激光輔助破巖可鉆性評(píng)價(jià)-論文.pdf

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1、石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào))2014年9月第36卷第9期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Sep．2014Voi．36No．9激光輔助破巖可鉆性評(píng)價(jià)韓彬，李美艷，李璐，王勇(中國(guó)石油大學(xué)(華東)機(jī)電工程學(xué)院，山東青島266580)[摘要]激光輔助破巖是一種新的破巖方法。采用高能量激光束照射巖石表面，研究巖石對(duì)激光束的敏感性，并對(duì)激光輔助破巖的可鉆性進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，給定工藝參數(shù)下，砂巖激光鉆孔處理后表面分為灰色瓷釉層、白色熱影響區(qū)和褐色熱影響區(qū)三個(gè)區(qū)域。與砂巖相比，花崗巖經(jīng)激光照射后表面生成具有一定尺寸的透明玻璃泡，玻璃泡周圍形成

2、大面積起裂區(qū)，且相同工藝參數(shù)下鉆孔深度明顯降低。激光照射花崗巖后可鉆性級(jí)數(shù)較未處理巖石明顯降低，表面具有明顯的磨損和滑擦痕跡，孔周圍有裂紋及破碎現(xiàn)象，原始玻璃釉層出現(xiàn)明顯的碎裂。激光照射砂巖后可鉆性級(jí)數(shù)變化不大，表面出現(xiàn)磨損和滑擦痕跡，孔周圍未見塑性變形。[關(guān)鍵詞]激光；巖石破碎；宏觀形貌；可鉆性[中圖分類號(hào)]TE249[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A[文章編號(hào)]1000—9752(2014)o9—0094—04目前在地質(zhì)鉆探和石油鉆井中，大多數(shù)情況下都采用機(jī)械方法破碎巖石，即在軸壓和扭矩(剪切力)作用下破碎巖石，該方法碎巖效率不高，鉆頭壽命較短，因此迫切需要研發(fā)新的鉆進(jìn)方法l1]。激光束

3、具有相干性好、指向性好(近于平行光)、單色性好、亮度高和聚光性能好等優(yōu)點(diǎn)，光束密度可達(dá)10W／ram，受如此高密度的光束照射時(shí)，巖石可在極短時(shí)間(1#s或lms)內(nèi)，在很小范圍內(nèi)出現(xiàn)急速升溫和急速凝固的過程，使巖石受熱后產(chǎn)生微裂隙并擴(kuò)張、相變而引起顆粒分離，氣體與水在空穴中擴(kuò)張并最終導(dǎo)致巖石破碎[3~。】。依靠激光輔助破碎巖石，能夠?yàn)楹罄m(xù)的機(jī)械破巖創(chuàng)造有利條件。巖石可鉆性作為衡量破碎巖石難易程度的一個(gè)綜合指標(biāo)，是工程鉆探中選擇鉆進(jìn)方法、鉆頭結(jié)構(gòu)類型、鉆進(jìn)工藝參數(shù)，衡量鉆井速度的主要依據(jù)]。筆者采用高能量激光束照射巖石表面，然后采用PDC鉆頭進(jìn)行機(jī)械鉆進(jìn)，研究巖石對(duì)激光照射的

4、敏感性以及激光輔助破巖對(duì)機(jī)械鉆井的影響，對(duì)提高深層巖石的鉆井速度提供理論支持。1試驗(yàn)材料及方法1．1可鉆性級(jí)數(shù)的概念采用可鉆性測(cè)定儀，用直徑31．75mm的微鉆頭在巖心上鉆孔，記錄鉆深3mm的鉆孔時(shí)間，換算成以2為底的對(duì)數(shù)來表示可鉆性，所得值稱可鉆性級(jí)數(shù)。隨著巖石可鉆性級(jí)數(shù)增大，巖石可鉆性降低?？摄@性級(jí)數(shù)的計(jì)算公式可表示為[】]：Kd—log2t(1)式中：K為可鉆性級(jí)數(shù)；t為時(shí)間，S。1．2試驗(yàn)材料及方法試驗(yàn)材料為120ram×120mm×80mm的砂巖和花崗巖，采用DL—HL—T5000型CO激光加工成套設(shè)備照射巖石表面，激光功率P一900W，作用時(shí)間t一4s，離焦量L

5、一103mm。處理后采用kzx-1型多功能巖石可鉆性測(cè)定儀對(duì)經(jīng)過激光處理的巖石進(jìn)行可鉆性試驗(yàn)，評(píng)價(jià)激光處理對(duì)巖石可鉆性的影響。[收稿日期]2013—12—13[基金項(xiàng)目]國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51179202)；中國(guó)石油科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2013D-5006—0309)；國(guó)家863”計(jì)劃項(xiàng)目(2012AA09A203)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(13CX02073A)。[作者簡(jiǎn)介]韓彬(1973一)，男，1996年大學(xué)畢業(yè)，博士，副教授，現(xiàn)主要從事石油鉆采裝備激光加工處理方面的研究。