[发明专利]一种物理激发式二氧化碳水热原位致裂方法

说明书

本发明公开了一种物理激发式二氧化碳水热原位致裂方法，包括步骤：一、钻孔并安装致裂器；二、物理激发式二氧化碳水热原位致裂。本发明在致裂位置原位支设液态二氧化碳输送机和水循环系统，直接向致裂管灌注液态二氧化碳储能，向致裂管的供水通道供水，实现水循环系统对液态二氧化碳的水热物理激发式加热引爆，进而致裂煤岩层，水循环系统在常温常压状态下不会被激发，储运安全，不受民爆产品约束，随时施工，避免了炸药引爆存在的审批、储运、瞎炮、哑炮等问题。

技术领域

本发明属于煤岩层原位致裂技术领域，具体涉及一种物理激发式二氧化碳水热原位致裂方法。

背景技术

随着社会发展，工程建设活动遇到的岩体破断破碎问题越来越多。如煤矿坚硬煤岩层破碎软化、坚硬岩层水压裂控制、瓦斯页岩气开采，以及高放废物深地质处置、深埋隧道工程建设、增强地热系统、CO2地质封存、油气开采及复杂条件下煤炭开采等。工程煤岩体通常处于复杂的地质环境之中，煤岩体的破断软化受到各种因素的影响。而在设计、施工和运行中仅考虑目前的CO2爆破、钻孔卸压、水力压裂场之间的耦合效应已经不能满足工程破碎的要求。

目前在矿产资源的开采中，二氧化碳致裂的高压气体爆破技术和高压水致裂技术是目前多采用的两种物理爆破技术，高压水致裂方式来弱化煤岩体强度、改善坚硬厚顶煤冒放性、软化坚硬岩层、定向预裂顶板、增加低渗煤层透气性，高应力煤层卸压等是实现煤炭安全清洁开采的方式；而二氧化碳致裂技术是一种高压气体爆破技术，是利用液态二氧化碳吸热气化时体积急剧膨胀产生高压，致使煤(岩)体破碎或开裂。二氧化碳在低于31°或压力大于7.35MPa时以液态存在，而超过31°时开始气化，且随温度的变化压力也不断变化。利用这一特点，在致裂器主管内充装液态二氧化碳，使用热水快速加热装置，液态二氧化碳瞬间气化膨胀并产生高压，高压气体释放，作用在煤(岩)体上，从而达到致裂目的，有别于炸药的化学爆破，不会产生一氧化碳等有害气体，也不会产生明火。消除引燃煤体、瓦斯的可能性，同时可在复杂的环境下应用。但是现有的二氧化碳致裂器均是利用专用的起爆器引爆二氧化碳致裂器，生产场地远离矿区，待二氧化碳致裂器生产完成后，利用运输车辆长途运输至矿区，存在一定的安全隐患，运输途中多被当做高危易爆的危险品而限制、扣留，存在安全隐患和致裂效能的控制问题。

因此基于水热-CO2-水力学-化学四场之间相互作用下的物理激发气水耦合岩石致裂技术越来越受到社会重视和期盼。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种物理激发式二氧化碳水热原位致裂方法，在致裂位置原位支设液态二氧化碳输送机和水循环系统，直接向致裂管灌注液态二氧化碳储能，向致裂管的供水通道供水，实现水循环系统对液态二氧化碳的水热物理激发式加热引爆，进而致裂煤岩层，水循环系统在常温常压状态下不会被激发，储运安全，不受民爆产品约束，随时施工，避免了炸药引爆存在的审批、储运、瞎炮、哑炮等问题，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种物理激发式二氧化碳水热原位致裂方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、钻孔并安装致裂器：在煤岩层上的指定位置钻探钻孔至设计长度，将致裂器安装在钻孔内；

步骤二、物理激发式二氧化碳水热原位致裂：液态二氧化碳输送机给致裂器内输入液态二氧化碳，水循环系统给致裂器供应循环热水，进行物理激发致裂器，二氧化碳水热交换后升温，当温度达到预定值时，致裂器内二氧化碳膨胀爆破，进而原位致裂煤岩层，达到预裂效果。

上述的一种物理激发式二氧化碳水热原位致裂方法，其特征在于：步骤二中，液态二氧化碳输送机给致裂器内输入液态二氧化碳时，为了使二氧化碳以液态形式存储在致裂器内，先给致裂器原位供应循环冷却水，当需要物理激发致裂器时，水循环系统再给致裂器供应循环热水。

上述的一种物理激发式二氧化碳水热原位致裂方法，其特征在于：所述致裂器内设置有用于供水循环的供水管路。