超临界CO2岩石致裂试验系统的制作方法

本发明属于岩石致裂，具体涉及一种超临界co2岩石致裂试验系统。

背景技术：

1、岩石致裂技术是指在开采自然资源、工程建设中，利用各种技术手段破坏岩石的结构，以便进行施工作业。在对岩石进行致裂时一般采用爆破的方式，利用炸药或其他爆炸物在岩石上释放能量，从而使得岩石整体碎裂。然而通过爆破的方式致裂岩石安全性较低，容易发生危险事故，无法保证参与生产活动操作人员的安全。为了避免在致裂岩石时发生危险，出现利用二氧化碳或者水力对岩石进行致裂的技术。其中水力致裂时利用高压射流的原理，通过高压水作媒介致使岩体内部裂隙产生一定程度的扩展。但是在进行水力压裂活动是，会造成地下水污染，其次，水力压裂活动还会引发地震活动。因此，现在主要使用二氧化碳对岩石进行致裂。在利用二氧化碳对岩石进行致裂时，需要使得二氧化碳的温度大于31.5℃或压力大于7.38mpa，此时二氧化碳为超临界状态。超临界状态的二氧化碳具有类似气体的扩散性以及液体的溶解能力和密度，同时其表面张力低、粘度小、渗透性以及流动性较好的特性，另外还具有环保、经济性和可持续性等优势，逐渐成为开采自然资源主要的生产方式。

2、超临界二氧化碳在致裂岩石时，首先超临界二氧化碳储存在储能器中，通过储能器的激发，使得超临界二氧化碳自身相变产生大量的冲击气体，冲击气体从储能器一端释放口释放出来，使得岩石的内部产生裂隙并不断扩展，从而实现对岩石进行致裂。为了有效提高超临界二氧化碳致裂岩石的效果，使得岩石裂隙得到充分扩展，需要对超临界二氧化碳相变机理进行充分研究。在研究超临界二氧化碳相变机理时，需要获得超临界co2气体动力学冲击指标，例如：气体冲击波的频率、振幅以及冲击当量。

3、目前，为了获得超临界co2气体动力学冲击指标的数据，是将超临界co2相变释放的冲击气体能量，通过霍普金斯杆驱动中间物体撞击岩石试样，从而模拟超临界co2相变致裂岩石以及采集数据。但是由于霍普金斯杆是将相变产生的能量转化为中间物体的动能，使得超临界co2气体动力学冲击指标的数据是利用中间物体间接获得的，而中间物体在霍普金斯杆中运动会损失一部分超临界co2相变释放的能量，这与超临界co2相变后直接在岩石内部冲击致裂的情况存在差别，并且岩石的外侧都会存在载荷，而使用霍普金斯杆进行模拟试验的岩石试样外侧需要裸露，进而使得获取的超临界co2气体动力学冲击指标数据与实际不符。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种超临界co2岩石致裂试验系统，从岩石试样内部对其进行直接冲击致裂，对岩石试样施加载荷，能够对超临界co2相变致裂岩石进行精确模拟，提高超临界co2岩石致裂动力学冲击指标测量的准确性，以便解决现有技术中的不足。

2、本发明的技术方案是：一种超临界co2岩石致裂试验系统，包括试验台及放置于试验台上的岩石试样，致裂试验组件设置在试验台上，致裂试验组件包括装有超临界co2的储能器，设置在试验台上，储能器释放冲击气体的一端插入岩石试样的内部，储能器中的超临界co2相变产生的冲击气体对岩石试样进行致裂，多个试样压板环绕设置在岩石试样的外侧，试样压板与岩石试样抵接，储能器穿过试样压板且与其密封连接，施压机构设置在试验台上，施压机构的输出端与试样压板连接，通过施压机构驱动试样压板对岩石试样施加载荷。

3、优选的，储能器上等间距环绕开设有多个泄能口，泄能口位于岩石试样的内部。

4、优选的，试验台包括：底板，岩石试样置于底板上，底板的两侧竖直设有多对立柱，立柱的一端与底板固定连接，每对的两个立柱之间分别水平设有顶板，顶板的两端与立柱固定连接，储能器竖直穿设在顶板上，施压机构连接于试样压板外侧的顶板、底板上。

5、优选的，施压机构包括：多个液压缸，其中一部分液压缸竖直固设在储能器两侧的顶板上，液压缸的输出端与岩石试样上侧的试样压板连接，底板上竖直固设有多个固定板，固定板位于岩石试样的外侧，另外的液压缸水平设置在固定板与试样压板之间，液压缸与固定板固定连接，其输出端与试样压板连接。

6、优选的，致裂试验组件还包括：压力传感器、振动传感器，压力传感器、振动传感器连接于储能器上，压力传感器、振动传感器位于岩石试样的内部，通过压力传感器采集冲击气体的冲击当量，通过振动传感器采集冲击气体的频率、振幅。

7、优选的，还包括：数据采集箱，数据采集箱分别与压力传感器、振动传感器信号连接。

8、优选的，还包括：液态co2钢瓶，储能器通过管道连通有泵体，泵体通过管道与液态co2钢瓶连通，通过泵体将液态co2钢瓶中的液态co2运送至储能器中。

9、优选的，还包括：空气压缩机，空气压缩机通过管道与泵体连通。

10、优选的，液态co2钢瓶与泵体之间的管道上连接有压力阀。

11、与现有技术相比，本发明提供的超临界co2岩石致裂试验系统，通过试验台上的岩石试样、储能器、试样压板以及施压机构配合使用，利用储能器使得超临界co2相变产生的冲击气体，从岩石试样内部对其进行直接冲击致裂，同时施压机构驱动试样压板对岩石试样施加载荷，能够对超临界co2相变致裂岩石进行精确模拟，提高超临界co2岩石致裂动力学冲击指标测量的准确性，本发明的试验系统准确性高，操效果好，实用性强，值得推广。

技术特征：

1.一种超临界co2岩石致裂试验系统，包括：试验台及放置于所述试验台上的岩石试样(16)，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的超临界co2岩石致裂试验系统，其特征在于，所述储能器(14)上等间距环绕开设有多个泄能口(15)，所述泄能口(15)位于所述岩石试样(16)的内部。

3.根据权利要求1所述的超临界co2岩石致裂试验系统，其特征在于，所述试验台包括：底板(17)，所述岩石试样(16)置于所述底板(17)上，所述底板(17)的两侧竖直设有多对立柱(9)，所述立柱(9)的一端与所述底板(17)固定连接，每对的两个所述立柱(9)之间分别水平设有顶板(5)，所述顶板(5)的两端与所述立柱(9)固定连接，所述储能器(14)竖直穿设在所述顶板(5)上，所述施压机构连接于所述试样压板(8)外侧的所述顶板(5)、底板(17)上。

4.根据权利要求3所述的超临界co2岩石致裂试验系统，其特征在于，所述施压机构包括：多个液压缸(6)，其中一部分所述液压缸(6)竖直固设在所述储能器(14)两侧的所述顶板(5)上，所述液压缸(6)的输出端与所述岩石试样(16)上侧的所述试样压板(8)连接，所述底板(17)上竖直固设有多个固定板(10)，所述固定板(10)位于所述岩石试样(16)的外侧，另外的所述液压缸(6)水平设置在所述固定板(10)与所述试样压板(8)之间，所述液压缸(6)与所述固定板(10)固定连接，其输出端与所述试样压板(8)连接。

5.根据权利要求1所述的超临界co2岩石致裂试验系统，其特征在于，所述致裂试验组件还包括：压力传感器(12)、振动传感器(13)，所述压力传感器(12)、振动传感器(13)连接于所述储能器(14)上，所述压力传感器(12)、振动传感器(13)位于所述岩石试样(16)的内部，通过所述压力传感器(12)采集冲击气体的冲击当量，通过所述振动传感器(13)采集冲击气体的频率、振幅。

6.根据权利要求5所述的超临界co2岩石致裂试验系统，其特征在于，还包括：数据采集箱(19)，所述数据采集箱(19)分别与所述压力传感器(12)、振动传感器(13)信号连接。

7.根据权利要求1所述的超临界co2岩石致裂试验系统，其特征在于，还包括：液态co2钢瓶(1)，所述储能器(14)通过管道连通有泵体(4)，所述泵体(4)通过管道与所述液态co2钢瓶(1)连通，通过所述泵体(4)将所述液态co2钢瓶(1)中的液态co2运送至所述储能器(14)中。

8.根据权利要求7所述的超临界co2岩石致裂试验系统，其特征在于，还包括：空气压缩机(3)，所述空气压缩机(3)通过管道与所述泵体(4)连通。

9.根据权利要求7所述的超临界co2岩石致裂试验系统，其特征在于，所述液态co2钢瓶(1)与所述泵体(4)之间的管道上连接有压力阀(2)。

技术总结
本发明涉及一种超临界CO<subgt;2</subgt;岩石致裂试验系统，属于岩石致裂技术领域，包括试验台及放置于试验台上的岩石试样，致裂试验组件设置在试验台上，致裂试验组件包括装有超临界CO<subgt;2</subgt;的储能器，设置在试验台上，储能器释放冲击气体的一端插入岩石试样的内部，多个试样压板环绕设置在岩石试样的外侧，试样压板与岩石试样抵接，施压机构设置在试验台上，施压机构的输出端与试样压板连接，施压机构驱动试样压板对岩石试样施加载荷，本发明利用储能器使得超临界CO<subgt;2</subgt;相变产生的冲击气体，从岩石试样内部对其进行直接冲击致裂，同时施压机构驱动试样压板对岩石试样施加载荷，能够对超临界CO<subgt;2</subgt;相变致裂岩石进行精确模拟，提高超临界CO<subgt;2</subgt;岩石致裂动力学冲击指标测量的准确性。

技术研发人员：马亮,邓广哲,王树斌,蔚斐,陈万胜,高亮,王育坤,王守印
受保护的技术使用者：陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11