激光輔助破巖可鉆性評價-論文.pdf

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1、石油天然氣學報(江漢石油學院學報)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價韓彬，李美艷，李璐，王勇(中國石油大學(華東)機電工程學院，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，研究巖石對激光束的敏感性，并對激光輔助破巖的可鉆性進行評價。結果表明，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。[關鍵詞]激光；巖石破碎；宏觀形貌；可鉆性[中圖分類號]TE249[文獻標志碼]A[文章編號]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，光束密度可達10W／ram，受如此高密度的光束照射時，巖石可在極短時間(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)生微裂隙并擴張、相變而引起顆粒分離，氣體與水在空穴中擴張并最終導致巖石破碎[3~?！?。依靠激光輔助破碎巖石，能夠為后續(xù)的機械破巖創(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綜合指標，是工程鉆探中選擇鉆進方法、鉆頭結構類型、鉆進工藝參數(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鉆頭進行機械鉆進，研究巖石對激光照射的

4、敏感性以及激光輔助破巖對機械鉆井的影響，對提高深層巖石的鉆井速度提供理論支持。1試驗材料及方法1．1可鉆性級數(shù)的概念采用可鉆性測定儀，用直徑31．75mm的微鉆頭在巖心上鉆孔，記錄鉆深3mm的鉆孔時間，換算成以2為底的對數(shù)來表示可鉆性，所得值稱可鉆性級數(shù)。隨著巖石可鉆性級數(shù)增大，巖石可鉆性降低。可鉆性級數(shù)的計算公式可表示為[】]：Kd—log2t(1)式中：K為可鉆性級數(shù)；t為時間，S。1．2試驗材料及方法試驗材料為120ram×120mm×80mm的砂巖和花崗巖，采用DL—HL—T5000型CO激光加工成套設備照射巖石表面，激光功率P一900W，作用時間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定儀對經(jīng)過激光處理的巖石進行可鉆性試驗，評價激光處理對巖石可鉆性的影響。[收稿日期]2013—12—13[基金項目]國家自然科學基金項目(51179202)；中國石油科技創(chuàng)新基金項目(2013D-5006—0309)；國家863”計劃項目(2012AA09A203)；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金項目(13CX02073A)。[作者簡介]韓彬(1973一)，男，1996年大學畢業(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。