高压脉冲放电激励超临界CO₂压力动态响应分析

摘要

我国煤层渗透率低、瓦斯压力高、含量大，原始煤层瓦斯抽采困难。为提高煤层瓦斯抽采率、缩短预抽时间，必须实施人工增透；而众多压裂增透技术中，超临界CO₂压裂兼具压裂增透和驱替置换的双重瓦斯强化抽采作用，是当前低渗透煤层压裂改造方法的一个研究热点。为探索高压脉冲放电激励CO₂（L-CO₂）压裂增透技术压裂机理，采用自主开发的高压脉冲放电激励超临界CO₂试验装置，对基于高压脉冲放电激励液态CO₂相变过程的电、热、力多场耦合的复杂过程进行定量研究，确定高压脉冲放电能量对液态CO₂转化超临界态压力动态响应规律。通过Span&Wagner CO₂状态方程，对液态CO₂→超临界CO₂气化需要的能量进行了分析与计算，得出在反应釜内放电能量达到20 kJ、40 kJ、50 kJ工况下超临界CO₂压力将分别达到11 MPa、18 MPa、26 MPa。通过改变起爆电压等级分别为1500 V,2000 V,2500 V实现三个等级放电能量实验，放电能量分别为20 kJ、40 kJ、50 kJ三种工况下对反应釜内超临界CO₂压力动态响应压力进行监测，获得压力与时间关系曲线，分析了压力曲线变化规律。研究表明：不同放电能量下，反应釜内液态CO₂气化程度是不同的，随着放电能量的增加反应釜内超临界CO₂压力随之增大。研究成果对实现高压放电激励超临界CO₂持续压裂煤层增透技术应用提供了一定的借鉴意义。

关键词

超临界CO₂ / 增透 / 状态方程 / 压力响应 / 爆炸能量