锯切法及二氧化碳致裂施工工艺

二氧化碳压裂施工安全要点

CO₂ 泡沫压裂是低压低渗、水敏性地层有效的增产措施，具有对地层伤害低、液体返排率高、携砂性能好、抑制粘土膨胀、降低滤失及水的表面张力等优点，增长效果较好，目前在国内外各油气田得到广泛应用。但是由于液态的CO2容易形成干冰堵塞而出现炸裂等事故，因此，CO₂ 泡沫压裂施工安全显得尤为重要。

介绍主要从两个方面入手：CO2物理特性和现场施工安全注意事项，对CO₂ 压裂安全施工具有较好的指导作用，保证压裂施工的安全有效进行。

一、CO₂ 的物理性质

1、性质

CO₂在-56.6°C和0.531MP(绝对)的条件下，气态、液态和固态三种形态同时存在，即CO₂的三态点。在低于0.531MP(绝对)时，CO₂以固体（干冰）或者是气体的形态存在，高于30.6°C和7.5MP时，它将以气体的形态存在。

在大气压条件下，固态在其温度达到-78.5°C时，便开始升华。超过30.6°C时，CO₂

都是蒸汽，超过这个临界温度增加压力也不能使之转变到液态。

CO₂ 常温下是一种无色无味、不助燃、不可燃的气体，密度比空气大，略溶于水，与水反应生成碳酸。CO₂ 压缩后俗称为干冰。

2、人体危害

（1）CO₂密度较空气大，当CO₂少时对人体无危害，但其超过一定量时会影响人（其他生物也是）的呼吸，原因是血液中的碳酸浓度增大，酸性增强，并产生酸中毒。

因为CO₂比空气重，所以在低洼处的浓度较高。CO₂的正常含量是0.04%，当CO₂的浓度达1%会使人感到气闷、头昏、心悸，达到4%~5%时人会感到气喘、头痛、眩晕，而达到10%的时候，会使人体机能严重混乱，使人丧失知觉、神志不清、呼吸停止而死亡

（2）切记在每次接触干冰的时候，一定要小心并且用厚绵手套或其他遮蔽物才能触碰干冰，如果是在长时间直接碰触肌肤的情况下，就可能会造成细胞冷冻而类似轻微或极度严重冻伤的伤害。

二、CO₂ 压裂基本原理

CO₂泡沫压裂液是由液态CO₂、水冻胶和各种化学添加剂组成的液-液两项混合体系，在向井下注入过程，随温度的升高，达到30.6°C临界温度以后，液态CO₂开始气化，形成以CO₂为内相，含高分子聚合物的水基压裂液为外相的气液两相分散体系。由于泡沫两相体系的出现，使液体粘度增加；同时，通过起泡剂和高分子聚合物的作用，大大增加了泡沫流体的稳定性。因此，CO₂泡沫压裂液流体具备了压裂液的必备条件，并拥有了常规水基压裂液不能相比拟的多种优势。

二氧化碳致裂爆破技术在高速公路施工中的应用

在高速公路施工过程中常常会因为路基存在坚硬的岩石层而严重阻碍施工进度。这种情况下一般需要通过爆破的方式对那些坚硬的岩石进行破碎并推进后续施工。传统的炸药爆破模式在一些存在地下天然气管道的路段会产生较大的安全风险。二氧化碳致裂爆破技术主要通过在极短的时间内将液态的二氧化碳转化为气态，体积的快速膨胀产生的巨大压力可以将坚硬的大块岩石层破碎便于清运的小石块。而且这种爆破技术不会产生高温、火花以及严重的环境和水土污染。本文主要结合实际的工程项目案例来分析这种爆破技术的应用方法。

标签：二氧化碳致裂爆破技术;高速公路;施工应用

高速公路施工中有时候需要借助爆破的方式对路基上的大块坚硬岩石层进行爆破，静态二氧化碳爆破技术可以在温度较低的情况下通过液态二氧化碳的气化膨胀来爆破岩石层。如果路基施工区域范围内存在地下天然气管道时，就可以通过这种技术来确保天然气管道不会因为爆破产生的振动作用而受到影响。

1、项目背景

本项目主体为山西静兴高速的土建8标段施工，该标段中的8号路基和9号路基分别长299m和637m，原计划采用控制爆破技术来实现石方施工，但后期发现这两个路段和既有的天然气管道非常接近，如果采用控制爆破技术可能会对天然气的安全运营以及施工人员的生命安全产生不可控的风险。后来经过研究决定采用二氧化碳静态爆破技术代替原计划的控制爆破技术。

2、原理分析

液态的二氧化碳气体经过外加压力的释放就会在一瞬间转变成气态的二氧化碳并对周围的物体产生强烈的冲击。将液化的二氧化碳装进圆柱形的爆破筒并通过密封圈、导热棒以及安全膜等形成一个可操作的高压密闭环境，此时那些液态的二样化碳在密封圆柱体的高压作用下继续保持原本的液体相态。在需要开展爆破作业的路段进行钻孔、设置爆破筒、部署引线和起爆器等一系列操作。当操作人员对爆破装置通电后就可以使爆破筒中设置的导热棒发热以及破坏爆破筒中的安全膜，原本的高压密闭环境因为安全膜的破裂而出现压力泄漏以及液态二氧化碳的气化膨胀，进而凭借二氧化碳气体产生的强大压力对待爆破的土石结构产生一定的破碎效果[1]。

专业资料分享

完美DOC格式整理

致破技术及施工组织设计方案

二〇一六年十一月

1总论

1.1 设计依据 专业资料分享

完美DOC格式整理 随着社会的发展与爆破技术的提高，本着高安全、低噪音、震动小、高环保等诸多问题，我公司新购进国内新技术开采设备二氧化碳致裂器，二氧化碳致裂器设备所用的催化剂（是有）电化学原料配制而成，在空气中不易燃烧，不爆炸，稳定性高，释放后的二氧化碳气体为零度左右，无明火，无有毒害气体，安全环保。可用于矿山开采和高压瓦斯含量的煤矿开采，进行深层预裂及名贵石材开采，挖进，市政清赌并可以根据客户需求制定解决方案。我公司针对本工程经实地考察后决定采用中深孔与浅孔二氧化碳施工。

（1）《中华人民共和国安全生产法》（2014年12月1日修订）；

（2）致裂安全规程》（GB6722-2014)；

（3）现采用国内最先进的二氧化碳致裂设备，实施实裂

（4）青岛市公安机关有关致裂施工的安全规定。

（5）本工程的地质报告、图纸和技术资料、及施工现场勘查情况

1.2 工程要求及实际原则

1.2.1 工程要求

（1）工期要求：执行甲方合同工期要求，具体开工日期按甲乙双方签订合同期甲方下达书面开工令的实际开工日期为准。

（2）质量要求：合格。根据双方签订合同范围和工程设计要求以及现场环境条件进行二氧化碳致裂施工，符合国家相关技术、质量规范要求：工程致裂后，达到松的破碎标准，方便挖掘机挖运。

ISSN 1671-2900 采矿技术 第20卷 第6期 2020年11月CN 43-1347/TD Mining Technology，Vol.20，No.6 Nov. 2020 二氧化碳爆破施工安全 裴 平，张青龙 (湖南军凯静爆科技有限公司， 湖南 长沙 410008) 摘 要:通过对CO2爆破原理和施工工艺的分析，总结了多年CO2爆破施工经验，结合

安全技术分析，对CO2爆破激发管运输、致裂管运输使用、爆破施工现场等安全薄弱环

节进行预防和管控，不断提高爆破安全作业水平。

关键词:CO2爆破;激发管;致裂管;安全技术 CO2爆破始于1950年代，1980年代在美国开始发展[1]，其主要是避免因炸药爆破产生火焰引起的爆炸事故而专门为高瓦斯矿井的采煤工作面研发的。我国于1990年代引进CO2爆破技术用于煤矿开采，2015年后，随着反恐形势的严峻，炸药的审批和流向监管越来越严，很多工地因安全因素批不到炸药，CO2爆破因不使用炸药，审批简单，威力适中，爆破振动危害小等优点，作为炸药爆破的补充方式，逐步进入人们的视野，国内CO2爆破器材厂商逐步涌现，施工成本进一步降低，被广泛应用于矿山开采、土石方、基坑、隧道掘进等岩石破除工程中，仍处在不断成长和发展阶段。 1 CO2爆破工作原理[2] CO2爆破技术的原理是将液态二氧化碳密闭在

金属管内，管内压强为8 MPa～10 MPa，使用电池

电压触发加热器产生大量热量，使液态二氧化碳瞬

间气化（当温度超过31.2℃时，无论压力多大，液

态二氧化碳都会迅速气化），体积扩大约

600倍，管

道中压力急剧增大，直到冲破定压剪切片，高压气

体经卸能头的出气孔释放，瞬间产生强大冲击力，

沿岩体的自由面冲击形成裂缝，并将其推离主体，

从而达到爆破的目的。致裂器串联连接，可实现多

点同时定向致裂。 2 CO2爆破施工工艺流程[3] CO2致裂器施工工艺一般分为钻孔、装致裂管、

填塞、连线、安全警戒、点火、检查、致裂管回收、