万瓦级光纤传输合束激光系统关键技术及与岩石相互作用机理研究

发布时间：2020-08-07 19:54

【摘要】：激光射孔技术是一种非接触式的物理化学破岩新方法。与子弹射孔、聚能射孔、水力喷砂射孔等传统射孔技术相比较,激光射孔技术具有射程远,无压实作用,不会造成碎屑堵塞孔隙、孔道,孔壁光滑,可有效提高油气井寿命,不会对地下水资源造成污染等诸多优点。目前,世界上仅有美国阿美石油公司完成了油气井现场万瓦激光射孔作业,但相关研究成果处于保密状态,并且适用于激光射孔的光纤传输万瓦级激光器系统,欧美发达国家长期以来一直对我国技术封锁,国内尚无稳定成型的产品。国内相关单位仅利用百瓦级激光开展激光射孔模拟实验,但由于激光功率较低,相关研究具有很大的局限性。本论文设计出一套成本较低,维修便捷的万瓦级激光系统,并用该系统进行了与岩石之间的相互作用实验研究,为尽早实现激光钻井及激光在油气井下射孔的应用提供了一定的理论和实验数据支撑。基于空间非相干合束技术,本文研制出一种模块化组装、高功率激光合束器,并利用该合束器实现了光纤传输的万瓦级单束近高斯激光输出,并完成万瓦级光纤传输合束激光系统的工程化设计及搭建工作。在此基础上,利用自行研制的光纤传输万瓦级激光器系统开展了针对不同种类岩石及石油井钢制套管的激光射孔地面实验研究,获得不同的岩石尺寸、激光功率、照射时间等因素下大功率激光对不同种类岩石射孔实验数据。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN249
【图文】：

激光作用,破裂图,温度,岩石

图 1.1 激光作用位置的温度飙升及破裂图图 1.2 激光作用岩石产生的破裂现象图 1.3 激光作用岩石时的气化现象图 1.4 激光作用岩石时所产生的熔化现象1971 年，美国联合飞机研究中心借助连续 CO2激光器对花岗岩、玄武岩和石岩石成功的进行了切槽实验，其研究结果表明，利用激光所发出的高能聚焦辐射

激光作用,岩石,现象

图 1.3 激光作用岩石时的气化现象图 1.4 激光作用岩石时所产生的熔化71 年，美国联合飞机研究中心借助连续 CO2激光器对花岗岩、玄武岩和石成功的进行了切槽实验，其研究结果表明，利用激光所发出的高能聚焦各种各样的岩石上作用出细而深的切缝[34]。随后，激光切割岩石的方法、美等国建筑行业的混凝土、石材等加工和切割中得到了更为广泛的应本作为一个地震频发的国家，山体的潜在滑移危险性极大。日本地质研究

【参考文献】