[发明专利]一种超临界CO2

说明书

发明提供一种超临界CO₂相变脉冲下岩体冲击致裂损伤测试方法。该方法包括施作致裂孔和声波测试孔、安装振动监测设备、进行致裂前声波试验、实施相变膨胀致裂、进行相变致裂后声波试验和建立岩石相变致裂损伤计算模型等步骤。

技术领域

本发明涉及煤层增渗技术领域，特别涉及一种超临界CO₂相变脉冲下岩体冲击致裂损伤测试方法。

背景技术

二氧化碳相变膨胀致裂破岩是利用一定压力和温度下的液态CO₂(当温度＞31.1℃且压力＞7.38MPa，CO₂由气相变为黏稠状液相的超临界状态)通过发热管快速实现液-气相变，体积瞬间膨胀600倍，产生强大物理压力(200MPa以上)，从而达到破岩的效果。但CO₂相变脉冲下的冲击波响应和岩体损伤规律尚需要进一步深入研究。为此，提出一种超临界CO₂相变脉冲下岩体冲击致裂损伤测试方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种超临界CO₂相变脉冲下岩体冲击致裂损伤测试方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种超临界CO₂相变脉冲下岩体冲击致裂损伤测试方法，包括以下步骤：

1)在岩体中施作致裂孔和若干声波测试孔。其中，所述声波测试孔布置在波动振动区内。所述声波测试孔的孔深大于致裂孔的孔深。

2)在岩体表面安装若干振动监测设备。在每个声波测试孔中布置声波仪探头。其中，所述振动监测设备布置在裂隙区和波动振动区内。所述振动监测设备与动态信号采集分析系统相连。所述声波仪探头与声波仪相连。沿声波测试孔轴向间隔设置有若干声波测点。所述动态信号采集分析系统和声波仪均与计算机相连。

3)进行声波试验，得到各声波测点处的基岩致裂前声波波速值。

4)将声波测孔的孔底超深部分填塞至与致裂孔设计标高相同。

5)将液态CO₂致裂管推送至致裂孔内，并对致裂孔的孔口注浆封孔。

6)实施相变膨胀致裂，振动监测设备捕捉致裂过程中各振动监测设备安装位置的振动时程曲线。

7)相变致裂后，清渣处理并清除声波测试孔孔底填塞物。

8)进行相变致裂后声波试验，得到相变致裂后各测点相应的岩石声波波速值。

9)建立岩石相变致裂损伤计算模型。

进一步，所述振动监测设备采用速度/加速度传感器。所述致裂孔的半径为r。在致裂孔的两侧分别布置第一测点组和第二测点组。所述第一测点组沿致裂孔径向上距离致裂孔5r、10r、20r、40r、……、Nr的位置处布置，并分别编号。所述第一测点组利用速度/加速度传感器采集冲击振动速度/加速度。所述第二测点组布置在致裂孔与临空面之间，并分别编号。所述第二测点组用于监测最小抵抗线范围内的岩石介质冲击波，分析冲击波反射引起的振动方法效应。

进一步，所述致裂孔的孔深为h。所述声波测试孔的孔深超深1.5～3.0m。

进一步，声波仪采用RSM–SY5型声波仪。采用孔内一发双收探头，声波试验为单孔法。

进一步，步骤9)基体包括以下步骤：

9.1)基于步骤6)中振动监测设备采集数据，分析不同腔体压力特征和爆心距下岩石的能量表征值。得出超临界CO₂相变膨胀作用下岩石介质冲击波的衰减规律。其中，压力特征包括大小、时程和频率。能量表征值包括振动幅值、频率和持时。

9.2)根据岩体损伤范围测试，建立不同致裂距离R处冲击峰值压力与岩石损伤程度的关系。