本发明涉及新能源开发利用和地下能源开采领域，特别是涉及一种持续性的油压推动式液态二氧化碳压裂装置。
背景技术：
油井生产到一定阶段后，产能和渗透率降低，为了增强排油能力，提高油井产量，人们发明了压裂工艺技术。自1947年人类第一口压裂井在美国成功压裂以来，已经有超过150万井次压裂作业。水力压裂逐渐成熟。时至今日，压裂方式主要有水力压裂和高能气体压裂两种，期间还出现了封隔器分层压裂、限流法分层压裂、蜡球选择性压裂等诸多压裂技术，从压裂液原料来分主要由水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、清洁压裂液和乳状压裂液等。随着我国经济的发展，常规油气资源越来越难以满足不断增长的需求。同时我国广泛分布有总量巨大的低渗透、致密等非常规油气资源，约占全国已探明储量的2/3以上，开发潜力巨大。因此，为了满足需求，就需要加大对非常规油气资源的开发力度。压裂技术作为低渗透、致密油气田增产的主要措施，已经在国内外得到了广泛的应用。然而，传统的压裂方法存在对地层伤害大、压力难以大幅度提高、破坏深层坚硬岩石的不足，并且水资源压力较大。相比较，二氧化碳压裂法具有低伤害、易返排的优点。
技术实现要素：
本发明的目的在于以二氧化碳压裂法为基础，设计一种油压推动式液态二氧化碳压裂装置，以解决现有技术中存在的当前压力难以增大、对地层伤害大、难返排、无法持续爆燃的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种油压推动式液态二氧化碳压裂装置，其特征在于，包括致裂剂输出室、油压推动仓和爆燃室，油压推动仓与爆燃室通过传动杆相连接，传动杆包括杆身和与杆身连接的两个挤压块，其中一个挤压块将爆燃室分隔为左、右腔室并与爆燃室内腔壁密封滑动连接，另一个挤压块将油压推动仓分隔为左、右腔室并与油压推动仓内腔壁密封滑动连接，杆身与油压推动仓、爆燃室的连接均为密封滑动连接，油压推动仓两个腔室分别通过带换向阀的第一传压管道连接至油泵，致裂剂输出室上端连接有用于输送液态二氧化碳的isco泵，致裂剂输出室内设置有刀盘，刀盘上设置有开口槽和切刀，刀盘由电机驱动转动，刀盘上方为致裂剂储存室，刀盘下方为致裂剂汇集室，致裂剂汇集室下端连接有两个致裂剂集合孔，两个致裂剂集合孔分别通过带有输入阀的第二传压管道连接至爆燃室的两个腔室，爆燃室的两个腔室分别通过带输出阀的第三传压管道连接至油层待压裂处，爆燃室的两个腔室内均连接有点火装置。
进一步地，所述油压推动式液态二氧化碳压裂装置，还包括中央控制系统，所述中央控制系统与所述油泵、isco泵、电机、换向阀、输入阀、输出阀和点火装置分别电性连接。
进一步地，所述致裂剂汇集室为环形凹槽，所述环形凹槽的截面为漏斗形。
进一步地，所述开口槽设置有多个，沿周向均匀设置在刀盘上，切刀设置在各开口槽之间。
进一步地，每个所述开口槽的口径由上向下逐渐增大。
进一步地，所述杆身与其中一个挤压块螺纹连接、与另一个挤压块固定连接，或者所述杆身与两个挤压块均为螺纹连接。
相比于现有技术，本发明所达到的有益技术效果：本发明的油压推动式液态二氧化碳压裂装置使用二氧化碳爆燃室与传压管道实现液态二氧化碳爆燃及其压力的传递，使用油压推动仓、传动杆和换向阀实现持续性的爆燃，属于一种新型的二氧化碳干法压裂方法，其在普通二氧化碳干法压裂的基础上以爆燃的方式实现进一步增压和裂缝扩展，同时实现了持续性的爆燃，不仅节省了水资源，对地层伤害小，易返排，而且能够实现在较低压力基础上达到瞬时高压状态。
附图说明
图1是本发明实施例的油压推动式液态二氧化碳压裂装置的整体结构示意图；
图2（a）和2（b）分别是本发明实施例的致裂剂输出室封盖的正剖面图和俯视图；
图3（a）和3（b）分别是本发明实施例的致裂剂输出室的正剖面图和俯视图，其中省略了致裂剂输出室封盖；
图4（a）和4（b）分别是本发明实施例的刀盘的正剖面图和俯视图；
图5（a）和5（b）分别是本发明实施例的油压推动仓的正剖面图和左视图；
图6（a）和6（b）分别是本发明实施例的爆燃室的剖面图和右视图；
图7（a）和7（b）分别是本发明实施例的传动杆的剖面图和右视图。
其中，1爆燃室；2油压推动仓；3传动杆；4致裂剂输出室；5刀盘；6输入阀；7换向阀；8第一传压管道；9第二传压管道；10点火装置；11第一传压管道接口；12第二传压管道接口；13第三传压管道接口；31挤压块；32固定螺纹装置；33传动杆连接孔；41致裂剂输出室封盖；42致裂剂储存室；43致裂剂汇集室；44致裂剂集合孔；45isco泵接口；46致裂剂输出室封盖连接孔；51开口槽；52切刀。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至7所示，一种油压推动式液态二氧化碳压裂装置，包括致裂剂输出室4、油压推动仓2和爆燃室1。油压推动仓2与爆燃室1通过传动杆3相连接。传动杆3包括杆身和与杆身连接的两个挤压块31，其中一个挤压块31位于爆燃室1内，其将爆燃室1分隔为左、右腔室并与爆燃室1的内腔壁密封滑动连接；另一个挤压块31位于油压推动仓2内，其将油压推动仓2分隔为左、右腔室，并与油压推动仓2的内腔壁密封滑动连接。油压推动仓2左侧壁和爆燃室1右侧壁上分别设置有传动杆连接孔33（如图5和6所示），杆身穿过两个传动杆连接孔33，并与两个传动杆连接孔33形成密封滑动连接。传动杆3与油压推动仓2、爆燃室1的滑动连接能够保证传动杆3在油压推动仓2和爆燃室1之间做往复移动。
油压推动仓2的左、右腔室分别通过第一传压管道8连接至油泵，两个第一传压管道8上均设置有换向阀9。其中，如图5所示，第一压力管道8通过设置在油压推动仓2左、右侧壁上的第一传压管道接口11接入至油压推动仓2。
致裂剂输出室4上部为致裂剂输出室封盖41。如图2所示，致裂剂输出室封盖41上设置有致裂剂输出室封盖连接孔46，以实现致裂剂输出室4的密封。致裂剂输出室封盖41上设置有isco泵接口45，isco泵经由管道连接至isco泵接口45，使得致裂剂输出室4与isco泵连通，isco泵用于向致裂剂输出室4输送液态二氧化碳，使二氧化碳经过致裂剂输出室4裹挟致裂剂粉末进入爆燃室1，同时对爆燃室1进行增压。
致裂剂输出室4内设置有刀盘5，刀盘5用于将致裂剂块磨成粉末。如图4所示，刀盘5上沿周向均匀设置有多个开口槽51，各开口槽51之间设置有均匀排列的切刀52。除图中三角形外，开口槽51也可以采用其它形状。刀盘5下端穿出致裂剂输出室4底部并与电机连接，电机驱动刀盘5旋转。刀盘5上方为致裂剂储存室42，刀盘5下方为致裂剂汇集室43，致裂剂汇集室43下端连接有两个致裂剂集合孔44（如图3所示），两个致裂剂集合孔44分别通过对应的第二传压管道9连接至爆燃室1的左、右腔室，第二传压管道9上均设有输入阀6。
其中，第二传压管道9通过设置在爆燃室1左、右侧壁上的第二传压管道接口12接入爆燃室1内，如图6所示。
爆燃室1的左、右腔室分别通过第三传压管道连接至油层待压裂处，爆燃室1的左、右腔室内还均连接有点火装置10，例如激发器。其中，如图6所示，第三传压管道通过设置在爆燃室1前侧壁的第三传压管道接口13接入爆燃室1的左、右腔室。
在优选实施例中，所述油压推动式液态二氧化碳压裂装置，还包括中央控制系统，所述中央控制系统与所述油泵、isco泵、电机、换向阀7、输入阀6、输出阀和点火装置10均连接，用于实现对油压推动式液态二氧化碳压裂装置的自动控制。
在优选实施例中，致裂剂汇集室43的结构为环形凹槽，所述环形凹槽的截面设置为漏斗形，用于加强液态二氧化碳对致裂剂粉体的裹挟量。
在优选实施例中，每个开口槽51设置为口径由上向下逐渐增大的倾斜结构，便于磨出的致裂剂粉末更容易下落到致裂剂汇集室43。
在本发明实施例中，如图7所示，传动杆3的杆身分为五段，各段之间通过固定螺纹装置32连接。第一段与位于爆燃室1内的挤压块31为固定连接，第五段与油压推动仓2内的挤压块31通过固定螺纹装置32连接。在其它实施例中，第一段和第五段与挤压块31之间均可以通过固定螺纹装置32连接。
本发明的油压推动式液态二氧化碳压裂装置的工作流程如下：
将刀盘5放入致裂剂输出室4，将致裂剂块放入致裂剂储存室42，盖上致裂剂输出室封盖41，密封。将油泵接入油压推动仓2，第三传压管道从爆燃室1接出到油层压裂处。组装完毕后检查接口及密封处，开始前各阀门处于关闭状态；
打开换向阀7，开启油泵直至油压推动仓2的左、右腔室内充满油，关闭油泵；
打开输入阀6和输出阀，开启isco泵向致裂剂输出室4输入液态二氧化碳，使致裂剂输出室4内达到预定压力，在致裂剂开始填充爆燃室1时，启动电机，电机带动刀盘5旋转将致裂剂块磨成粉末，二氧化碳裹挟致裂剂粉末不断填充爆燃室1，同时对爆燃室1进行增压；
一定时间后，控制油泵输出量并通过调节换向阀7使油泵的两个第一传压管道8形成单向流通状态，例如逆时针方向，则油压推动仓2变成右腔室进油、左腔室出油的状态，然后打开油泵，传动杆3在油压的作用下向左移动，使得位于爆燃室1的挤压块31对爆燃室1左腔室进行增压、增密，当传动杆3移动一定距离后，关闭换向阀7、油泵，开启左腔室的点火装置10使爆燃室1左腔室进行爆燃；
爆燃结束后，通过换向阀7调整油泵的两个第一传压管道8为反向单流通状态，则油压推动仓2变成左腔室进油、右腔室出油，然后打开油泵，传动杆3在油压的作用下向右移动，位于爆燃室1的挤压块31对爆燃室1右腔室进行增压、增密，当传动杆3移动一定距离后启动右腔室的点火装置10使爆燃室1右腔室进行爆燃，如此循环往复，从而实现持续性的液态二氧化碳爆燃压裂。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
1.一种油压推动式液态二氧化碳压裂装置，其特征在于，包括致裂剂输出室、油压推动仓和爆燃室，油压推动仓与爆燃室通过传动杆相连接，传动杆包括杆身和与杆身连接的两个挤压块，其中一个挤压块将爆燃室分隔为左、右腔室并与爆燃室内腔壁密封滑动连接，另一个挤压块将油压推动仓分隔为左、右腔室并与油压推动仓内腔壁密封滑动连接，杆身与油压推动仓、爆燃室的连接均为密封滑动连接，油压推动仓两个腔室分别通过带换向阀的第一传压管道连接至油泵，致裂剂输出室上端连接有用于输送液态二氧化碳的isco泵，致裂剂输出室内设置有刀盘，刀盘上设置有开口槽和切刀，刀盘由电机驱动转动，刀盘上方为致裂剂储存室，刀盘下方为致裂剂汇集室，致裂剂汇集室下端连接有两个致裂剂集合孔，两个致裂剂集合孔分别通过带有输入阀的第二传压管道连接至爆燃室的两个腔室，爆燃室的两个腔室分别通过带输出阀的第三传压管道连接至油层待压裂处，爆燃室的两个腔室内均连接有点火装置。
2.根据权利要求1所述的油压推动式液态二氧化碳压裂装置，其特征在于，还包括中央控制系统，所述中央控制系统与所述油泵、isco泵、电机、换向阀、输入阀、输出阀和点火装置分别电性连接。
3.根据权利要求1所述的油压推动式液态二氧化碳压裂装置，其特征在于，所述致裂剂汇集室为环形凹槽，所述环形凹槽的截面为漏斗形。
4.根据权利要求1所述的油压推动式液态二氧化碳压裂装置，其特征在于，所述开口槽设置有多个，沿周向均匀设置在刀盘上，切刀设置在各开口槽之间。
5.根据权利要求4所述的油压推动式液态二氧化碳压裂装置，其特征在于，每个所述开口槽的口径由上向下逐渐增大。
6.根据权利要求1所述的油压推动式液态二氧化碳压裂装置，其特征在于，所述杆身与其中一个挤压块螺纹连接、与另一个挤压块固定连接，或者所述杆身与两个挤压块均为螺纹连接。
技术总结