）将岩石打洞，洞口直径应略大于装置本体的直径；
（2）将管线梳理完毕的致裂装置放入到岩石洞内，其中致裂装置的压力释放端1朝下放入到岩石洞内；
（3）第一油压控制器控制第一油压***，通过第一注油口1-1向第一油压室1-2内注入油，当注入第一油压室1-2的油量不再增加，且第一活塞阀门1-3堵住了泄压口1-8的另一端后，停止注油；第二油压控制器控制第二油压***，通过第二注油口3-4向第二油压室3-2内注油，当注入第二油压室3-2的油量不再增加，且进料通道与排气通道均与爆燃仓2相通后，停止注油；
（4）先将聚能剂通过气态二氧化碳，从进料通道输送到爆燃仓2内，再将液态二氧化碳从进料通道输送到爆燃仓2内，加入到爆燃仓2内的聚能剂和液态二氧化碳的重量比为1:1，这时，爆燃仓2内的压力约为8 MPa；气态二氧化碳只是作为聚能剂中粉体的输送剂，不参与爆燃反应。
（5）第二油压控制器控制第二油压***，通过第二注油口3-4将第二油压室3-2内注入的油反向抽出，直到通道e3-6和通道g3-7的左端口均被密封圈堵住，即进料通道与排气通道均与爆燃仓2断开连通后，停止抽油；电磁***接通电源，引爆爆燃仓2内的聚能剂和液态二氧化碳，产生的高压气体从泄压口作用于岩石上，直到无法听到岩石洞内的***声后，断开电磁***的电源；
（6）重复（3）至（5）的操作，再次对岩石进行冲压***。
工作原理：通过第一注油口1-1向第一油压室1-2内注油，在第一油压室1-2内油压的驱使下，第一活塞阀门1-3向右移动进入到泄压通道d1-6内，将与泄压通道d1-6连通的泄压口1-8另一端堵住，阻断泄压口1-8与泄压通道d1-6之间的连通，从而使压力释放端1与爆燃仓2断开连通；通过第二注油口3-4向第二油压室3-2内注油，在第二油压室3-2内油压的驱使下，第二活塞阀门3-3向第二油压室3-2的左端移动，直至无法再移动时，通道i3-9的右端口接通第二壳体内的通道g3-7的左端口，即排气通道与爆燃仓2相通；通道h3-8的右端口接通第二壳体内的通道e3-6的左端口，即进料通道与与爆燃仓2相通；进料通道及排气通道均与爆燃仓2相通后，先通过气态二氧化碳输送聚能剂，从进料通道进入爆燃仓2内，气态二氧化碳通过过滤筒3-1和排气通道从爆燃仓2内不断排出，待聚能剂输送完毕后，再通过进料通道向爆燃仓2内注入液态二氧化碳。当燃料添加完毕后，通过第二注油口3-4将第二油压室3-2内注入的油反向抽出，使第二油压室3-2内油压降低，这时第二活塞阀门3-3向第二注油口3-4方向移动，通道h3-8的右端口和通道e3-6的左端口相错开，通道i3-9的右端口和通道g3-7的左端口相错开；通道e3-6和通道g3-7的左端口均被第二活塞阀门3-3上设有的密封圈堵住，从而排气通道及进料通道均与爆燃仓2断开连通；电磁***接通电源，启动爆燃仓2内的聚能剂和液态二氧化碳组成的燃料，激发爆燃反应，爆燃仓2内产生的高压气体涌向泄压通道d1-6内，并推动第一活塞阀门1-3向第一注油口1-1方向移动，这时泄压口1-8与泄压通道d1-6相通，高压气体产生的压力通过泄压口1-8向岩石上泄压，同时爆燃之后产生的废气和废料也通过泄压口1-8排到外界。
当第一次泄压完成后，重复上述操作，进行下一次的泄压作业。
本实施例中的聚能剂由强活性金属粉末、高能氧化剂、拟爆剂和惰性气体组成，所述各组分的质量配比为12:3:1:1；所述金属粉末为金属镁粉和金属铝粉，质量比为2:1；所述金属粉末的粒径为镁粉1um，铝粉50nm；所述高能氧化剂为过氧化钠粉末；所述拟爆剂为氯化钙；所述惰性气体为氦气。
聚能剂与二氧化碳反应获得动力能源的原理为：聚能剂以悬浮的状态均匀分布于超临界二氧化碳内，从而形成二氧化碳和聚能剂的混合物。一方面，聚能剂能够与一部分二氧化碳发生剧烈的氧化还原反应，瞬间释放大量热量，形成高温高压的环境，进一步地，激烈的燃烧反应可以转化为***冲击波；另一方面，高温条件下使得未参加反应的二氧化碳瞬间相变，产生二氧化碳相变***冲击波。本发明中通过控制聚能剂的成分及金属粉末的粒径级配，可以调节氧化还原反应速率，调整二氧化碳和强活性聚能剂混合物的燃烧速率和燃烧反应剧烈程度，实现气爆温度和压力的精确控制。其中，加入高能氧化剂可以增强二氧化碳与强活性金属粉末的反应激烈程度；拟爆剂颗粒的添加可以更加有效地调节二氧化碳与聚能剂反应产生的气爆速度、气爆上下限、最小点火能量和静电火花感度等参数；惰性气体的添加可以提高强活性聚能剂在运输、混合、储存、充注时的安全性。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于，加入到爆燃仓内的聚能剂和液态二氧化碳的重量比为1:2，爆燃仓内的压力约为12 MPa。
本实施例中的聚能剂由强活性金属粉末、高能氧化剂、拟爆剂和惰性气体组成，所述各组分的质量配比为12:0:1:1；所述金属粉末为镁粉；所述金属粉末的粒径为镁粉10um；所述高能氧化剂为过氧化钠粉末；所述拟爆剂为氯化钙；所述惰性气体为氮气。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于，本实施例中的聚能剂由强活性金属粉末、高能氧化剂、拟爆剂和惰性气体组成，所述各组分的质量配比为12:1:0:2；所述金属粉末为镁粉；所述金属粉末的粒径为50um；所述高能氧化剂为氧气；所述惰性气体为氦气。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)
1.一种二氧化碳脉冲式致裂装置，其特征在于：包括棒状的装置本体，所述装置本体包括从左到右一字排开并相连通的压力释放端、爆燃仓和燃料添加端，所述压力释放端包括第一壳体、第一壳体内设有的第一油压端以及与第一油压端相通的泄压端，所述第一壳体壁内设有电磁***，所述电磁***的一端伸入到爆燃仓内；所述燃料添加端包括第二壳体、第二壳体内设有的第二油压端，以及与第二油压端相连的进料通道和排气通道；所述爆燃仓内设有过滤装置，所述过滤装置的一端与排气通道固定相通；所述压力释放端和燃料添加端的另一端分别设有第一油压***和第二油压***，所述第一油压***和第二油压***的另一端分别与第一油压控制器和第二油压控制器相连，所述第一油压控制器和第二油压控制器均与显示器相连。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳脉冲式致裂装置，其特征在于，所述第一油压端包括第一壳体内左端设有的第一注油口以及与第一注油口右端相连通的第一油压室，所述第一油压室内设有第一活塞阀门；所述泄压端包括第一壳体内右端设有的泄压口和泄压通道d，所述第一油压室右侧与泄压通道d的左端相通，所述泄压通道d的右端口与爆燃仓相通，位于所述泄压通道d上下两侧的第一壳体壁上均设有泄压口，所述泄压口一端与外界相通，所述泄压口另一端与泄压通道d相通。
3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳脉冲式致裂装置，其特征在于，在所述泄压通道d上下两侧的第一壳体壁内均固定连接有电磁***，所述电磁***包括电磁棒以及电磁棒上套设的电磁线圈，所述电磁棒的一端向左横向穿过第一壳体壁内的通孔后，并继续穿过第一壳体壁并进入到泄压口后，再穿过第一壳体壁，进入第一壳体壁内的通道b内，所述电磁棒的另一端向右伸入到爆燃仓内。
4.根据权利要求2所述的一种二氧化碳脉冲式致裂装置，其特征在于：所述第二油压端包括第二壳体内从右到左依次相连通的管路通道、第二注油口以及第二油压室，所述第二油压室内设有第二活塞阀门。
5.根据权利要求4所述的一种二氧化碳脉冲式致裂装置，其特征在于：所述进料通道和排气通道分别包括通道e和通道g，所述通道e和通道g分别横向贯穿于所述第二注油口上下两侧的第二壳体壁内，所述通道e和通道g均向左延伸并分别与从第二活塞阀门表面延伸到第二活塞阀门内部的通道h和通道i活动相通；所述通道h和通道i的左端口均与第二油压室相通，所述通道e和通道g的右端口均与管路通道相通。
6.根据权利要求4所述的一种二氧化碳脉冲式致裂装置，其特征在于：所述过滤装置包括过滤筒，所述过滤筒的一端向右伸入到第二油压室内，并与通道i固定连通。
7.根据权利要求1所述的一种二氧化碳脉冲式致裂装置，其特征在于：所述爆燃仓包括第三壳体，所述第一壳体、第三壳体和第二壳体从左到右依次固定相连，所述第一壳体的右端外壁上以及第二壳体的左端外壁上均设有外螺纹，所述第三壳体的两端内壁上均设有与外螺纹相匹配的内螺纹。
8.根据权利要求4所述的一种二氧化碳脉冲式致裂装置，其特征在于：所述爆燃仓包括第三壳体，所述泄压通道d和电磁***的右侧部分从第三壳体的左端口伸入到第三壳体内；所述第二油压室的左侧部分从第三壳体的右端口伸入到第三壳体内。
9.根据权利要求4所述的一种二氧化碳脉冲式致裂装置的致裂方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将岩石打洞，洞口直径应略大于棒状装置本体的直径；
（2）将致裂装置放入到岩石洞内；
（3）通过第一注油口向第一油压室内注油，直到第一活塞阀门堵住泄压口的另一端后，停止注油；通过第二注油口向第二油压室内注油，直到进料通道与排气通道均与爆燃仓相通后，停止注油；
（4）先将聚能剂通过气态二氧化碳，从进料通道输送到爆燃仓内后，再将液态二氧化碳从进料通道输送到爆燃仓内，加入到爆燃仓内的聚能剂和液态二氧化碳的重量比为1:（1-2）；
（5）通过第二注油口将第二油压室内注入的油反向抽出，直到进料通道与排气通道均与爆燃仓断开连通后，停止抽油；电磁***接通电源，引爆爆燃仓内的聚能剂和液态二氧化碳，产生的高压气体从泄压口作用于岩石上，直到无法听到岩石洞内的***声后，断开电磁***的电源；
（6）重复（3）至（5）的操作，再次对岩石进行冲压***。
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