本发明专利技术公开了一种可模拟一定地应力条件下的CO2致裂测试系统及方法，该测试系统包括CO2冷凝系统，输送泵、控温罐、致裂管和真三轴围压加载装置，CO2冷凝系统包括储液罐，输送泵通过管道连接储液罐底部，控温罐放置在控温装置中，致裂管末端置于岩样中心位置，岩样外侧连接声发射监测装置，岩样放置在真三轴围压加载装置内部，通过真三轴围压加载装置对岩样施加围压，从而模拟岩样所处的地应力条件。本发明专利技术考虑了岩样周围应力场作用对CO2致裂效果的作用，提高了实验精度，改善了实验效果；可用于研究CO2致裂管管径、布孔位置、布孔数量等因素对致裂实验效果的影响；CO2相变制裂技术和CO2压裂技术均可应用于煤矿、油气开采领域实现CO2利用与封存。利用与封存。利用与封存。
【技术实现步骤摘要】
一种可模拟一定地应力条件下的CO2致裂测试系统及方法
[0001]本专利技术涉及采矿
和二氧化碳利用、封存
，尤其涉及一种可模拟一定地应力条件下的CO2致裂测试系统及方法。
技术介绍
[0002]CO2相变致裂技术主要应用于低透气性、高瓦斯煤层的致裂、增透
，起到治理瓦斯的作用。此外，CO2相变致裂技术在一定条件下可以代替炸药，应用于岩体破裂、混凝土拆除、矿石开采等
上述致裂作用主要由CO2致裂器产生。CO2致裂器主要由充装阀、储液管、加热管、定压剪切片、泄能头等部分组成，其工作原理为：储存在储液管内的液态二氧化碳在加热管加热后，快速气化膨胀并产生高压，当压力达到定压剪切片极限强度时，定压剪切片破断，高压气体从泄能头释放，由气体膨胀产生的压力作用于煤层，使其产生裂隙，并使原有的裂隙扩张，起到增加煤层透气性和驱替瓦斯的作用。泄能头是液态二氧化碳气化后的能量释放通道，对致裂效果具有较大影响。
[0003]与水力压裂技术相比，CO2相变致裂技术操作简单，爆破威力可控、致裂范围广，避免了水进入地层，防止注入的水对地层水敏伤害作用，具有更强的吸附能力与更高的瓦斯抽采效率。
[0004]但是现有行业内二氧化碳相变致裂实验研究具有以下缺点：(1)没有考虑煤岩周围应力场作用对CO2致裂效果的作用，使得实验效果与实际应用效果相比误差较大；(2)没有考虑CO2致裂管管径、布孔方式、布孔数量等因素对致裂实验效果的影响；(3)真三轴致裂模拟实验装置所用到的岩样尺寸一般为边长约30cm的立方体，当前行业内所用型号的CO2相变致裂器与该岩样尺寸不匹配，不适合直接开展配套实验研究。
技术实现思路
[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种可模拟一定地应力条件下的CO2致裂测试系统及方法。本专利技术提供的可模拟一定地应力条件的CO2致裂测试系统，能够对岩样加载一定围压来模拟地层所处的地应力条件，研究致裂管的孔径、布孔方式等技术参数对致裂效果的影响规律，该系统还可以模拟研究CO2压裂技术。
[0006]一方面，本专利技术提出了一种可模拟一定地应力条件下的CO2致裂测试系统，包括：
[0007]CO2冷凝系统，所述CO2冷凝系统包括用于储存液态CO2的储液罐；
[0008]设置在所述储液罐下游的输送泵，所述输送泵通过管道连接所述储液罐底部；
[0009]设置在所述输送泵下游的控温罐，所述控温罐放置在控温装置中；
[0010]设置在所述控温罐下游的致裂管，所述致裂管末端置于岩样中心位置，所述岩样外侧连接声发射监测装置，通过改变所述致裂管的直径和布孔方式模拟不同致裂管类型条件下的致裂情况；
[0011]真三轴围压加载装置，所述岩样放置在所述真三轴围压加载装置内部，通过所述
真三轴围压加载装置对所述岩样施加围压以模拟所述岩样所处的地应力条件。
[0012]在一些实施例中，所述控温罐入口和所述输送泵之间的管线上设置第二阀和止回阀，所述止回阀设置在所述第二阀和所述控温罐之间。
[0013]在一些实施例中，所述输送泵和所述第二阀之间的支路上设置安全阀。
[0014]在一些实施例中，所述控温罐出口和所述致裂管之间的管线上设置第二温度计、第二压力计和第三阀，所述第二温度计和所述第二压力计分别用于监测所述控温罐内CO2的温度和压力，所述第三阀靠近所述致裂管设置。
[0015]在一些实施例中，所述CO2冷凝系统还包括：
[0016]至少一个储气瓶，所述储气瓶为系统提供CO2气体；
[0017]设置在所述储气瓶下游的冷凝器，所述冷凝器和所述储气瓶之间设置第一阀，所述冷凝器和所述储液罐之间设置第一温度计和第一压力计，所述第一温度计和所述第一压力计分别用于监测所述储液罐中CO2的温度和压力。
[0018]在一些实施例中，所述冷凝器和所述第一阀之间设置过滤器。
[0019]在一些实施例中，所述输送泵为恒速恒压泵。
[0020]在一些实施例中，所述控温装置为水浴锅，所述控温罐浸没在所述水浴锅液面以下。
[0021]在一些实施例中，所述控温装置为油浴锅，所述控温罐浸没在所述油浴锅液面以下。
[0022]另一方面，本专利技术提出了一种可模拟一定地应力条件下的CO2致裂测试方法，利用可模拟一定地应力条件的CO2致裂测试系统进行CO2加热相变致裂试验、CO2压裂试验和CO2相变致裂管致裂试验，其中，
[0023]所述CO2加热相变致裂试验包括以下步骤：
[0024]将致裂管置于岩样中心位置，通过真三轴围压加载装置对所述岩样加载围压；
[0025]将控温装置内温度设置到实验目标温度；
[0026]通过输送泵将CO2注入控温罐进行加热，气化后的CO2气体通过所述致裂管对所述岩样进行致裂，同时声发射监测装置对岩样中裂缝产生时的声发射信号数据进行采集分析；
[0027]改变所述真三轴围压加载装置加载的围压、CO2注入量、所述致裂管的直径、所述致裂管的布孔方式及实验温度，模拟研究不同致裂管在不同加载压力、不同CO2注入量及不同实验温度下对致裂效果的影响规律；
[0028]所述CO2压裂试验包括以下步骤：
[0029]将致裂管置于岩样中心位置，通过真三轴围压加载装置对所述岩样加载围压；
[0030]将控温装置内温度设置到实验目标温度；
[0031]通过输送泵将CO2注入控温罐进行加热，气化后的CO2气体通过所述致裂管对所述岩样进行致裂，同时声发射监测装置对岩样中裂缝产生时的声发射信号数据进行采集分析；
[0032]改变所述真三轴围压加载装置加载的围压、CO2注入量、所述致裂管的直径、所述致裂管的布孔方式及实验温度，模拟研究不同致裂管在不同加载压力、不同CO2注入量及不同实验温度下对致裂效果的影响规律；
[0033]所述CO2相变致裂管致裂试验：
[0034]将小型化的致裂管置于岩样中心位置，通过真三轴围压加载装置对所述岩样加载围压；
[0035]控制CO2相变致裂管直接爆破岩样，同时声发射监测装置对岩样中裂缝产生时的声发射信号数据进行采集分析；
[0036]改变所述真三轴围压加载装置加载的围压、所述致裂管的长度和直径、所述致裂管内部充装的CO2的量及所述致裂管的布孔方式，模拟研究不同加载围压下，致裂管的不同长度和直径、致裂管内部充装的不同CO2的量、布孔位置和布孔数量对岩样致裂效果的影响规律。
[0037]相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0038]本专利技术使用真三轴围压加载系统模拟地层所处的地应力条件，考虑了岩样周围应力场作用对CO2致裂效果的作用，提高了实验精度，改善了实验效果。
[0039]本专利技术可用于研究CO2致裂管管径、布孔位置、布孔数量等因素对致裂实验效果的影响。
[0040]本专利技术利用CO2相变致裂技术可应用于煤矿开采领域，由于CO2与地本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可模拟一定地应力条件下的CO2致裂测试系统，其特征在于，包括：CO2冷凝系统，所述CO2冷凝系统包括用于储存液态CO2的储液罐；设置在所述储液罐下游的输送泵，所述输送泵通过管道连接所述储液罐底部；设置在所述输送泵下游的控温罐，所述控温罐放置在控温装置中；设置在所述控温罐下游的致裂管，所述致裂管末端置于岩样中心位置，所述岩样外侧连接声发射监测装置，通过改变所述致裂管的直径和布孔方式模拟不同致裂管类型条件下的致裂情况；真三轴围压加载装置，所述岩样放置在所述真三轴围压加载装置内部，通过所述真三轴围压加载装置对所述岩样施加围压以模拟所述岩样所处的地应力条件。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控温罐入口和所述输送泵之间的管线上设置第二阀和止回阀，所述止回阀设置在所述第二阀和所述控温罐之间。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述输送泵和所述第二阀之间的支路上设置安全阀。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控温罐出口和所述致裂管之间的管线上设置第二温度计、第二压力计和第三阀，所述第二温度计和所述第二压力计分别用于监测所述控温罐内CO2的温度和压力，所述第三阀靠近所述致裂管设置。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CO2冷凝系统还包括：至少一个储气瓶，所述储气瓶为系统提供CO2气体；设置在所述储气瓶下游的冷凝器，所述冷凝器和所述储气瓶之间设置第一阀，所述冷凝器和所述储液罐之间设置第一温度计和第一压力计，所述第一温度计和所述第一压力计分别用于监测所述储液罐中CO2的温度和压力。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述冷凝器和所述第一阀之间设置过滤器。7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输送泵为恒速恒压泵。8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控温装置为水浴锅，所述控温罐浸没在所述水浴锅液面以下。9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控温装置为油浴锅，所述控温罐浸...
【专利技术属性】
技术研发人员：张健，朱明宇，周娟，李克相，赵清泉，李朝，张国祥，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。