[發明專利]一種高圍壓條件下高溫射流破巖的實驗方法和裝置

有效

• 申請號: 202011218521.6
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112432761B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 宋先知;姬佳炎;李根生;黃中偉;田守嶒;史懷忠;王海柱
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 張麗麗;韓蕾

本發明提供了一種高圍壓條件下高溫射流破巖的實驗方法和裝置。該實驗裝置包括：注入設備、高溫流體反應生成設備、高圍壓模擬噴射設備；注入設備包括：液體燃料儲罐、高壓含氧氣體儲罐和冷卻水儲罐；高溫流體反應生成設備包括高溫加熱反應釜；液體燃料儲罐、高壓含氧氣體儲罐和冷卻水儲罐均與高溫流體反應生成設備連通；高圍壓模擬噴射設備包括高圍壓模擬噴射釜。本發明還提供了通過上述實驗裝置完成的高圍壓條件下高溫射流破巖的實驗方法。本發明的實驗方法和裝置可以模擬在井底高圍壓條件下進行高溫射流破巖。

技術領域

本發明涉及一種可以模擬在井底高圍壓條件下進行高溫射流破巖的實驗裝置和方法，屬于能源開采技術領域。

背景技術

當前，全球經濟不斷發展，對能源的需求也在進一步增大，隨著開發的進行，常規油氣儲量不斷下降，且開采難度不斷增大。2018年，我國常規石油產量為1.89×10⁸t，原油對外依存度達到69.8％。因此，尋找常規油氣能源的替代品成為了一種需要。地熱能作為一種儲量豐富的新型清潔能源，可用于發電和供暖等。我國地熱資源豐富，目前我國中淺層地熱資源直接開發利用效率具世界前列，但是中深層高溫地熱資源還亟需探索開發。而深部地熱儲層主要為堅硬的花崗巖，具有較高的硬度，難以破碎。因此，亟需開發一種適合深部地熱儲層的高效鉆井新技術，以實現深部地熱資源的快速發展。

高溫射流是一種適用于深部堅硬巖石的破巖方法。該方法通過高速高溫的流體沖擊巖石表面，會在巖石表面產生局部非均勻熱應力，誘發巖石的熱裂解。同時，在射流沖擊力的作用下，會進一步促進巖石內部裂紋的擴展，同時有利于將熱裂解形成的巖屑剝離巖石表面，露出新的露頭。高溫射流是一種耦合射流沖擊力和高溫熱應力破巖的新方法，并且巖石硬度和脆性越高，受到非均勻熱應力時更容易發生熱裂解現象，促進巖石的剝落。深部地熱儲層主要為堅硬的花崗巖，因此該方法有望提高深部地熱儲層的鉆進效率。

高溫射流破巖的關鍵科學問題之一是高溫流體對巖石的沖擊破壞機理。因為深部地熱儲層的井深一般較大，井底壓力和井底溫度也比較高，因理清井底高圍壓條件下高溫射流對巖石的沖擊破壞機理，有助于優化高溫射流實際鉆井過程中的溫度、壓力等參數，從而提高鉆井效率。

因此，開展模擬井底高圍壓條件下高溫射流破巖實驗是揭示高溫射流中高溫流體對巖石沖擊破壞機理的重要基礎。然而目前還沒有可以模擬井底高圍壓條件下，高溫射流對巖石沖擊破壞的實驗裝置。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種可以模擬在井底高圍壓條件下進行高溫射流破巖的實驗裝置和方法。

為了實現上述技術目的，本發明首先提供了一種高圍壓條件下高溫射流破巖的實驗裝置，該實驗裝置包括：注入設備、高溫流體反應生成設備、高圍壓模擬噴射設備；其中，

注入設備包括：液體燃料儲罐、高壓含氧氣體儲罐和冷卻水儲罐；

高溫流體反應生成設備包括高溫加熱反應釜，高溫加熱反應釜的頂部設置同心雙管注入管、第一出液口和第二出液口；其中，同心雙管注入管分別與液體燃料罐、高壓含氧氣體儲罐連通，第一出液口與第一冷凝器連通，第二出液口與高圍壓模擬噴射設備連通，第二出液口與高圍壓模擬噴射設備的連通管線上包裹陶瓷加熱圈；

高圍壓模擬噴射設備包括高圍壓模擬噴射釜，高圍壓模擬噴射釜的入口處設置高溫高壓噴嘴，高溫高壓噴嘴的進液口與第二出液口連通，高圍壓模擬噴射釜的底部設有第三出液口；

液體燃料儲罐、高壓含氧氣體儲罐和冷卻水儲罐均與高溫加熱反應釜連通；

高溫加熱反應釜外部設置加熱元件。