本发明专利技术提供了一种高围压条件下高温射流破岩的实验方法和装置。该实验装置包括：注入设备、高温流体反应生成设备、高围压模拟喷射设备；注入设备包括：液体燃料储罐、高压含氧气体储罐和冷却水储罐；高温流体反应生成设备包括高温加热反应釜；液体燃料储罐、高压含氧气体储罐和冷却水储罐均与高温流体反应生成设备连通；高围压模拟喷射设备包括高围压模拟喷射釜。本发明专利技术还提供了通过上述实验装置完成的高围压条件下高温射流破岩的实验方法。本发明专利技术的实验方法和装置可以模拟在井底高围压条件下进行高温射流破岩。下进行高温射流破岩。下进行高温射流破岩。
【技术实现步骤摘要】
一种高围压条件下高温射流破岩的实验方法和装置
[0001]本专利技术涉及一种可以模拟在井底高围压条件下进行高温射流破岩的实验装置和方法，属于能源开采
技术介绍
[0002]当前，全球经济不断发展，对能源的需求也在进一步增大，随着开发的进行，常规油气储量不断下降，且开采难度不断增大。2018年，我国常规石油产量为1.89
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108t，原油对外依存度达到69.8％。因此，寻找常规油气能源的替代品成为了一种需要。地热能作为一种储量丰富的新型清洁能源，可用于发电和供暖等。我国地热资源丰富，目前我国中浅层地热资源直接开发利用效率具世界前列，但是中深层高温地热资源还亟需探索开发。而深部地热储层主要为坚硬的花岗岩，具有较高的硬度，难以破碎。因此，亟需开发一种适合深部地热储层的高效钻井新技术，以实现深部地热资源的快速发展。
[0003]高温射流是一种适用于深部坚硬岩石的破岩方法。该方法通过高速高温的流体冲击岩石表面，会在岩石表面产生局部非均匀热应力，诱发岩石的热裂解。同时，在射流冲击力的作用下，会进一步促进岩石内部裂纹的扩展，同时有利于将热裂解形成的岩屑剥离岩石表面，露出新的露头。高温射流是一种耦合射流冲击力和高温热应力破岩的新方法，并且岩石硬度和脆性越高，受到非均匀热应力时更容易发生热裂解现象，促进岩石的剥落。深部地热储层主要为坚硬的花岗岩，因此该方法有望提高深部地热储层的钻进效率。
[0004]高温射流破岩的关键科学问题之一是高温流体对岩石的冲击破坏机理。因为深部地热储层的井深一般较大，井底压力和井底温度也比较高，因理清井底高围压条件下高温射流对岩石的冲击破坏机理，有助于优化高温射流实际钻井过程中的温度、压力等参数，从而提高钻井效率。
[0005]因此，开展模拟井底高围压条件下高温射流破岩实验是揭示高温射流中高温流体对岩石冲击破坏机理的重要基础。然而目前还没有可以模拟井底高围压条件下，高温射流对岩石冲击破坏的实验装置。
技术实现思路
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种可以模拟在井底高围压条件下进行高温射流破岩的实验装置和方法。
[0007]为了实现上述技术目的，本专利技术首先提供了一种高围压条件下高温射流破岩的实验装置，该实验装置包括：注入设备、高温流体反应生成设备、高围压模拟喷射设备；其中，
[0008]注入设备包括：液体燃料储罐、高压含氧气体储罐和冷却水储罐；
[0009]高温流体反应生成设备包括高温加热反应釜，高温加热反应釜的顶部设置同心双管注入管、第一出液口和第二出液口；其中，同心双管注入管分别与液体燃料罐、高压含氧气体储罐连通，第一出液口与第一冷凝器连通，第二出液口与高围压模拟喷射设备连通，第二出液口与高围压模拟喷射设备的连通管线上包裹陶瓷加热圈；
[0010]高围压模拟喷射设备包括高围压模拟喷射釜，高围压模拟喷射釜的入口处设置高温高压喷嘴，高温高压喷嘴的进液口与第二出液口连通，高围压模拟喷射釜的底部设有第三出液口；
[0011]液体燃料储罐、高压含氧气体储罐和冷却水储罐均与高温加热反应釜连通；
[0012]高温加热反应釜外部设置加热元件。
[0013]本专利技术的高围压条件下高温射流破岩的实验装置当高温加热反应釜内部温度达到550℃，35MPa时，反应釜内处于超临界水的状态，具有较强的氧化能力，此时通过同心双管注入管分别注入含氧气体和与液体燃料，注入的液体燃料和含氧气体在反应釜内部同心双管注入管的出口相遇，并发生强烈的氧化反应，产生水热火焰，为高温加热反应釜内部提供大量的热量，加热泵入反应釜中的冷却水，从而生成更大排量的高温流体，产出550℃可以实现60L/h-80L/h的排量。
[0014]在本专利技术的一具体实施方式中，同心双管注入管的内管用于注入液体燃料，同心双管注入管的外管用于注入高压含氧气体。可以使液体和氧气在注入管出口段更好的相遇，进而更好的混合发生反应，反应更加集中。
[0015]在本专利技术的一具体实施方式中，高压含氧气体储罐与高温加热反应釜的连通管线上设置储气罐，高压含氧气体储罐与储气罐的连通管线上设置气体增压泵，储气罐与高温加热反应釜的连通管线上依次设置高压气体流量计、第二单向阀、第二截止阀。其中，气体增压泵与空压机连通。空压机用于为气体增压泵提供动力，气体增压泵用于将气体加压到设定压力储存于储气罐中，从而实现将含氧气体泵入高温加热反应釜内。
[0016]其中，高压气体流量计设置在靠近储气罐端，第二截止阀设置在靠近高温加热反应釜端；储气罐上设置有压力表；第二截止阀与高温加热反应釜的连接管线上设置第二压力测量表。第二压力测量表用于测量高温加热反应釜的气体入口的管路压力。
[0017]在本专利技术的一具体实施方式中，液体燃料储罐与高温加热反应釜的连通管线上依次设置第一液体柱塞泵、第一液体流量计、第一单向阀和第一截止阀。其中，第一液体柱塞泵设置在靠近液体燃料储罐端，第一截止阀设置在靠近高温加热反应釜端，第一截止阀与高温加热反应釜的连通管线上设置第一压力测量表。第一压力测量表用于测量高温加热反应釜内的压力。第一液体柱塞泵的量程为0-20L/h。
[0018]在本专利技术的一具体实施方式中，冷却水储罐与高温加热反应釜的底部连通，冷却水储罐与高温加热反应釜的连通管线上依次设置第二液体柱塞泵、第二液体流量计、第三单向阀和第三截止阀。其中，第三截止阀通过高温加热反应釜底部设置的进液口与高温加热反应釜连通。第二液体柱塞泵的量程为0-80L/h。第二液体柱塞泵用于向高温加热反应釜内泵注冷却水防止釜内温度过高和生成大排量的高温流体用于喷射。
[0019]其中，冷却水储罐为高温加热反应釜内部提供水，同时防止水热火焰产生时，高温加热反应釜内温度过高，泵注冷水冷却。
[0020]在本专利技术的一具体实施方式中，高温加热反应釜的底部设置有底部出口，并且底部出口与放空阀连接。高温加热反应釜的底部出口可以快速放空高温加热反应釜内部的流体，起到保护作用，可以快速地终止实验。高温加热反应釜顶部分别插入第一温度测量表，第二温度测量表，第三温度测量表；其中，第一温度测量表用于测量高温加热反应釜内部的温度，可以设置在高温加热反应釜内部；第二温度测量表用于测量水热火焰生成处温度；第
三温度测量表用于测量高温加热反应釜出口的温度，目的是测量高温加热反应釜内生成的用于喷射的高温流体的温度，可以设置在出液口附近，测量出液口温度。
[0021]在本专利技术的一具体实施方式中，高温加热反应釜顶部的第一出液口与第一冷凝器连通，第一出液口与第一冷凝器的延长管线上依次设置第一安全阀和第一背压阀。第一冷凝器与第一安全阀的连通管线上设置第三压力测量表，第三压力测量表用于测量高温加热反应釜的出口压力。其中，第一冷凝器与第一冷水罐连通，第一冷水罐用于为第一冷凝器提供循环水。
[0022]第一冷凝器用于冷却高温加热反应釜流出的液体，当高温加热反应釜内的压力超过设定压力时，釜内多余的流体从第一出液口流出，以保证高本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高围压条件下高温射流破岩的实验装置，该实验装置包括：注入设备、高温流体反应生成设备、高围压模拟喷射设备；其中，所述注入设备包括：液体燃料储罐、高压含氧气体储罐和冷却水储罐；所述高温流体反应生成设备包括高温加热反应釜，所述高温加热反应釜的顶部设置同心双管注入管、第一出液口和第二出液口；其中，所述同心双管注入管分别与液体燃料罐、高压含氧气体储罐连通，所述第一出液口与第一冷凝器连通，所述第二出液口与高围压模拟喷射设备连通，所述第二出液口与所述高围压模拟喷射设备的连通管线上包裹陶瓷加热圈；所述高围压模拟喷射设备包括高围压模拟喷射釜，所述高围压模拟喷射釜的入口处设置高温高压喷嘴，所述高温高压喷嘴的进液口与所述第二出液口连通，高围压模拟喷射釜的底部设有第三出液口；所述液体燃料储罐、高压含氧气体储罐和冷却水储罐均与所述高温加热反应釜连通；所述高温加热反应釜外部设置加热元件。2.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述同心双管注入管的内管用于注入液体燃料，同心双管注入管的外管用于注入高压含氧气体。3.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述高压含氧气体储罐与高温加热反应釜的连通管线上设置储气罐，所述高压含氧气体储罐与所述储气罐的连通管线上设置气体增压泵，所述储气罐与所述高温加热反应釜的连通管线上依次设置高压气体流量计、第二单向阀、第二截止阀。4.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述液体燃料储罐与高温加热反应釜的连通管线上依次设置第一液体柱塞泵、第一液体流量计、第一单向阀和第一截止阀。5.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述冷却水储罐与高温加热反应釜的底部连通，冷却水储罐与高温加热反应釜的连通...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋先知，姬佳炎，李根生，黄中伟，田守嶒，史怀忠，王海柱，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：
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