激光辅助破岩实验研究.PDF

第３８卷　第３期 钻　　　采　　　工　　　艺 Ｖｏｌ３８　 Ｎｏ３ 　　　　　　　　　　　　　ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ·１· 钻井工艺 激光辅助破岩实验研究 李美艳，韩　彬，张世一，王　勇 （中国石油大学机电工程学院·华东） 　　李美艳等．激光辅助破岩实验研究．钻采工艺，２０１５，３８（３）：１－３ 摘　要：采用高能激光束照射岩石表面，研究花岗岩和砂岩对激光热作用的敏感性规律，并对两种岩石的激 光破岩效果进行表征。结果表明，激光照射花岗岩时，表面发生热应力破碎，生成透明玻璃泡，且有不同程度起裂。 当激光功率（Ｐ＝７００Ｗ）和作用时间一定时，随离焦量增大，玻璃泡直径先减小后增大。砂岩表面激光钻孔后，由 黑色瓷釉层和褐色热影响区组成。当激光功率和作用时间一定时，随离焦量增大，砂岩钻孔直径、白色区直径和褐 色热影响区直径均呈先增大后减小的趋势，且在离焦量Ｌ＝１０３ｍｍ时达到最大值。随激光入射角度的增大，砂岩 孔型由圆形向椭圆形转变，且钻孔的黑色瓷釉层、红色和褐色热影响区基本呈现逐渐增大的趋势，钻孔直径变化不 大，而孔深相应降低。 关键词：激光；岩石破碎；工艺参数；入射角度 ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．１００６－７６８Ｘ．２０１５．０３．０１ 　　随着我国中浅层油气勘探储量的增长越来越 一、实验材料及方法 缓慢，深层油气勘探将可能成为未来储量增长的重 要接替领域。然而，深部地层地质条件复杂、岩性 本文采用实验材料为花岗岩和砂岩，尺寸为 致密、硬度高且研磨性强，导致机械钻速低，钻井周 １２０ｍｍ×１２０ｍｍ×８０ｍｍ，采用 ＤＬ－ＨＬ－Ｔ５０００ 期长，成本居高不下。提高钻井速度、缩短钻井周 型ＣＯ激光加工成套设备进行岩石表面钻孔试验。 ２ 期是目前钻井工程界致力解决并研究的重大科研 激光工艺参数为：功率Ｐ＝７００Ｗ，离焦量Ｌ为８３～ 课题。 １０８ｍｍ，激光作用时间ｔ为１～５ｓ。激光钻孔处理 在钻井大提速的背景下，日益增加的钻井难度 后，采用ＬＥＩＣＡＳ６Ｄ三维体式显微镜观察岩石表面 与深度，使传统的钻井技术面临着巨大的挑战［１－２］。 形貌，然后采用ＴＣ－ＳＹ１Ａ０２岩心钻取机进行纵向 激光技术作为一门新兴的科学技术，应用于石油钻 切割，以观察岩石钻孔截面形貌及数据采集。 井中，会给石油钻井技术带来重大突破，被视为２１ ［３］ 二、实验结果及分析 世纪革命性技术 。美、英、日、俄等国家相继开展 了关于激光破岩的室内可行性实验工作［４－６］，并对 １．花岗岩激光钻孔试验 破岩所需能量的影响因素进行评估，为激光钻井技 图１所示为功率Ｐ＝７００Ｗ、离焦量Ｌ＝８３ｍｍ、 ［７］ 术的开发带来崭新的发展空间 。虽然在国内已 作用时间ｔ＝５ｓ时花岗岩表面激光钻孔的表面形 经进行了部分基础理论研究和实用性探讨，但仍主 貌。由图１可知，激光照射后，花岗岩表面生成具有 要依靠室内模拟实验进行理论推导。本文采用高能 一定尺寸的透明玻璃泡，且在玻璃泡周围形成不同 激光束对岩石表面进行激光钻孔试验，通过改变激 程度的起裂区。图２所示为激光功率Ｐ＝７００Ｗ、离 光工艺参数，研究花岗岩和砂岩对激光照射的敏感 焦量Ｌ＝１０８ｍｍ、作用时间ｔ＝５ｓ时花岗岩表面激 性规律，以期为激光辅助机械破岩钻井技术的研发 光