提高鉆井效率是開發(fā)油氣資源的必需手段,而激光輔助鉆井是一種新興技術(shù),在開發(fā)油氣資源領(lǐng)域具有獨特優(yōu)勢。激光輔助鉆井技術(shù)是提高破巖效率及油氣資源產(chǎn)能的重要措施,目前還處于探索階段。激光輔助破巖工藝參數(shù)優(yōu)化和探索激光輔助破巖前后的巖石可鉆性是該技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。因此,有必要針對激光輔助破巖機理及可鉆性開展研究。本文通過實驗研究砂巖和花崗巖對激光作用的敏感性規(guī)律,揭示了激光工藝參數(shù)、流體與氣體攜巖對激光破巖的影響規(guī)律。研究表明:激光破巖效果隨著激光作用時間的增大而變好;選取合適的離焦量和激光功率,激光破巖才能達(dá)到最佳效果。與非流體環(huán)境下的激光破巖相比,水和鉆井液降低激光對巖石的破碎作用,而飽和食鹽水有助于激光對巖石的破碎作用。與非氣體環(huán)境下的激光破巖相比,氮氣攜巖降低激光對巖石的破碎作用,壓縮空氣攜巖有助于激光對巖石的破碎作用。本文通過實驗研究激光作用前后巖石性能的變化規(guī)律,包括巖石的密度、孔隙度、礦物成分、力學(xué)性能及內(nèi)部結(jié)構(gòu),研究激光破巖過程的宏觀演化機制和微觀演化機制。研究表明:激光作用后巖石的密度降低、孔隙度增加,激光作用后巖石的單軸抗壓強度、單軸抗拉強度和三軸抗剪強度降低;激光破巖前后巖石的礦物種類沒變,巖石的礦物成分只發(fā)生相互轉(zhuǎn)變;觀察巖石的CT掃描圖像發(fā)現(xiàn):激光作用使巖石內(nèi)部產(chǎn)生裂紋,花崗巖的裂紋多為縱橫交叉的大裂紋,砂巖的裂紋多為沿徑向分布的微細(xì)小裂紋。通過實驗對比發(fā)現(xiàn),花崗巖的破碎機理為:激光的高溫?zé)嶙饔檬够◢弾r內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋,微裂紋萌生、擴展、演化形成宏觀裂紋;砂巖的破碎機理為:激光的高溫?zé)嶙饔檬股皫r礦物失水收縮、顆粒與顆粒之間的剝離、巖石顆粒內(nèi)部開裂。本文通過可鉆性實驗綜合評價激光輔助破巖的效果。在可鉆性實驗中,激光鉆孔降低巖石的可鉆性級數(shù),提高破巖效果;隨著激光分布密度的增加,巖石的單軸抗壓強度降低,可鉆性級數(shù)降低,破巖效果變好;氮氣攜巖提高巖石的可鉆性級數(shù),壓縮空氣攜巖降低巖石的可鉆性級數(shù),因此壓縮空氣攜巖有助于激光對巖石的破碎作用。可鉆性實驗表明:通過控制激光能量使巖石受熱后表層形成裂縫,利用高溫熔化,氣化作用和高溫?zé)釕?yīng)力作用以削弱巖石強度,加速巖石破碎,為進(jìn)一步的機械旋轉(zhuǎn)破巖創(chuàng)造有利條件,提高硬質(zhì)巖層的鉆進(jìn)速度。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE21

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2099276