（二氧化碳氣體爆破設備）@的結構示意圖

（二氧化碳爆破設備）@適用于哪些巖石

二氧化碳爆破設備進入礦山開采行業(yè)已經10年左右的時間，在原有的基礎上不斷技術更新，目前我公司生產的二氧化碳爆破設備技術不斷更新，我公司已生產研發(fā)133型二氧化碳爆破設備133型（二氧化碳爆破設備）的巖石力學試驗系統(tǒng)。其特征是采用液態(tài)二氧化碳源、高壓計量柱塞泵以及數控高精度加熱裝置組成二氧化碳爆破伺服供給部分來實現(xiàn)（二氧化碳爆破設備）的等流量或等壓力供給；采用密閉保溫攜砂裝置、表面活性劑加注裝置以及反排裝置組成密閉攜砂部分來實現(xiàn)二氧化碳爆破攜砂進入并撐開裂縫；采用液壓油源、三軸壓力室、高剛度作動器、巖樣上下墊板以及巖石試樣組成巖樣加壓部分為巖石試樣施加軸向應力和圍壓以模擬真實地應力狀態(tài)。一種能夠實現(xiàn)巖石樣品在地應力條件下被（二氧化碳爆破設備）爆破的巖石力學試驗系統(tǒng)，由二氧化碳爆破伺服供給部分、密閉攜砂部分以及巖樣加壓部分共三部分構成，所述二氧化碳爆破伺服供給部分由液 態(tài)二氧化碳源，安全閥門，壓力表，高壓計量柱塞泵，止回閥，壓力傳感器， 壓力自動轉換閥，蓄能器，安全閥門，二氧化碳加熱裝置，溫度傳感器和安全 閥門組成，液態(tài)二氧化碳源的二氧化碳在常溫下高壓保存于鋼瓶中，高壓計量柱塞泵必須滿足伺服供給的輸出流量和輸出壓力要求，蓄能器能夠配合高壓計量柱塞泵以保證液態(tài)二氧 化碳的穩(wěn)定供給，二氧化碳加熱裝置需要能夠保證能夠將液態(tài)二氧化碳均勻加熱至設定溫度；所述 密閉攜砂部分由密閉保溫攜砂裝置，溫度傳感器，壓力傳感器，表面活性劑加注裝置， 閥門，反排裝置，壓裂操控裝置，安全閥門和二氧化碳爆破注入口組成， 密閉保溫攜砂裝置必須保證在*密閉條件下能夠將二氧化碳爆破和細砂混合后輸出，反排裝置可以保證攜砂后的二氧化碳爆破單向穩(wěn)定輸出，壓裂操控裝置能夠全面控制液態(tài)二氧化碳 在供給過程中的壓力、溫度和流量；所述巖樣加壓子系統(tǒng)由巖石試樣，試樣上下墊板，壓力室，圍壓輸入口，壓力作動器，加載操控裝置和液壓油源組成，壓力室的壁厚應滿足巖石試樣的圍壓加載需要，圍壓輸入口應能夠伺服輸入巖石試樣圍壓加 載所需壓力，壓力作動器應能夠伺服輸出巖石試樣軸壓加載所需壓力，試樣上下墊板的尺寸應大于巖石試樣直徑，加載操控裝置的頻率響應能夠滿足巖石試樣的軸向及圍 壓伺服加載需要。

技術領域 巖石力學試驗技術與設備領域

背景技術 頁巖氣的開發(fā)需要對儲層實施壓裂改造，將壓裂介質攜砂后高壓泵入儲層，在低滲透致密巖 層中實施壓裂形成三維裂縫網絡，有效提高儲層巖石滲透率而達到開發(fā)資源的目的。二氧化碳爆破是當 二氧化碳溫度超過31.26℃，壓力超過7.38MPa時的一種特殊狀態(tài)，二氧化碳爆破分子間作用力很小， 流動性*而密度較高，如果采（二氧化碳爆破設備）作為壓裂介質，可以限度溝通儲層中的裂縫網絡。 對于如何通過在實驗室模擬重現(xiàn)地應力狀態(tài)下巖樣在二氧化碳爆破作用下的破裂效果是個難題，主要在 于幾個方面的問題難以解決：如何實現(xiàn)液態(tài)二氧化碳向二氧化碳爆破的轉變；如何實現(xiàn)二氧化碳爆破 的伺服供給；如何實現(xiàn)二氧化碳爆破的攜砂。

發(fā)明內容 本發(fā)明提供一種能夠實現(xiàn)巖石樣品在地應力條件下被（二氧化碳爆破設備）的巖石力學試驗 系統(tǒng)。其特征是采用液態(tài)二氧化碳源、高壓計量柱塞泵以及數控高精度加熱裝置組成二氧化碳爆破伺服 供給部分來實現(xiàn)二氧化碳爆破的等流量或等壓力供給；采用密閉保溫攜砂裝置、表面活性劑加注裝置以 及反排裝置組成密閉攜砂部分來實現(xiàn)二氧化碳爆破攜砂進入并撐開裂縫；采用液壓油源、三軸壓力室、 高剛度作動器、巖樣上下墊板以及巖石試樣組成巖樣加壓部分為巖石試樣施加軸向應力和圍壓以模擬真實 地應力狀態(tài)。

二氧化碳爆破設備，由二氧化碳爆破伺服供給部分、密閉攜砂部分以及巖樣加壓部 分共三部分構成，所述二氧化碳爆破伺服供給部分由液態(tài)二氧化碳源，安全閥門，壓力表，高壓計 量柱塞泵，止回閥，壓力傳感器，壓力自動轉換閥，蓄能器，安全閥門，二氧化碳加熱裝置， 溫度傳感器和安全閥門組成；所述密閉攜砂部分由密閉保溫攜砂裝置，溫度傳感器，壓力傳 感器，表面活性劑加注裝置，閥門，反排裝置，壓裂操控裝置，安全閥門和超臨界二氧 化碳注入口組成；所述巖樣加壓部分由巖石試樣，試樣上下墊板，壓力室，圍壓輸入口， 壓力作動器，加載操控裝置和液壓油源組成。

基本原理與技術：針對液態(tài)二氧化碳增壓泵送的需要，采用兩臺高壓計量柱塞泵并聯(lián)來實現(xiàn)液態(tài)二氧 化碳的等壓力或等流量連續(xù)伺服供給，將液態(tài)二氧化碳增壓至超過7.38MPa；針對液態(tài)二氧化碳增壓后還 需要提升溫度才能使得液態(tài)二氧化碳進入超臨界態(tài)，采用二氧化碳加熱裝置配合溫度傳感器對增壓后的液 態(tài)二氧化碳均勻加熱至超過31.26℃，終使得液態(tài)二氧化碳進入超臨界態(tài)；針對二氧化碳爆破儲層壓 裂過程中壓裂介質需要攜砂進入裂縫以撐開裂縫，采用密閉保溫攜砂裝置配合溫度傳感器和壓力傳感器使 得二氧化碳爆破在保證壓力溫度恒定的情況下攜帶細砂進入巖石試樣；針對巖石試樣地應力狀態(tài)的模擬 需要，采用圓筒形壓力室沿試樣軸向及周邊施加軸壓及圍壓，圍壓由液壓油注入口進入壓力室沿試樣周邊 來施加，軸壓采用壓力作動器沿試樣軸向來施加；針對二氧化碳爆破儲層壓裂過程模擬的需要，采用沿 巖石試樣軸線布置一定直徑的鉆孔，將二氧化碳爆破沿鉆孔注入巖樣來實施壓裂。

二氧化碳爆破設備，由二氧化碳爆破伺服供給部分、密閉攜砂部分以及巖樣加壓部 分共三部分構成。

二氧化碳爆破伺服供給部分由液態(tài)二氧化碳源，安全閥門，壓力表，高壓計量柱塞泵，止回閥，壓力傳感器，壓力自動轉換閥，蓄能器，安全閥門，二氧化碳加熱裝置，溫度傳感器和安全閥門組成。液態(tài)二氧化碳源的二氧化碳在常溫下高壓保存于鋼瓶中，高壓計量柱塞泵必須 滿足伺服供給的輸出流量和輸出壓力要求，蓄能器能夠配合高壓計量柱塞泵以保證液態(tài)二氧化碳的穩(wěn) 定供給，二氧化碳加熱裝置需要能夠保證能夠將液態(tài)二氧化碳均勻加熱至設定溫度。

密閉攜砂部分由密閉保溫攜砂裝置，溫度傳感器，壓力傳感器，表面活性劑加注裝置，閥 門，反排裝置，壓裂操控裝置，安全閥門和二氧化碳爆破注入口組成。密閉保溫攜砂裝 置必須保證在*密閉條件下能夠將二氧化碳爆破和細砂混合后輸出，反排裝置可以保證攜砂后 的二氧化碳爆破單向穩(wěn)定輸出，壓裂操控裝置能夠全面控制液態(tài)二氧化碳在供給過程中的壓力、溫 度和流量。

巖樣加壓部分由巖石試樣，試樣上下墊板，壓力室，圍壓輸入口，壓力作動器，加載操 控裝置和液壓油源組成。壓力室的壁厚應滿足巖石試樣的圍壓加載需要，圍壓輸入口應 能夠伺服輸入巖石試樣圍壓加載所需壓力，壓力作動器應能夠伺服輸出巖石試樣軸壓加載所需 壓力，試樣上下墊板的尺寸應大于巖石試樣直徑，加載操控裝置的頻率響應能夠滿足巖石試樣 的軸向及圍壓伺服加載需要。

二氧化碳爆破設備組成。

1：液態(tài)二氧化碳源；2：安全閥門；3：壓力表；4：高壓計量柱塞泵；5：止回閥；6：壓力傳感器； 7：壓力自動轉換閥；8：蓄能器；9：安全閥門；10：二氧化碳加熱裝置；11：溫度傳感器；12：安全閥 門；13：密閉保溫攜砂裝置；14：溫度傳感器；15：壓力傳感器；16：表面活性劑加注裝置；17：閥門； 18：反排裝置；19：壓裂操控裝置；20：安全閥門；21：二氧化碳爆破注入口；22：巖石試樣；23：試 樣上下墊板；24：壓力室；25：圍壓輸入口；26：壓力作動器；27：加載操控裝置；28：液壓油源。

具體實施方式 1.將巖石試樣放置于試樣上下墊板之間并置于壓力室中，啟動加載操控裝置 控制液壓油源中的液壓油通過圍壓輸入口進入壓力室對巖石試樣施加圍壓至設定值，之后 加載操控裝置控制壓力作動器沿巖石試樣軸向施加軸向荷載至設定值。

2.打開安全閥門，通過壓力表獲取液態(tài)二氧化碳當前壓力值，之后高壓液態(tài)二氧化碳通過安全閥門2進入高壓計量柱塞泵，通過壓裂操控裝置啟動高壓計量柱塞泵對液態(tài)二氧化碳增壓至設定值，通過 壓力自動轉換閥增壓后液態(tài)二氧化碳的連續(xù)供給，打開安全閥門，增壓后的液態(tài)二氧化碳進入二氧化 碳加熱裝置進行均勻加熱至設定溫度值，終使得液態(tài)二氧化碳進入超臨界態(tài)。

3.打開安全閥門，二氧化碳爆破通過安全閥門進入密閉保溫攜砂裝置后與細砂混合，在此過程 中可以打開閥門并開啟表面活性劑加注裝置以實現(xiàn)二氧化碳爆破和細砂的均勻混合，攜砂后的超 臨界二氧化碳通過反排裝置輸出。

4.打開安全閥門，攜砂后的二氧化碳爆破通過二氧化碳爆破注入口輸入巖石試樣的軸向鉆孔， 三軸應力狀態(tài)下的巖石試樣在二氧化碳爆破作用下終破裂。石杰（同步）