在不同介質(zhì)條件下采用高功率密度激光照射花崗巖和砂巖,分析激光工藝參數(shù)對(duì)巖石破碎比能和射孔尺寸的影響。結(jié)果表明,干燥、飽和水、飽和鉆井液三種花崗巖試樣,獲得最小比能的激光功率分別是800、800和1 000 W,而砂巖對(duì)應(yīng)的激光功率分別是800、1 000和1 200 W。隨著功率和照射時(shí)間的增加,兩種巖石的射孔尺寸逐漸增大。相同條件下干燥花崗巖試樣的激光射孔尺寸最大,飽和水試樣次之,飽和鉆井液試樣最小。對(duì)于砂巖,激光功率一定時(shí),飽和鉆井液試樣的射孔尺寸小于另外兩組試樣�；◢弾r原始抗拉強(qiáng)度為10.11 MPa,三種介質(zhì)條件下激光處理后抗拉強(qiáng)度分別降至5.82、4.12和5.02 MPa。原始干燥砂巖的抗拉強(qiáng)度約為5.07 MPa,激光照射后抗拉強(qiáng)度降至2.36、2.07和1.06 MPa。此外,激光處理后巖石可鉆性級(jí)數(shù)也隨之降低,且花崗巖試樣降低幅度大于砂巖。 

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圖５照射時(shí)間對(duì)巖石抗拉強(qiáng)度的影響（ａ）花崗巖（ｂ）砂巖Ｆｉｇ．５Ｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｓｅｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｒｏｃｋ２．５可鉆性分析

（ａ）（ｂ）圖５照射時(shí)間對(duì)巖石抗拉強(qiáng)度的影響（ａ）花崗巖（ｂ）砂巖Ｆｉｇ．５Ｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｓｅｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｒｏｃｋ２．５可鉆性分析可鉆性級(jí)數(shù)是評(píng)價(jià)巖石鉆進(jìn)速度的重要參數(shù)［１０］，采用文獻(xiàn)［１０］中的四種實(shí)驗(yàn)方案，獲得不同射孔密度的巖石進(jìn)行可鉆性測(cè)試結(jié)果，如圖６所示。由圖６可知，對(duì)于三種介質(zhì)環(huán)境下兩種巖石的可鉆性級(jí)數(shù)均隨著表面射孔數(shù)量的增加而降低，且砂巖的可鉆性級(jí)數(shù)明顯低于花崗巖。分析認(rèn)為，隨著巖體內(nèi)射孔數(shù)量增加，裂隙數(shù)量隨之增加，導(dǎo)致巖石力學(xué)性能下降。當(dāng)采用ＰＤＣ鉆頭進(jìn)行機(jī)械鉆進(jìn)時(shí)，相同力作用下鉆進(jìn)相同深度所需時(shí)間較短。因此，巖石可鉆性級(jí)數(shù)的降低意味著經(jīng)過(guò)激光照射后，后續(xù)機(jī)械鉆進(jìn)速度提高。（ａ）（ｂ）圖６不同介質(zhì)下激光照射巖石可鉆性級(jí)數(shù)（ａ）花崗巖（ｂ）砂巖Ｆｉｇ．６Ｄｒｉｌｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｏｃｋｓａｍｐｌｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｄｉａ３結(jié)論（１）對(duì)于干燥、飽和水、飽和鉆井液三種花崗巖試樣，獲得最小比能的激光功率分別是８００、８００和１０００Ｗ，而砂巖對(duì)應(yīng)的激光功率分別是８００、１０００和１２００Ｗ。（２）隨著激光功率和照射時(shí)間的增長(zhǎng)，兩組巖石射孔尺寸均逐漸增加。相同條件下干燥花崗巖試樣的激光射孔尺寸最大，飽和水試樣次之，飽和鉆井液試樣最校對(duì)于砂巖，激光功率一定時(shí)，飽和鉆井液試樣的射孔尺寸小于另外兩組試樣。（３）隨著照射時(shí)間增長(zhǎng)，兩種巖石在三種介質(zhì)條件下抗拉強(qiáng)度均逐漸降低，原始干燥花崗巖抗拉強(qiáng)度為１０．１１ＭＰａ，當(dāng)照射時(shí)間

而未產(chǎn)生大面積剝落。相比較而言，鉆井液是鉆探過(guò)程中，孔內(nèi)使用的循環(huán)沖洗介質(zhì)，主要是由清水、泥漿、無(wú)粘土相沖洗液、乳狀液、泡沫和壓縮空氣等組合而成。鉆井液覆蓋于花崗巖試樣表面吸收大量激光能量，巖體內(nèi)溫度梯度較小，因此激光照射后僅產(chǎn)生玻璃釉而無(wú)裂紋和剝落出現(xiàn)。（ａ）（ｂ）（ｃ）圖３激光照射花崗巖表面形貌（ａ）干燥試樣（ｂ）飽和水（ｃ）飽和鉆井液Ｆｉｇ．３Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｇｒａｎｉｔｅｓａｍｐｌｅｓａｆｔｅｒｌａｓｅｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ圖４所示不同介質(zhì)環(huán)境下激光照射砂巖形貌，由圖４可知，三種介質(zhì)條件下砂巖射孔周圍均出現(xiàn)明顯裂隙，飽和水砂巖的裂隙數(shù)量大于干燥巖石，飽和鉆井液試樣的裂隙反而減少。激光照射砂巖過(guò)程中，激光束穿透力較強(qiáng)，在砂巖內(nèi)部形成規(guī)則的射孔，內(nèi)壁形成光滑的玻璃釉層。此外，由于砂巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)較疏松，含有大量孔洞，激光照射過(guò)程中砂巖內(nèi)礦物質(zhì)發(fā)生分解導(dǎo)致巖體膨脹致裂。飽和鉆井液砂巖試樣裂隙數(shù)量少與其激光能量吸收率有關(guān)。（ａ）（ｂ）（ｃ）圖４不同介質(zhì)下激光照射砂巖形貌（ａ）干燥巖石（ｂ）飽和水（ｃ）鉆井液Ｆｉｇ．４Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｓａｎｄｓｔｏｎｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｄｉａ２．４力學(xué)性能圖５所示為不同介質(zhì)環(huán)境下采用不同激光照射時(shí)間照射巖石抗拉強(qiáng)度曲線，由圖５可知，對(duì)于花崗巖和砂巖，隨著照射時(shí)間增長(zhǎng)，抗拉強(qiáng)度逐漸降低。原始干燥花崗巖抗拉強(qiáng)度約為１０．１１ＭＰａ，當(dāng)照射時(shí)間ｔ＝１０ｓ時(shí)，抗拉強(qiáng)度降至５．８２ＭＰａ，約為原始試樣的５０％。飽和水和鉆井液的花崗巖試樣，抗拉強(qiáng)度由原來(lái)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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