【摘要】：激光破巖技術(shù)是一種安全且低耗的破巖技術(shù),它可以廣泛的被應(yīng)用到石油勘探、垂直鉆井和水平鉆井等領(lǐng)域,被專家和學(xué)者們認為是最有可能取代傳統(tǒng)機械旋進式鉆井技術(shù)的先進鉆井技術(shù),激光破巖的機理和條件是近年來研究的熱點。本文以非定常傳熱理論和彈性力學(xué)中的熱應(yīng)力理論為基礎(chǔ),借助有限元分析軟件,模擬激光破巖過程中涉及到的巖石溫度場分布情況和巖石局部位置所受到的熱應(yīng)力大小,通過模擬結(jié)果研究激光破巖的條件和影響因素。首先,以非定常傳熱理論為基礎(chǔ),利用有限元分析方法,借助COMSOL multiphysics有限元分析軟件建立砂巖溫度場分布模型。該模型中模擬了激光直射區(qū)域局部巖石樣本溫度迅速升高的過程,激光照射區(qū)域與其周圍部分存在較為劇烈的熱傳遞,從而引起周圍巖石的溫度場的變化。砂巖彈性模量、熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)此溫度場下會有較大的變化,對破巖條件有較大影響。其次,在獲得激光照射巖石溫度場的基礎(chǔ)上,以彈性力學(xué)熱應(yīng)力理論為基礎(chǔ),利用MATLAB軟件,結(jié)合巖石溫度場分布情況,模擬在一定溫度分布狀態(tài)下砂巖樣本內(nèi)某些位置軸向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力的大小,進而計算在樣本中有雜質(zhì)時熱應(yīng)力沿著三個主應(yīng)力方向的大小,形成激光照射條件下的巖石熱應(yīng)力場分布。最后,通過分析得到如下結(jié)論:激光照射巖石邊界,在激光直射處附近溫度梯度更大;并且當(dāng)巖石內(nèi)含有雜質(zhì)時,雜質(zhì)邊緣處三種應(yīng)力的大小與不含雜質(zhì)時有變化。本文通過模擬得到了激光與巖石相互作用時的熱應(yīng)力場分布,為激光破巖的理論研究和實際技術(shù)應(yīng)用提供了一定的借鑒。
【圖文】：

東北石油大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文蝕效果[15]。對激光破巖理論進行了數(shù)值的模擬，模擬大的熱應(yīng)力，采用帶有多光闌的光斑能提熔化、氣化依次上升，，效率依次下降[16]�；纠碚撨M行了模擬，模擬結(jié)果表明：針且通過建立熱應(yīng)力模型的方式找到巖石裂以砂巖為樣本，給出 700~1000W 激光功一系列的試驗，得到如圖 1-1 所示的一系鉆孔直徑和深度的重要因素，離焦量增大大鉆孔直徑略有減小，深度會增加[18]。

圖 1-2 激光破巖過程下方式展開：倫破壞準則和庫倫-莫爾破壞準則，找到它們的相同點倫-莫爾破壞準則是較為高效且準確的判斷方法；見激光器的性質(zhì)和特點，介紹光纖激光器的優(yōu)勢。并且熱膨脹系數(shù)隨溫度變化的關(guān)系，對影響激光破巖效率的傳熱原理分析高斯激光作用到巖石表面時巖石內(nèi)部的 軟件中，繪制圓柱體巖石模型，得到砂巖三維溫度分布LAB 軟件計算出由溫度變化引起的巖石內(nèi)熱應(yīng)力變化情，找到其中的規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU63;TN249

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本文編號：2573114